Педагогический альманах ==День за Днем==
 
написать письмо


    Главная

    Новости

    Методика

    За страницами учебников

    Библиотека 

    Медиаресурсы

    Интерпретации 

    Школьная библиотека

    Одаренные дети

    Проекты

    Мир русской усадьбы

    Экология

    Методический портфолио учителя

    Встречи в учительской

    Статьи педагогов в журнале "Новый ИМиДЖ"

    Конкурсы профессионального мастерства педагогов

    Рефераты школьников

    Конкурсы школьников

    Альманах детского творчества "Утро"

    Творчество школьников

    Фотогалерея

    Школа фотомастерства

    Полезные ссылки

    Гостевая книга
    Sort

    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru

      День за днем : Статьи 

      Статьи  


     
     
     
    ИММУНОГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА В БИОМЕДИЦИНЕ
     
     
    Член-корреспондент РАМН Леонид АЛЕКСЕЕВ,
    заместитель директора по научной работе
    Института иммунологии Федерального медико-биологического агентства РФ
     
     
     
     
    Одним из крупнейших научных достижений на рубеже XX-XXI вв. стала расшифровка генома человека. В качестве новой задачи на пути практического использования полученных знаний декларируется расшифровка функций белковых продуктов конкретных генов. Отражением этого, в частности, стало появление широко используемого в настоящее время термина «постгеномные технологии» — в большинстве случаев под ним понимается изучение функций генома, реализуемых через белки, кодируемые теми или иными генами.
     

    В то же время необходимо отметить, что в геноме есть структура, исследование протсомики (Протеомика — направление молекулярной биологии, занимающееся сравнительным изучением клеточных протеомов, т.е. наборов белков клетки в данной фазе ее развития в определенный момент времени (прим. ред.)) которой было первичным по отношению к геномике. Этой структурой является так называемый главный комплекс генов тканевой совместимости (МНС — от Major Histocompatibility Complex) — у человека он носит название система HLA (от Human Leukocyte Antigens). Первый ее белковый продукт был открыт в 1956 г. французским иммунологом Жаном Доссе (нобелевский лауреат 1980 г.). В 1970-х годах рассматривался вопрос о целесообразности ее переименования в «систему генов иммунного ответа». Однако было решено не менять термин, подразумевая при этом, что в действительности речь идет именно о генах иммунного ответа и их продуктах — HLA, антигенах.

    Международное сообщество иммуногенетиков, организованное в 1960-х годах, в настоящее время объединяет десятки тысяч исследователей из различных стран мира (В Европе функционирует Европейская федерация иммуногенетиков (EFI), в США — Американское общество по изучению тканевой совместимости и иммуиогенетики (ASHI), в Азии-Океании — Общество по изучению тканевой совместимости стран Азии и Океании (ASEATTA) (прим. авт.)), сотрудничающих в рамках выполнения международных четырехлетних программ — они реализуются под руководством оргкомитетов рабочих совещаний и конференций по изучению генетики иммунного ответа.

    В 1960—1980-х годах внимание исследователей было сфокусировано на изучении белковых продуктов генов HLA — HLA-антигенов. В то время еще отсутствовали технические возможности исследовать сам HLA-геном с помощью молекулярно-генетических методов.

    Первоначальной целью иммуногенетического сообщества было решение проблемы селекции тканесовместимых пар донор-реципиент для нужд трансплантации органов и тканей. Однако достаточно скоро стало ясно, что биологическая роль антигенов HLA значительно шире и по сути они выполняют в организме целый ряд физиологических функций, не связанных напрямую с иммунным ответом. В частности, обеспечивают физиологическое взаимодействие всех ядросодержаших клеток организма человека, т.е. само его существование. А в основе этого взаимодействия лежит идентичность HLA-антигенов, экспрессированных на взаимодействующих клетках одного организма.

