Активированные компоненты комплемента. Основные этапы активации системы комплемента

А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.

Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C5b).

В. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции .

Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.

Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы, вызывая их сокращение.

Действуют они и на стенку сосуда: вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.

С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).

С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).

Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

Для осуществления бактериолиза или цитолиза требуется активация компонентов комплемента от СЗ до С9 по классическому или альтернативному пути. В роли опсонинов выступают большие фрагменты СЗб, С4б - адсорбируясь на поверхности клеток, они усиливают фагоцитарную реакцию, способствуют иммунному прилипанию комплекса АГ-АТ-комплемент к поверсности иммунокомпетентных клеток (В-лимфоциты). Низкомолекулярныё фрагмента -полипептиды - СЗа, С5а способствуют высвобождению биогенных аминов (гистамина, серотонина) из тучных клеток, вызывают сокращение гладкой мускулатуры, повышают сосудистую проницаемость, вызывают хемотаксис нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления. Компоненты CI-C4 нейтрализуют некоторые вирусы. Синтез белков комплемента осуществляется клетками системы мононуклеарных фагоцитов, фибластов, печенью. У человека встречаются генетические дефекты по большинству компонентов комплемента. Клинически они проявляются в форме синдрома системной красной волчанки, рецидивирующих пиогенных инфекций, ангионевротическим отеком.

Данные о функциональной активности белков комплемента и их концентрации дают очень важную информацию о протекании заболевания, могут быть использованы для оценки тяжести течения, эффективности терапевтических мероприятий, прогноза заболевания.

Методы исследования системы комплемента

I. Определение общей гемолитической активности классического пути. Сыворотку крови разводят физиологическим раствором 1:10 и вносят в пробирки в объеме от 0,05 до. 0,5 мл. Объем проб доводят до 1,5 мл физиологическим раствором и вносят по 1,5 мл гемолитической системы (смесь равных объемов 3% взвесей бараньих эритроцитов и гемолитической сыворотки). Пробирки инкубируют при 37°С 45 минут,- охлаждают при 4°С для остановки реакции и центрифугируют при 1500 оборотов 4-5 минут. После центрифугирования определяют объем сыворотки, вызывающий лизис 50% сенсибилизированных эритроцитов (условную гемолитическую единицу активности комлемента - СН 50), затем рассчитывают количество СН 50 на мл цельной сыворотки. У здоровых людей титр комлемента (СН 50 на мл) составляет примерно 40-60 СН 50.

Гемолитическую активность альтернативного пути комлемента определятт также, но вместо сенсибилизированных бараньих эритроцитов используют несенсибилизированные кроличьи эритроциты и физиологический раствор, содержащий ионы Mg, но без Са для блокирования классического пути активации.

2.Определение функциональной активности отдельных компонентов. Этот метод позволяет определить численность функционально активных молекул в I мл сыворотки крови. Для этого к сенсибилизированным эритроцитам добавляют реагент на определенный компонент комплемента (в качестве реагента используют либо смесь компонентов комлемента, исключая искомый, либо сывоттку крови, лишенную активности этого компонента. Сыворотку для титрования компонентов классического пути разводят в 40-50 -раз, а альтернативного - в 5-7 раз. Таким образом можно уста­новить дефект определенных компонентов и определить профиль комплемента при различных заболеваниях.

3. Иммунохимическое определение концентрации компонентов комплемента. Данный метод исследования позволяет определить концентрацию каждого из белков комплемента, используя антисыворотки (антитела) к ним. Концентрация белков выражается в г\л. Для определения используют метод радиальной иммунодиффузии в arapе.

4 Определение активности комплемента и его компонентов методом радиального гемолиза в агаровом геле. Гемолитическую систему смешивают с расплавленным агаром в соотношении 1:7 и быстро выли­вают в стерильные чашки Петри. После застывания в агаре проделывают лунки диаметром 4.мм- (до 15 лунок на 1-ой чашке). Лунки заполняются испытуемыми сыворотками и помещают чашки в холодильник при 4°С на 21 час для диффузии белков комплемента в агар. Затем чашки помещают в термостат на 60 минут для проявления зон гемолиза. Критерием активности комплемента служит квадрат диаметра зон гемолиза.

Комплемент — важнейший элемент иммунной системы позвоночных животных и человека, играющий ключевую роль в гуморальном механизме защиты организма от патогенов. Термин впервые ввел Эрлих для обозначения компонента кровяной сыворотки, без которого ее бактерицидные свойства пропадали. Впоследствии было выяснено, что этот функциональный фактор представляет собой набор белков и гликопротеидов, которые при взаимодействии друг с другом и с чужеродной клеткой вызывают ее лизис.

Комплемент в буквальном смысле переводится как "дополнение". Изначально он считался всего лишь еще одним элементом, обеспечивающим бактерицидные свойства живой сыворотки. Современные представления об этом факторе значительно шире. Установлено, что комплемент представляет собой сложнейшую, тонко регулируемую систему, взаимодействующую как с гуморальными, так и с клеточными факторами иммунного ответа и оказывающую мощное влияние на развитие воспалительной реакции.

Общая характеристика

В иммунологии системой комплемента называют проявляющую бактерицидные свойства группу взаимодействующих друг с другом белков сыворотки крови позвоночных, представляющую собой врожденный механизм гуморальной защиты организма от патогенов, способный действовать как самостоятельно, так и в комплексе с иммуноглобулинами. В последнем случае комплемент становится одним из рычагов специфического (или приобретенного) ответа, поскольку антитела сами по себе не могут уничтожать чужеродные клетки, а действуют опосредованно.

