загрузка...
 
СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА
Повернутись до змісту

СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА

Более 100 лет тому назад было замечено, что эффективность взаимодействия антигена с антителами требует наличия еще какого-то белкового фактора, имеющегося в нормальной сыворотке крови. Этот дополнительный фактор так и обозначили: комплемент. Лишь спустя многие десятилетия новые способы выделения н очистки белков, выяснения их первичной структуры позволили установить, что комплемент — это не один, а множество индивидуальных белков. Большинство из них именуют компонентами комплемента и кратко обозначают латинской буквой «С» с добавлением


арабской цифры: С1 (первый компонент комплемента), С2 (второй), СЗ (третий) и так далее, вплоть до С9. Впоследствии были открыты еще два белка, которые получили буквенные обозначения: фактор В и фактор О. Все перечисленные белки являются гликопротеинами и функционируют в строго определенной последовательности, напоминая этим каскад гемокоагуляции. Совокупное количество их составляет оксщо 10% от общего содержания белков в сыворотке крови.

Теперь мы знаем, что единственное предназначение каждого антитела заключается в точном распознавании специфичного для него («своего») антигена. Это узнавание основано на принципе комплементарности и завершается формированием нековалентного комплекса ан- тиген-антитело (Аг-Ат). Все дальнейшее уже не зависит от собственно реакции иммуноглобулина с антигеном: многообразие функциональных последствий реализуется не самим комплексом Аг-Ат, а системой комплемента (иногда — иными эффекторными системами). Первый ее компонент (С1) распознает в молекулах антител специальный участок, который стал доступным из-за конформационной перестройки, наступающей при взаимодействии иммуноглобулинов с антигеном. И это служит начальным стимулом для активации всей системы.

Таблица 8-2

Краткая характеристика каскадных белков системы комплемента

Иными словами, антитела обеспечивают лишь верность распознавания «своего» антигена, а весь спектр мер по его обезвреживанию едва ли не всегда осуществляется с участием системы комплемента.

Каскадный процесс, инициируемый иммунными комплексами, получил название классический путь {активации) комплемента (КПК). Ибо, как выяснилось много позднее, нередко активация комплемента протекает без участия антител, а главное - осуществляется (на начальных стадиях) иными белковыми факторами. Этот способ защиты, гораздо менее специфичный, обозначили как альтернативный путь {активации) комплемента (АПК).

Основным местом выработки всех белков комплемента являются гепатоциты. Полный набор их продуцируют также моноциты и клетки нейроглии. Во всех других местах синтеза (полиморфноядерные лейкоциты, лимфоциты, фибробласты, миоциты) создаются лишь отдельные компоненты системы. Как и другие протеолитические каскады, комплемент функционирует в режиме самоистощения, что требует достаточно быстрого обновления его компонентов. Поэтому скорость их синтеза довольно высока.

Кроме прямых участников процесса активации, к системе комплемента относится и целый ряд регуляторных белков (внекаскадные факторы). Собственно каскадных белков комплемента насчитывается 12. Перечень их приведен в табл. 8-2.

Важно подчеркнуть, что почти все протео- литические звенья системы циркулируют в проферментной (зимогенной) форме. Лишь после ограниченного протеолиза они превращаются в сериновые ферменты (подобные трипсину, но с гораздо более узкой субстратной специфичностью). Единственное исключение составляет фактор D, поступающий в плазму в виде уже активной протеиназы (не удивительно поэтому, что его содержание в ней в десятки и сотни раз ниже уровня любого другого компонента.).

И еще одна существенная деталь: протеиназы комплемента (кроме фактора D) функционируют не поодиночке, а только в составе межмолекулярных комплексов. Этому способствует наличие во многих из них специальных центров адгезии, включая модули так называемых коротких согласованных повторов (SCR - Short Consensus Repeats) . Кроме того, формирование таких комплексов требует участия двухвалентных катионов. При этом в протео- литическом каскаде КПК участвуют ионы кальция и магния, а в АПК - только магния. В их отсутствие (например, при удалении диализом или связывании хелатирующими агентами) белки комплемента неспособны формировать протеиназные комплексы, и активность комплемента полностью блокируется

В компонентах СЗ и С4 важным элементом является тиол-эфирная петля, идентичная таковой в а2-МГ (см. раздел 8.4.3). Имеющаяся в ней тиоэфирная группа высокореактивна, а потому способна спонтанно реагировать с гидроксильными или аминогруппами, образуя более стабильные связи (сложноэфирную или кислотоамидную). Тем самым молекулы, обладавшие тиол-эфирной петлей, закрепляются ковалентной связью в составе формируемых ими комплексов с другими белками, с поверхностью клеток или с подходящими полисахаридами.