    Одновременно с этим НLA-антигены обеспечивают распознавание и уничтожение всех агентов, несущих отпечаток чужеродной генетической информации в виде чужеродных белковых продуктов. Это касается клеток, несущих чужеродные HLA-антигены, включая собственные перерожденные, в том числе раковые клетки. Именно в «догеномный» период изучения HLA (1960—1985 гг.) были выполнены фундаментальные базовые исследования, посвященные биологической роли HLA-антигенов. Благодаря работам швейцарского иммунолога Рольфа Цинкернагеля и его австралийского коллеги Питера Доэрти (нобелевские лауреаты 1996 г.) был установлен феномен «двойного распознавания» чужеродных иммуногенных пептидов. Суть его в том, что такой пептид — инициатор иммунного ответа — распознается Т-клеточным (Т-клетки — центральное звено Т-клеточного иммунного ответа; контролируют его силу и продолжительность (прим. ред.)) рецептором (TCR), запускающим иммунный ответ на чужеродный пептид только в том случае, если он представлен данному рецептору собственной молекулой HLA. Исключением является ситуация, когда пептид представляется чужеродными молекулами HLA, полностью идентичными собственным. Следует также отметить, что в том случае, если любой чужеродный иммуногенный пептид представляется TCR чужеродной HLA-молекулой, иммунный ответ будет развиваться не против этого пептида, а против чужеродной HLA-молекулы как наиболее сильного из известных на сегодняшний день иммуногенов.

    В этот же период, благодаря работам Памелы Бьеркман (США), основанных на использовании кристаллографии, были установлены тонкие механизмы взаимодействия иммунодоминантного пептида и представляюшей его молекулы HLA. В итоге удаюсь выяснить принципы реализации генетического контроля иммунного ответа. Они состоят в следующем: для развития такого ответа на тот или иной иммунодоми-нантный пептид в антиген-связывающей области (бороздке) молекулы должны иметься специфичные для данного пептида участки связывания. В случае их отсутствия иммунный ответ не развивается. Это относится как к реагированию на болезнетворный инфекционный агент, так и на вакцину, созданную для профилактики данного заболевания. Именно такой феномен лежит в основе генетического контроля иммунного ответа и объясняет его специфичность. При этом стала понятной причина генетически обусловленной «неотвечаемости» на инфекционные и иные чужеродные агенты. Однако оставалось неясным, возможно ли, и если да — то каким образом преодолеть такого рода «дефект».

    Решение этой проблемы нашли отечественные исследователи академики РАН и РАМН Рэм Петров и Рахим Хаитов, открывшие принципиально новый подход к преодолению иммуногенетической «неотвечаемости». Разработанныйимиметод«Фснотипическая коррекция иммунного ответа»* стал основой для появления наиболее перспективного в настоящее время направления в вакцинологии. Авторы добились превращения фенотипически низкорсагирующих на данный антиген (инфекцию) особей в высокореагирующие, модифицируя молекулу антигена иммуномодуляторами. Основу такого превращения составляет дополнительное вовлечение в иммунный ответ новых сайтов генов, участвующих в развитии иммунного ответа на данный антиген. Этот подход открывает большие возможности использования нанотехнологий в области направленной генетической «реконструкции» иммунного ответа (За сорокалетний цикл фундаментальных и прикладных работ в области иммунологии академики РАН и РАМН Р. Петров и Р. Хаитов удостоены Государственной премии РФ в области науки и технологий за 2011 г. (прим. ред.)).

    Важнейшей физиологической функцией генов иммунного ответа является репродукция, т.е. воспроизведение потомства. Это относится ко всем биологическим видам. Дело в том, что для развития нормально протекающей беременности и появления здорового потомства с полноценной иммунной системой необходимо соблюдение важного условия: родители должны быть несовместимы по генам иммунного ответа. Именно эта ситуация обеспечивает поддержание иммуногенетического разнообразия Homo sapiens, как и других видов животного мира, поскольку наследование HLA-генов осуществляется по кодоминантному типу, когда ребенок «берет» себе строго по половине (HLA-гаплотип) от полного HLA-набора (генотипа) каждого родителя. А в случае наличия у отца и матери общих HLA-антигенов (например, при родственных браках) может происходить снижение уровня полиморфизма (появление так называемых HLA-гомозиготных генотипов, содержащих удвоенный набор одних и тех же генов), что повышает вероятность отсутствия адекватного защитного ответа у их ребенка на конкретные болезнетворные агенты. В тот же период времени (1970-1980-е годы) было выяснено, что HLA-совместимость супругов значительно повышает вероятность развития целого ряда нарушений в области репродукции (таких как идеопатическое бесплодие, привычная невынашиваемость, тяжелые токсикозы беременности и др.). Принципы профилактики этих осложнений беременности были разработаны в нашей стране в 1980-е годы. Однако результат такого рода вмешательства — практически 100%-ная вероятность появления HLA-гомозиготного потомства, в котором, как указывалось, повышен риск отсутствия иммунного ответа на целый ряд инфекционных агентов. Помимо этого среди HLA-гомозигот высока вероятность онкологических и аутоиммунных заболеваний (Аутоиммунные заболевания — группа болезней, при которых происходит разрушение органов и тканей организма под действием собственной иммунной системы (прим. ред.)), что, естественно, связано с нарушением иммунного распознавания. При онкопатологиях речь идет о нарушении распознавания собственных измененных клеток. В случае аутоиммунных заболеваний — собственных неизмененных клеток за счет наличия в генотипе больных антигенов общих с антигенами возбудителей ранее перенесенных заболеваний. Таким образом, для родителей с указанными репродуктивными проблемами, в генотипе которых имеются общие HLA-антигены, существует выбор: отказ от общего ребенка или использование иммунотерапии — она, возможно, позволит иметь ребенка без заведомо сниженной иммунологической зашиты.

    В 1970-х годах получило свое развитие еще одно направление иммуногенетики — «HLA и болезни». Было установлено: с конкретными HLA-антигенами ассоциирована предрасположенность или, напротив, устойчивость к конкретным патологиям. Наиболее выраженной оказалась ассоциация с аутоиммунными заболеваниями, в том числе социально-значимыми, такими как сахарный диабет I типа, системная красная волчанка и анкилозирующий спондилит. Выяснилось также, что такого рода ассоциации обнаруживаются между HLA и определенными формами инфекционных, онкологических заболеваний.

    Одновременно с этим проведение масштабных международных исследований по теме «HLA и болезни» стало основой нового направления, получившего название «HLA и антропология». Было установлено, что степень выраженности ассоциаций конкретных HLA- антигенов с заболеваниями заметно варьирует в зависимости от расовой и/или этнической принадлежности обследуемой группы.

    Эти данные послужили основанием для развертывания широких международных сравнительных исследований по изучению особенностей HLA-полиморфизма в отдельных этнических группах, проживающих в различных регионах мира. Первые результаты этих обследований были обобщены на XI Международном рабочем совещании и конференции по изучению HLA (г. Иокогама, Япония, I991 г.). В их работе участвовали более 3000 ученых, представлявших свыше 2000 научных коллективов. Исследователям из Института иммунологии (Москва) была вручена медаль за наибольший вклад в развитие приоритетного в программе форума направления «Н1_А и антропология».

    Развитие данного направления к сегодняшнему дню позволило наиболее полно установить взаимосвязь между отдельными популяциями и этническими группами, населяющими различные регионы мира. Использование для этих целей именно HLA-полиморфизма определяется, в первую очередь, тем, что данная генетическая система наиболее разнообразна и, соответственно, наиболее информативна. Одновременно с этим открываются принципиально новые возможности оценки перспектив международного обмена трансплантантами органов и тканей (в первую очередь кроветворными стволовыми клетками — КСК).

    Примечательно, что XI Международное рабочее совещание стало первым научным форумом, на котором были представлены данные, полученные в разных странах при проведении исследований с использованием не только протеомного, но и геномного анализа. В этой части работ также принимал активное участие Институт иммунологии. Здесь следует упомянуть, что геномный анализ системы HLA стал возможным благодаря тому, что в 1985 г. американский биохимик Керри Мюллис (нобелевский лауреат 1993 г.) создал доступный для проведения широкомасштабных молекулярно-генетических исследований метод полимеразной цепной реакции (ПЦР).

    Переход с протсомных на молекулярно-генетические методы изучения системы HLA, в том числе в рамках указанной международной программы, привел к прорыву практически во всех направлениях исследований иммуногенетики человека. При этом большинство этих достижений оказались взаимосвязанными. Так, количество типируемых Н LA-специфичностей возросло к настоящему времени со 138 белковых антигенов до < 7000 аллельных вариантов HLA-генов.

    Указанные гены организованы в 3 основных класса. Класс 1 включает гены А, В,С, Е, F, G (обозначение отражает последовательность установления), обеспечивающие развитие эффекторного звена иммунитета и участвующие в репродуктивной функции. В области генов класса II локализованы гены DR, DQ, DP, продукты которых обеспечивают иммунологическое распознавание чужеродных агентов (основная функция генов иммунного ответа). Помимо них в области генов Н LA класса II картированы так называемые «неклассические» гены LMP, ТАР, DM, CLIP и др., ответственные за выделение из антигена иммунодоминантного пептида и его «доставку» к соответствующим пептид-связывающим участкам молекулы HLA. В области генов класса III локализованы гены СЗ, ответственные за функцию комплемента, а также TNF, кодирующие белки фактора некроза опухолей, HSP, кодирующие белки теплового шока и др. Эти гены объединены сходной функцией — обеспечением «неспецифической» защиты организма от чужеродных агентов (без стадии распознавания генетически чужеродных агентов).