Классический путь начинается, как уже упомянуто, с активации компонента С1. Процесс этот довольно сложный, поскольку сам С1 состоит из трех субкомпонентов. Сборка их требует участия Са2+ и осуществляется на иммуноглобулиновых молекулах, образовавших комплекс с антигеном. Обозначаются эти субкомпоненты как Clq, Clr и Cls.

Сначала происходит сорбция СЦ на раскрывшемся особом участке в константной части (Гс) тяжелой цепи иммуноглобулина (структура иммуноглобулинов будет представлена в разделе 13.3.3). Наиболее крупный белок комплемента, С1я отличается и необычайностью строения. Он состоит из 6 субъединиц, почти наполовину (с 1Ч-конца) представленных тройной спиралью, типичной для коллагена. Напротив, С-концевая часть каждой субъединицы формирует глобулярную «головку». Именно в ней находится центр связывания со специальным участком в области Гс иммуноглобулинов. Кроме того, эти «головки» богаты аминокислотами с положительно заряженным радикалом, благодаря чему способны связываться с поли- анионными макромолекулами (такими как гепарин или ДНК).

В целом С1я по форме напоминает букет из 6 тюльпанов, как это показано на рис. 8-7. Отсюда становится понятным, почему эффективную фиксацию СЦ (и, как следствие, активацию всего С1) осуществляет не просто бимолекулярное соединение Аг-Ат, а только муль- тивалентный иммунный комплекс (ИК). При этом взаимное расположение иммуноглобулинов в нем должно обеспечивать фиксацию не менее двух из шести глобулярных головок молекулы С^ (в случае пентамерных иммуноглобулинов класса М достаточно одной молекулы антитела для полноценного связывания молекулы С1ц; именно поэтому 1?М активируют комплемент эффективнее, чем иммуноглобулины класса О).

Рис. 8-7. Пространственная организация молекулы субкомпонента C1q.


Взаимодействие С1ц с ИЬС способствует дальнейшему укрупнению возникшего надмолекулярного агрегата. Оно происходит путем вовлечения субкомпонентов С1г и С1б. Эти одноцепочечные зимогены очень близки по строению и превращаются в активный фермент путем гидролиза единственной связи в центральной части молекулы (арг^-ше^ в С1г и аргЛу]-ше^ в Об). В обоих случаях сохраняется дисульфидная перемычка между возникшими фрагментами, в одном из которых становится раскрытым активный центр протеиназы, а в другом остаются зоны белок- белковой адгезии (включая БСЫ-модули).

Два гетеродимера, содержащих по одному субкомпоненту С1г и С1б, сорбируются на молекуле С 1ц (объединенной с ИК), располагаясь симметрично в пространстве между расходящимися «стеблями», чуть ниже головок «букета» (изображенного на рис. 8-7). Так формируется полный комплекс С1, состоящий из субкомпонентов С1ц, С1г и С1з в молярном соотношении 1:2:2 (комплекс С1д1г2182).

Несмотря на большое сходство С1г и С1б, активация этих зимогенов осуществляется по- разному. Первый из них претерпевает спонтанную самоактивацию. Она становится возможной благодаря тем конформационным подвижкам, которые происходят в ходе формирования комплекса СЦ1г2182 на ИК. Именно они позволяют проферменту С1г расщепить упомянутую выше связь в своей собственной молекуле. Так зимоген С1г становится активной протеиназой С1г (надстрочной горизонтальной линией принято отличать активные формы компонентов комплемента). Она, в свою очередь, производит ферментативный гидролиз субкомпонентов С1в (в составе комплекса), разделяя каждый из них на два фрагмента, аналогичных фрагментам С 1г. Только здесь про- теиназный фрагмент гораздо энергичнее гидролизует свои белковые субстраты и, особенно, эфиры _аргинина, лизина или тирозина (из-за чего С1б часто именуют С-эстеразой).

Формированием активного комплекса С1д1г2 1б2 (для краткости обозначаемого и как С1) завершается этап тицнации (запуска) системы комплемента.