    Вполне естественно, что молекулярио-генетическое типирование первое практическое применение нашло в клинической трансплантологии. Отметим, в 1980-х годах подбор тканесовместимых пар донор-реципиент мог быть относительно эффективен лишь при пересадках органов. Однако в настоящее время HLA-типирование на основе молекулярно-генетических методов позволяет в 80% случаев подбирать тканесовместимый костный мозг, а точнее — КСК для больных из стран, участвующих в системе международного обмена таким материалом. К сожалению, Россия не принимает полноценного участия в этом процессе отнюдь не из-за медико-биологических, а организационно-правовых аспектов. А ведь международное сотрудничество — необходимое условие развития клинической трансплантации КСК, что связано с чрезвычайно высоким уровнем разнообразия генов HLA. Достаточно сказать, что вероятность их совпадения на уровне, необходимом для пересадки КСК двум случайно взятым неродственным лицам, составляет в среднем 1:1 млн. Что касается родственных доноров, то пары родители-дети практически всегда несовместимы. Сибсы (братья-сестры) совместимы лишь в 25% случаев. Для России, как и для большинства европейских стран и США, где практически отсутствуют многодетные семьи, родственные трансплантации КСК малоперспективны.
    Эффективный централизованный международный обмен КСК стал возможен лишь при создании Всемирной ассоциации доноров-добровольцев, объединяющей к настоящему времени более 17 млн человек, готовых безвозмездно предоставить КСК неизвестным им больным из разных частей света.

    Как уже говорилось, система HLA наиболее полиморфна среди других генетических систем человека. Существует достаточно обоснованное мнение, что именно это обстоятельство обеспечило наибольшую выживаемость человека как вида — ее ярко демонстрирует многовековая история борьбы с инфекциями. Именно иммунная система должна распознавать любые, в том числе новые, болезнетворные агенты и обеспечивать формирование адекватного ответа на них. Это установлено благодаря протеомным и молекулярно-генетическим исследованиям двух последних десятилетий, когда стало ясно: иммунная функция HLA-генов и их продуктов отнюдь не ограничивается обеспечением представления иммунодоминантных пептидов Т-клеточным рецепторам с последующим запуском иммунного ответа. В действительности именно система HLA с помощью системы так называемых нектассических молекул HLA обеспечивает все этапы «выделения» иммунодоминантных пептидов из чужеродных молекул и кпеток (включая бактериальные) и доставку этих пептидов антиген-представляющим структурам молекул HLA, которые лишь после связывания пептидов с соответствующими сайтами могут экспрессироваться на поверхности клеток и полноценно участвовать в иммунном ответе. Нарушение функций «неклассических» генов и их продуктов ведет к развитию тяжелых форм иммунологической недостаточности, включая инфекционные, онкологические и аутоиммунные заболевания.

    Разумеется, отдельно взятый организм не в состоянии обладать столь высоким уровнем генетического разнообразия, способным обеспечить присутствие в антиген-распознающей бороздке сайтов для любого вновь появившегося болезнетворного агента. Однако такая задача решаема на популяционном уровне, где комбинации распознающих сайтов среди отдельных представителей тех или иных этнических групп отличаются крайне выраженным разнообразием. Более того, одним из важнейших достижений биомедицинской науки последних лет, явившимся результатом реализации программы «Геном человека», стало формирование представлений о роли генетического полиморфизма на уровне одиночных нуклеотидных замен (SNP — Single Nucleotide Polymorphism). Было установлено: происходящие на этом уровне определенные мутации (в первую очередь, биологически выгодные да организма) закрепляются в геноме человека и становятся вариантами исходного гена, обеспечивая его полиморфизм.

    Наиболее яркий пример SNP демонстрирует система HLA, включающая, как уже говорилось, свыше 7000 аллельных вариантов генов, «закрепившихся» в геноме в силу той или иной биологической целесообразности. Следует отметить, что значительная часть SNP-вариантов одного и того же гена выполняет отличные или даже противоположные от основного (дикого) гена функции. В целом же процесс формирования полиморфизма на уровне одиночных нуклеотидных замен в системе HLA — самое наглядное проявление позитивной биологической роли мутационного процесса, в результате чего появляются и закрепляются новые аллельные варианты генов иммунного ответа. Именно это обеспечивает выживание человека как вида в условиях агрессивной окружающей среды, что подтверждают данные о формировании современных HLA-профилей (•HLA-профили — частоты встречаемости HLA-антигенов (или генов) той или иной популяции (прим. авт.)) населения различных регионов мира.