Следующий этап - собственно протеоли- тический каскад усиления. Как показано на рис. 8-8, начинается он с двух реакций ограниченного протеолиза, катализируемых комплексом О (точнее, С1-эстеразой в его составе). Одна из них заключается в расщеплении компонента С4 (по связи арг7м-ала757) на две самостоятельные молекулы - С4а и С4Ь. Другая сводится к разрыву единственной цепи белка С2 (по связи арг24з-лиз2и) с освобождением С2а и С2Ь. В присутствии сериновая протеи- наза С2а сразу же комбинируется с фрагмен-



том С4Ь, формируя новый комплекс - С4Ь2а. Он обозначается как СЗ-конвертаза классического пути, поскольку С2а в его составе способен расщеплять молекулу СЗ (по связи арг^'Серич) на СЗа и СЗЬ. Появившийся СЗЬ включается затем в породившую его конверта- зу, изменяя ее субстратную специфичность. А именно: возникший комплекс С4Ь2аЗЬ начинает расщеплять уже не СЗ, а С5. То есть, превращается в С5-конвертазу КПК, которая гидролизует компонент С5 (по связи арг1Ъ- дей152) до фрагментов С5а и С5Ь.

Расщеплением циркулирующего в крови компонента С5 завершается протеолитический этап активации комплемента. Оба продукта - С5а и С5Ь - остаются в жидкой фазе. Последний, однако, обладает высоким сродством к компоненту С6 плазмы и образует с ним комплекс. Этим облегчается вовлечение в него еще и компонента С7, что вызывает перегруппировку, в результате которой на поверхности надмолекулярного агрегата сосредоточиваются неполярные фрагменты. Возникновение гидрофобной внешности придает комплексу мем- бранотропные свойства, и он начинает погружаться в липидную часть клеточной мембраны. Погружение становится более полным, когда к комплексу присоединяется компонент С8. Конгломерат С5Ь-С8 внедряется в мембрану, что приводит к медленному лизису клетки. Процесс сильно ускоряется имеющимся в плазме компонентом С9, который взаимодействует с С8 в составе С5Ь-С8. При этом сложенная вдвое молекула С9 разворачивается и инициирует процедуру самоагрегации, которая может вовлекать до 16 мономерных звеньев, складывающихся в полый цилиндр. Так возникает довольно широкий (11 нм) трансмембранный канал, - сквозная «дырка», через которую происходит утечка клеточного содержимого, означающая гибель клетки (цитолиз).

Таким образом, третий этап активации КПК является неферментативным процессом дезорганизации мембраны. Он реализуется путем физико-химического комплексирования конечных компонентов, протекающего в определенной очередности. Агрегаты С5Ь-С8 и их объединения с поли-С9 называют мембранно- атакующшш комплексами (МАК). Мишенью для них чаще всего становится та чуждая кпет- ка, на которой сформировался инициаторный ИК. Но может стать и почти любая другая клетка, оказавшаяся в пределах досягаемости для жидкофазного С5Ь (даже если на ней вовсе нет антител, — бывает и так!).

Здесь уместно отметить, что некоторые полисахариды (например, дрожжевой маннан) способны вызывать активацию КПК без участия иммуноглобулинов. Исследование этого явления привело к открытию так называемого маннан-связывающего белка, сокращенно МВР (mannan-binding protein). Он оказался структурным и функциональным аналогом компонента Clq, содержащим и коллагеноподобные «стебли», и глобулярные головки. Последние, однако, не являются поликатионами, а имеют сродство к углеводам (т.е., обладают свойствами лектинов). Белки, сочетающие качества коллагена и лектина, обозначили термином коллектииы. Образовав комплекс с полисахаридом, МВР начинает взаимодействовать с субкомпонентами Clr и С Is, подобно тому, как это делает Clq, фиксированный на ИК. Это и приводит к инициации каскада КПК. Такой вариант активации КПК обозначили термином коллектиновый путь. Роль его неясна, ибо у людей обычная концентрация МВР в плазме крови на три порядка ниже уровня Clq (у некоторых он и вовсе не обнаруживается, и это не отражается на их здоровье). Недавно установлено, что МВР может взаимодействовать не только с полисахаридами, но и с клетками, инфицированными вирусами гриппа или ВИЧ. При инфекционных заболеваниях концентрация МВР возрастает, что позволяет отнести его к белкам острой фазы.

Альтернативный путь комплемента считают филогенетически более древним. Этим и объясняют его низкую специфичность. Действительно, стимулировать АПК способны самые различные факторы, в том числе:

полисахариды зимозан, декстран, инулин и т.п. (само открытие АПК в 1954 г. состоялось благодаря опытам с обработкой сыворотки крови зимозаном - полисахаридом клеточных стенок дрожжей);

клеточные мембраны (хорошим активатором АПК человека является мембрана эритроцитов кролика, некоторых опухолевых клеток и клеток, трансформированных вирусами


или убитых нагреванием; бараньи эритроциты становятся активаторами АПК после ферментативного удаления сиаловых кислот с их поверхности); "

эндогенные кристаллы (осадок уратных солей; кристаллы холестерола, особенно, его окисленных производных);

некоторые искусственные полимеры, полученные в попытках создать материалы для изготовления шовного материала, диализных мембран, сосудистых протезов и т.п.

Однотипность эффектов, вызываемых столь различными факторами, обусловлена тем, что все они воздействуют на один и тот же белок - компонент СЗ. Немаловажно, что в плазме крови его во много раз больше, чем любого другого компонента комплемента (табл. 8- 2). Но для инициации АПК еще важнее наличие в СЗ уже упоминавшейся тиол-эфирной петли. Имеющаяся в ней тиоэфирная связь подвержена медленному спонтанному гидролизу, что ведет к появлению той формы компонента СЗ, которую принято обозначать как СЗ(Н20). Конформационные подвижки в молекуле СЗ, вызываемые ее сорбцией на перечисленных структурах, ведут к демаскировке тиол- эфирной петли (которая в нативном белке скрыта в в глубине гидрофобной ниши) и тем самым облегчают гидролиз тиоэфирной связи. Иначе говоря, все стимуляторы АПК являются, по сути, факторами, существенно ускоряющими эту неферментативную реакцию.

После гидролиза тиоэфирной связи молекула СЗ обретает сродство к фактору В комплемента. По строению и свойствам он очень похож на компонент С2 классического пути: оба являются одноцепочечными зимогенами; оба содержат БСЯ-модули межбелковой адгезии; оба активируются путем расщепления на две самостоятельные молекулы, одна из которых переходит в жидкую фазу, а другая «привносит» свой активный центр в состав формируемой комплексной протеиназы. Наконец, оба белка отличаются от остальных компонентов комплемента своей термолабильностью: прогревание при 50°С в течение 20 мин полностью инактивирует их.

Последующие стадии процесса активации АПК представлены в виде лаконичной схемы на рис. 8-9.



Образовав прочный Mg^-зависимый комплекс с СЗ(Н20), молекула фактора В становится доступной для протеолитической атаки фактором D. Его предшественник синтезируется как одна цепь (253 АО), которая по удалении сигнального пептида (20 АО), а затем и пропептида (5 АО с N-конца) поступает в кровь в виде готовой сериновой протеиназы. Отличаясь исключительно строгой субстратной специфичностью, фактор D гидролизует единственную СВЯЗЬ (арг259-Ли32бо) В ОДНОМ-ЄДИН- ственном белке - факторе В. Более того: не в свободном факторе В, а только в комплексиро- ванном с СЗ(Н20) или с очень похожим на него белком, недавно обнаруженным в яде кобры Naja naja и именуемым фактором яда кобры (Cobra Venom Factor, - сокращенно CoVF).

В результате ограниченного протеолиза фактора В один из продуктов (фрагмент Ва) переходит в жидкую фазу, а в другом (фрагмент ВЬ), остающемся связанным с СЗ(Н20) через ион магния, раскрывается каталитическая триада. Именно она осуществляет протеолити- ческую функцию комплекса СЗ(Н20)ВЬ, именуемого начальной СЗ-конвертазой альтернативного пути. Название указывает, что эта протеиназа расщепляет СЗ типичным образом

на СЗа и СЗЬ. Фрагмент СЗЬ по своей конформации очень похож на СЗ(Н20). Поэтому он тоже способен формировать магний-зависимый комплекс с фактором В, делая его восприимчивым к атаке фактором D. И снова в среду освобождается Ва, а фрагмент ВЬ остается в составе нового комплекса - СЗЬВЬ, или ОЪ-конвертазы АПК. Как и начальная, она тоже расщепляет СЗ на СЗа и СЗЬ. В результате наступает быстрое накопление СЗЬ, что способствует увеличению его доли в составе СЗ-конвертазы АПК А это ведет к изменению субстратной специфичности: комплекс (СЗЬ)пВЬ, присоединивший несколько молекул СЗЬ, предпочитает расщеплять не СЗ, а С5. Иными словами, он становится С5 -конвертазой АПК [с похожим на СЗ белком CoVF из яда кобры возникают аналогичные СЗ-конвертаза CoVFBb и С5-конвертаза CoVFC3bBb].