    Так, классическим иммуногенетическим маркером европеоидов является гаплотип HLA-A1-B8-DR3, встречающийся у них гораздо чаще, чем у представителей других рас. Изучая его, британский ученый Вальтер Бодмер в 1970-х годах выдвинул гипотезу, согласно которой это превышение связано с тем, что у носителей данного гаплотипа имелось преимущество в выживании в условиях античных и средневековых пандемий. В дальнейшем эту точку зрения поддержал основатель иммуногенетики Жан Доссе.

    В 1980-х годах сотрудники нашего института провели серию работ и установили, что наличие данного гаплотипа и входящих в него антигенов ассоциировано с показателями иммунитета, которые в настоящее время отнесены к основным эффекторам врожденного иммунитета (активность естественных клеток-киллеров, фагоцитоз и др.). Врожденный иммунитет выполняет важнейшую роль первого уровня защиты от чужеродных агрессивных агентов, тем самым обеспечивая защиту организма от болезнетворных вирусов, бактерий и злокачественно перерожденных клеток. Встреча коренного населения Америки с европейцами во время освоения последними континента закончилась для аборигенов трагически, так как уровень распространения указанных HLA-гаплотипов и соответственно уровень врожденного иммунитета у них были (да и остаются) чрезвычайно низкими и не обеспечили эффективной защиты против привезенных инфекционных агентов.

    Отметим, что относящееся к европеоидной расе население Земли расплачивается по настоящее время за высокий уровень наличия данного гаплотипа, ассоциированного с предрасположенностью к заболеваниям аутоиммунного генеза, включая сахарный диабет I типа и ряд других эндокринных патологий.

    Примечательно, что в большинстве стран мира с населением, принадлежащим монголоидной расе (ориенты) аутоиммунные патологии составляют малый процент в структуре заболеваемости. Практически единственное исключение — Узбекистан, занимающий первое место в мире по числу случаев сахарного диабета I типа. И только в этой этнической группе ориентов частота встречаемости гаплотипа HLA-A1-B8-DR3 приближается к таковой у европеоидов.

    Приведенные примеры основаны на историческом опыте человечества, однако подобные механизмы могут играть роль и в настоящее время. Это относится, в частности, к «чуме» XX и XXI вв. — СПИДу. Дело в том, что его вирус поражает клетки иммунной системы, несущие рецептор CD4+ (характерный для субпопуляции иммунокомпетентных клеток — Т-хелперов, принимающих непосредственное участие в инициации и контроле иммунного ответа). Этот рецептор служит «воротами», через которые ВИЧ попадает в иммунную систему человека. Но в этом процессе обязательно участвует еще один рецептор — CCR5, контролируемый генами иммунного ответа, не относящимися к HLA. Среди аллельных вариантов, возникших в результате его мутации, есть и CCR5delta32. В отличие от основного гена он не связывается с ВИЧ и тем самым блокирует его проникновение в клетку, предохраняя организм от развития заболевания. Правда, следует принять во внимание, что этот процесс имеет место только в случае, если данный рецептор является продуктом гомозиготного варианта CCR5delta32. В случае его присутствия в гетерозиготной форме, т.е. на одной хромосоме, заболевание может развиваться, хотя и протекает в менее агрессивной форме.

    Сотрудники Института иммунологии изучили частоту этих вариантов на массиве около 1000 «здоровых» людей, относящихся к 10 этническим группам, принадлежащим 2 расам (европеоиды и ориенты) и проживающим на территории России и бывших республик СССР. Наиболее часто гомозиготность по CCR5delta32 встречается на северо-западе европейской части России, число их снижается по направлению к юго-востоку.

    Эти данные подтверждают представление о том, что и в наше время агрессивные факторы окружающей среды могут участвовать в формировании межлопуляционных различий в иммуногеноме человека. К настоящему времени они подтверждаются не только на уровне воздействия инфекционных агентов, но и таких неблагоприятных факторов, как радиация.

    В заключение отметим, что система генов иммунного ответа сама по себе стоит на страже своего разнообразия, не допуская (во всяком случае в животном мире) появления гомозигот по указанным генам иммунного ответа. Этим обеспечивается биологическое преимущество гетерозигот, имеющих, в частности, значительно меньший шанс по сравнению с гомозиготными в развитии практически всех социально-значимых заболеваний человека.
     
     
     

    «Наука в России» . – 2012 . - № 6 . – С. 4-11.
     
     




    © 2006 - 2018 День за днем. Наука. Культура. Образование