Молекулы С5Ь, вырабатываемые С5-кон- вертазой альтернативного пути, индуцируют точно такой же процесс спонтанной сборки МАК, какой происходит и в КПК.

Следует, однако, заметить, что разные пути комплемента совпадают не только по механизму терминального этапа мембранной атаки и цитолиза. Общность обоих путей обусловлена еще и тем, что в каждом из них обязательной стадией является наработка молекул СЗЬ. Появившись на одном из путей, в определенных условиях они могут быть использованы и для построения конвертаз другого, повышая эффективность его последующих стадий. Так возникает феномен амплификации, -усиления одного из путей активации комплемента за счет молекул СЗЬ, генерируемых другим путем.

Обеспечение лизиса чужеродных или трансформированных собственных клеток - это отнюдь не единственная функция комплемента. Во многих ситуациях дело вообще не доходит до формирования комплексов мембранной атаки.

Так бывает, если антигеном выступает не клетка, а белковая макромолекула, на которой и происходит построение иммунного комплекса. Тогда решающее значение приобретают те его фрагменты, для которых есть рецепторы на форменных элементах крови. В частности, многие клетки, включая нейтрофилы и макрофаги, обладают рецепторами к СЗЬ (обозначаемыми как CRI, CR2, CR3 и CR4). Связываясь с СЗЬ в составе ИК, рецепторы фагоцитов, как правило, инициируют процесс поглощения иммунных комплексов, завершающийся их внутриклеточным перевариванием.

Сходным механизмом могут обезвреживаться и клетки бактерий, которые не допускают формирования полного ИК, но способны фиксировать молекулы СЗЬ неподалеку от уже прикрепленных иммуноглобулинов класса G. Такой способ фиксации компонентов комплемента называют опсонизацией бактерий. Она повышает уязвимость чуждых клеток, т.к. помогает фагоцитам, обладающим рецепторами и к СЗЬ, и к Fc иммуноглобулинов, распознавать «маркированную» опсонинами клетку, а затем и «обволакивать» эту «жертву» с последующим поглощением и полным перевариванием ее в составе фаголизосом. Установлено, что помимо СЗЬ функцию опсонинов могут выполнять и молекулы С4Ь.

Совершенно необычна роль тех фрагментов, которые появляются в ходе активации комплемента, но не участвуют в дальнейшем развитии каскада (иа рис. 8-8 и 8-9 они выделены прямоугольными рамками). Поначалу их расценили как «побочные» пептиды. Название, однако, продержалось недолго: оказалось, что некоторые из них обладают высокой биологической активностью и имеют прямое отношение к явлению анафилаксии. Этим термином обозначили выявленный еще в XIX веке феномен повышенной чувствительности к повторной инъекции чуждого белкового материала. Эффект мог быть очень сильным - вплоть до развития шокового состояния (анафилактический шок) и даже гибели животного. Постепенно выяснилось, что главные проявления анафилаксии опосредуются особыми веществами - анафилатоксинами. И лишь специальное изучение недавно открытых «побочных» молекул показало, что свойствами анафилатоксинов обладают фрагменты СЗа и, особенно, С5а (который в 20 раз эффективнее). Связываясь со специальными рецепторами тучных клеток и базо- филов, эти пептиды (размерами в 77 и 74 АО) вызывают их дегрануляцию с выбросом гистамина, который, в свою очередь, повышает сосудистую проницаемость и стимулирует сокращение гладких мышц. Кроме того, С5а обладает свойствами аттрактанта, обеспечивая хемотаксис лимфоцитов и их агрегацию. Воздействуя на В-лимфоциты, С5а усиливает выработку антител, а СЗа тормозит ее. Пептид С4а по спектру действия аналогичен анафилатоксину СЗа, но на два порядка слабее его. Все перечисленные эффекты являются элементами воспалительного ответа на повреждение ткани. В реальности их может быть больше, поскольку рецепторы к СЗа и С5а имеются и на других клетках (нейтрофи- лы, эозинофилы, моноциты, макрофаги).

Инактивация анафилатоксинов осуществляется путем отщепления С-концевого аргинина, которым обладает каждый из трех пептидов. Эту реакцию очень быстро (в течение секунд) реализует фермент плазмы карбоксипеп- тидаза ТУ, иначе именуемая кининазой I (см. табл. 8-5). Поэтому анафилатоксины очень недолговечны (как это и положено сигнальным молекулам вообще).

Регуляторные механизмы в системе комплемента призваны обеспечивать необходимый н достаточный уровень защиты от чуждого материала, появившегося в организме. Как и во всяком протеолитическом каскаде, здесь важно удерживаться на узкой грани между эффективностью ответа и его чрезмерностью (которая опасна появлением избытка активных молекул, способного привести к нежелательным последствиям).

Ведущую роль в поддержании такого баланса играют специальные регуляторные белки, число которых даже превышает количество компонентов самого каскада. Почти все они не являются ферментами, а способны лишь к нековалентным взаимодействиям с теми или иными компонентами комплемента (либо продуктами их активации). Очевидно, что эффект таких регуляторов обусловлен их влиянием на процессы ассоциации-диссоциации межбелко- вых комплексов, формирование которых лежит в основе функционирования комплемента.

Лишь два регуляторных белка нацелены на ковалентное преобразование компонентов комплемента. Один из них именуется С1-ингибитором, т.к. ои блокирует активную форму комплекса С1. Другой представляет собой протеиназу, способную расщеплять молекулы СЗЬ и С4Ь, и потому обозначается как СЗЬ/С4Ь-инактиватор (синоним: фактор I).

С1-ингибитор (Cling) является главным регулятором активированного С1. По строению похож на другие серпины (агАТ, антитромбин

и т.д.) и вызывает инактивацию ряда ферментов, включая КК, плазмин, факторы ХИа и Х1а. Но для активированной формы Cl он является единственным ингибитором. Точнее, под его воздействием необратимо блокируются субкомпоненты Clr и Cls в составе жидкофазного Cl и, особенно, в виде свободных молекул. Однако они недоступны для Cling, когда ассоциированы с Cl, встроенным в полноценный иммунный комплекс. Следовательно, этот ингибитор устраняет активные протеиназы начального этапа КПК в тех случаях, когда они появляются из-за случайной активации вне иммунного комплекса либо при его распаде. Вместе с тем, Cling не препятствует «праяиль- ному» течению инициации КПК.

Роль такого препятствия выполняет другой белок, — С lq-ингибитор. По сути, он не является ингибитором в обычном смысле слова. Обладая адгезивными свойствами, этот белок затрудняет ассоциацию с иммуноглобулинами в составе комплексов Аг-Ат. Результат противостояния зависит как от структуры иммунных комплексов (степени их «полноценности»), так и от соотношения локальных концентраций С1с] и его ингибитора. То же самое относится к так называемому фактору I. Этот небольшой белок, обладая катионными свойствами, затрудняет сборку активированного комплекса С1.

О важности контроля за активацией компонента С1 свидетельствует, в частности, тяжесть проявлений врожденной недостаточности С1-ингибитора, описанной как ангионевро- тический отек (отек Квинке). Заболевание сопровождается эпизодическими отеками в конечностях, брюшной полости, области лица и шеи. Приступы провоцируются стрессом или травмой и длятся от 1 до 3 дней. Особенно опасен отек гортани, который может привести к летальному исходу. Причиной появления локальных отеков считают избыточность активации С1 и, как следствие, компонентов С4 и С2; все вместе это усиливает выработку биологически активных пептидов, включая брадикинин (см. табл. 8-3), который обладает сильным сосудорасширяющим действием и повышает проницаемость капилляров.

СЗЫСАЪ-инактнватор (фактор I) играет решающую роль в регуляции второго этапа комплемента — этапа каскадного усиления. Будучи сериновой протеиназой, он содержится в плазме крови в активной форме, т.е.. подобно фактору О, является «протеиназой, ожидающей появления своего субстрата». Однако, в отличие от фактора О, ферментативную активность фактор I проявляет только при поддеркке специальных белковых кофакторов. В плазме крови существуют два таких белка. Каждый связывается не с ферментом, а с его субстратом (СЗЬ или С4Ь), взаимодействуя с ним своей ЗСИ-зоной. Один из них - фактор Н - требуется для реакций расщепления молекулы СЗЬ (до неактивного ЮЗЬ и фрагментов C3f и СЗс^). Другой, обозначаемый как С4~связывающий белок (С4Ьр), необходим для гидролиза фактором I двух пептидных связей в С4Ь, приводящего к появлению С4ё и С4с.

Наряду с плазменными кофакторами фактора 1 существуют и сходные с ними белки, фиксированные на мембранах клеток хозяина (гомологичные клетки). К ним относятся мембранный кофакторный белок (МСР) и фактор, ускоряющий распад (decay-accelerating factor, DAF). В обоих есть область SCR-повторов, посредством которой они взаимодействуют с фрагментами СЗЬ и С4Ь, ослабляя их связь с партнерами в составе конвертаз, а именно - с ВЬ и С2а, соответственно. Иными словами, оба белка способствуют диссоциации комплексных конвертаз КПК и АПК и тем самым снижают их эффективность. В какой-то степени этому противостоит фактор Р (пропердин), который, подключаясь к конвертазам АПК, очень эффективно способствует их стабилизации.

По сравнению с DAF, мембранный белок МСР обладает более широким потенциалом, ибо функционирует еще и как кофактор фактора I. В этом плане ему подобен клеточный рецептор комплемента типа 1 (CR1). Однако, в отличие от МСР (и от DAF), этот рецептор взаимодействует с теми молекулами СЗЬ и С4Ь, которые ковалентно фиксированы не на своей собственной, а на другой клетке или иммунном комплексе. Кроме того, в качестве кофактора рецептор CR1 обеспечивает несколько более глубокое расщепление фактором I молекул СЗЬ и С4Ь.

Заключительный этап активации комплемента контролируется белками, которые обладают достаточно высоким сродством к компонентам комплекса мембранной атаки. Вступая с ними в нековалентное, но довольно стабильное объединение, регуляторные белки препятствуют сборке МАК и способствуют его дезинтеграции.

В плазме крови роль главного регулятора терминального этапа принадлежит витронек- тшу, - белку, открытому как «фактор, вызывающий распластывание клеток на стекле». Подобно другим адгезивным макромолекулам (включая фибронектин и фактор ФВ), он содержит центр связывания с клетками (последовательность RGD). Будучи белком полифунк- циональным, в системе комплемента витронек- тин проявляет себя, прежде всего, высоким сродством к С5Ь-7. При его связывании с этим незавершенным комплексом мембранной атаки образуется конгломерат, который неспособен к внедрению в мембрану клетки-мишени, но сохраняет привлекательность для С8 и С9. Возникающие объединения витронектина с С5Ь-8 и С5Ь-9 не обладают цитолитической активностью и выводятся из кровотока. Кроме того, этот регулятор еще и угнетает процедуру полимеризации компонента С9, необходимую при формировании трансмембранного канала. Таким образом, все перечисленные эффекты витронектина направлены на ограничение ком- плементзависимого лизиса клеток.

Клеточные мембраны тоже обладают структурами, контролирующими формирование МАК. Одной из них является С8-связывающий белок (С8Ьр), который препятствует включению С8 в комплекс С5Ь-7. При этом он взаимодействует только с гомологичным С8 и не влияет на сборку гетерологичного МАК.

Аналогичным действием, но только в отношении С9, обладают гликофорин эритроцитов и протекший, присутствующий на мембранах многих клеток разного типа. Связываясь с С8 в составе комплекса С5Ь-8, эти регуляторы препятствуют правильной фиксации на нем компонента С9. Детальный анализ показал, что протектин при этом взаимодействует не только с комплексированным 8, но и с С9. По существу, его следовало бы назвать С8,9-связываю- щим белком. Однако этого не позволяет его полифункциональность: будучи лейкоцитарным антигеном С059, протектин участвует и в других проявлениях активности обладающих им клеток.

Некоторые из мембранных регуляторов комплемента фиксируются на клетке гликофос- фолипидным якорем. Мутации, приводящие к нарушению биосинтеза якорного фрагмента протектина, С8Ьр и БАР, проявляют себя патологией, описанной ранее как пароксизмальная ночная гемоглобинурия. Ведущая симптоматика этой болезни обусловлена недостаточной защитой эритроцитов от собственного комплемента, из-за чего возникают приступы компле- ментзависимого гемолиза. Генерализации процесса не наступает потому, что только отдельные клоны эритроцитов имеют такой дефект.

Известны также дефициты экспрессии протектина в сперматозоидах (что приводит к аспермии) и в меланоцитах (витилиго). Напротив, для раковых клеток характерна избыточная выработка протектина. Поэтому такие клетки, хотя и стимулируют активацию комплемента, сами, как правило, устойчивы к ком- плементзависимому лизису.

Итак, можно выделить наиболее яркую отличительную особенность комплемента. Она заключается в том, что на всех этапах и активации системы, и ее контроля едва ли не решающими элементами являются неферментативные процессы взаимного узнавания макромолекул и, как следствие, формирования нековалентных белок-белковых комплексов.

Как и другие системы каскадного протеолиза, комплемент принципиально отличается от обычных мультиферментных цепей метаболизма тем, что реализует свою функцию только путем самоистощения. Поэтому к ним неприменим термин «ключевой фермент», которым принято обозначать лимитирующее звено, чувствительное к аллостерическим эффектам собственного продукта (субстрата), - ближайшего либо отдаленного (благодаря чему обеспечивается автономная саморегуляция всей метаболической цепи). Очевидно, что саморегуляция протеолитического каскада должна обеспечиваться иным механизмом.

Пороговый принцип саморегуляции - новое понятие, которое сформулировано по результатам исследований комплемента, выполненных сотрудниками кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова. Начальные эксперименты были проведены с очищеннными препаратами факторов В и Б, которые смешивали с сывороткой крови человека, избирательно лишенной того или другого. Оказалось, что малые количества фактора В. добавленные к дефицитной по нему сыворотке, не вызывали лизиса гетерологичных клеток (эритроциты кролика). Иммунный лизис наступал только тогда, когда добавляемое количество фактора В превышало некую критичную величину. С дальнейшим увеличением такой добавки скорость гемолиза закономерно возрастала. Экстраполяция этой закономерности позволяла экспериментально определить ту «пороговую» величину, превышение которой необходимо для активации комплемента с достижением конечного эффекта (лизис клеток). Аналогичные результаты были получены в экспериментах с фактором Б и дефицитной по нему сывороткой, но не с компонентом СЗ, оказавшимся эффективным даже в едва уловимых концентрациях (Л.В. Галебская, И.Г. Щербак, П.П. Бельтюков, Е.В. Рюмина, И.Л. Солов- цова, 1993). Позднее эффект «порога» был установлен и для компонента С1.

Анализ экспериментальных данных показал, что величина пороговой концентрации характеризует общий эффект всех внекаскадных факторов (ингибиторы, инактиваторы), которые способны блокировать определенное количество соответствующей протеиназы (в ее активной форме). Их совокупный потенциал можно представить себе в виде барьера на пути лавинообразного усиления каскадного процесса. Такого рода препятствие призвано «гасить» процесс при умеренной степени его активации, но пропускать достаточную часть лавины дальше, если ее мощность превзойдет контрольную отметку (высоту «порога»).

Каскадные протеолитические системы уникальны в том, что их естественный катаболизм и реализация их физиологической функции вплоть до конечного эффекта представляют собой один и тот же процесс молекулярных превращений. Разница лишь в интенсивности этого процесса. Пороговый механизм разграничивает два уровня активации каскадного протеолиза. При достаточно выраженном сигнале со стороны инициирующего фактора степень активации превзойдет критичную отметку мощности порога, благодаря чему становится возможной реализация конечной функции, - такой как лизис чужеродных клеток или гемо- коагуляиия. Допороговый же уровень активации ведет к распаду предшествующих компонентов каскада, компенсируемому их ресинтезом в рибосомах.

Такое непрерывное обновление макромолекул протеолитической системы, очевидно, необходимо для обеспечения ее постоянной готовности к срочному срабатыванию с последующим быстрым восполнением израсходованных белков. Однако отмеченная выше множественность порогов в рамках одного протео- литического каскада приводит к заключению, что допороговый режим нужен не только для обновления звеньев системы и поддержания ее в состоянии «свежей» готовности. Очевидно, возможна фрагментарная активация системы на участке между двумя порогами (Щербак И.Г., 1997, 1998).

Такое заключение подтверждают расчеты, выполненные по результатам экспериментов в условиях, достаточно близких физиологическим. А именно: для преодоления порога и достижения конечного эффекта (лизис клеток) необходимо достаточно быстро проактивиро- вать 10-20% имеющегося в сыворотке компонента С1, но почти половину присутствующего в ней фактора В. Что же касается фактора И, то его пороговая концентрация вдвое выше реального содержания этой активной протеиназы в крови. Следовательно, степень активации АПК, достаточная для иммунного лизиса чуждых клеток, может быть достигнута только посредством снижения тех порогов, которые сдерживают эффекты протеиназ, формируемых благодаря действию фактора О. К такому результату может приводить, например, стабилизация конвертазных комплексов АПК.

Фрагментарная активация, осуществляемая в допороговом режиме работы системы в целом, не приводит к реализации конечной функции всего каскада, но сопровождается появлением биологически активных продуктов, в том числе анафилатоксинов. Есть основания полагать, что и другим продуктам «незавершенной» (межпо- роговой) активации любого протеолитического каскада присущи свои специальные функции.



загрузка...