Эффект лизирования достигается за счет образования пор в мембране чужеродной клетки. Таких отверстий может быть множество. Перфорирующий мембрану комплекс системы комплемента называется МАК. В результате ее действия поверхность чужеродной клетки становится дырчатой, что приводит к выходу цитоплазмы наружу.

На долю комплемента приходится около 10% всех белков сыворотки. Его компоненты всегда присутствуют в крови, не оказывая никакого действия до момента активации. Все эффекты комплемента являются результатом последовательных реакций - либо расщепляющих входящие в его состав белки, либо приводящих к образованию их функциональных комплексов.

Каждый этап такого каскада подвержен строгой обратной регуляции, которая в случае необходимости может остановить процесс. Активированные компоненты комплемента проявляют большой комплекс иммунологических свойств. При этом эффекты могут оказывать на организм как положительное, так и негативное воздействия.

Основные функции и эффекты комплемента

Действие активированной системы комплемента включает:

• Лизис чужеродных клеток бактериальной и небактериальной природы. Осуществляется за счет образования специального комплекса, который встраивается в мембрану и проделывает в ней дыру (перфорирует).
• Активацию удаления иммунных комплексов.
• Опсонизацию. Присоединяясь к поверхностям мишеней, компоненты комплемента делают их привлекательными для фагоцитов и макрофагов.
• Активация и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления.
• Образование анафилотоксинов.
• Облегчение взаимодействия антигенпрезентирующих и В-клеток с антигенами.

Таким образом, комплемент оказывает комплексное стимулирующее воздействие на всю иммунную систему. Однако чрезмерная активность этого механизма может негативно повлиять на состояние организма. К отрицательным комплемента относят:

• Ухудшение протекания аутоиммунных заболеваний.
• Септические процессы (при условии массовой активации).
• Отрицательное влияние на ткани в очаге некроза.

Дефекты системы комплемента могут приводить к аутоиммунным реакциям, т.е. к повреждению здоровых тканей организма собственной иммунной системой. Именно поэтому имеет место такой строгий многоступенчатый контроль активации данного механизма.

Белки комплемента

Функционально белки системы комплемента подразделяются на компоненты:

• Классического пути (C1-C4).
• Альтернативного пути (факторы D, B, C3b и пропердин).
• Мембраноатакующего комплекса (C5-C9).
• Регуляторной фракции.

Номера С-белков соответствуют последовательности их обнаружения, но не отражают очередность их активации.

К регуляторным белкам системы комплемента относят:

• Фактор H.
• C4-связывающий белок.
• Мембранный кофакторный белок.
• Рецепторы комплемента первого и второго типа.

C3 является ключевым функциональным элементом, поскольку именно после его распада образуется фрагмент (C3b), который присоединяется к мембране клетки-мишени, начиная процесс формирования литического комплекса и запуская так называемую петлю усиления (механизм положительной обратной связи).

Активация системы комплемента

Активация комплемента представляет собой каскадную реакцию, в которой каждый фермент катализирует активацию последующего. Этот процесс может происходить как с участием компонентов приобретенного иммунитета (иммуноглобуллинов), так и без них.

Есть несколько способов активации комплемента, которые отличаются последовательностью реакций и набором участвующих в ней белков. Однако все эти каскады приводят к одному итогу — образованию конвертазы, расщепляющей белок C3 на C3a и C3b.

Существуют три пути активации системы комплемента:

• Классический.
• Альтернативный.
• Лектиновый.

Среди них только первый связан с системой приобретенного иммунного ответа, а остальные имеют неспецифический характер действия.

Во всех путях активации можно выделить 2 этапа:

• Пусковой (или собственно активационный) — включает весь каскад реакций до момента образования C3/C5-конвертазы.
• Цитолитический — обозначает формирование мембраноатакующего комплекса (МКФ).

Вторая часть процесса во всех стадиях схожа и задействует белки C5, C6, C7, C8, C9. При этом только C5 подвергается гидролизу, а остальные просто присоединяются, образуя гидрофобный комплекс, способный встроиться и перфорировать мембрану.

Первый этап основан на последовательном запуске ферментативной активности белков C1, C2, C3 и C4 путем гидролитического расщепления на большие (тяжелые) и малые (легкие) фрагменты. Образовавшиеся единицы обозначаются малыми буквами а и b. Одни из них осуществляют переход к цитолитическому этапу, а другие выполняют роль гуморальных факторов иммунного ответа.

Классический путь

Классический путь активации комплемента начинается со взаимодействия ферментного комплекса C1 с группой антиген - антитело. C1 представляет собой фракцию из 5 молекул:

• C1q (1).
• C1r (2).
• C1s (2).

На первой ступени каскада с иммуноглобулином связывается C1q. Это вызывает конформационную перестройку всего комплекса C1, что приводит к его автокаталитической самоактивации и образованию действующего фермента C1qrs, расщепляющего белок C4 на C4a и C4b. При этом все остается прикрепленным к иммуноглобулину и, следовательно, к мембране патогена.

После осуществления протеолитического эффекта группа антиген - C1qrs присоединяет к себе фрагмент C4b. Такой комплекс становится подходящим для связывания с C2, которая под действием C1s тут же расщепляется на C2a и C2b. В результате создается C3-конвертаза C1qrs4b2a, действие которой формирует C5-конвертазу, запускающую образование МАК.

Альтернативный путь

Такая активация иначе называется холостой, поскольку гидролиз C3 происходит самопроизвольно (без участия посредников), что приводит к периодическому беспричинному образования C3-конвертазы. Альтернативный путь осуществляется тогда, когда к возбудителю еще не сформировался. При этом каскад состоит из следующих реакций:

1. Холостой гидролиз C3 с образованием фрагмента C3i.
2. C3i связывается с фактором В, формируя комплекс C3iB.
3. Связанный фактор В становится доступен для расщепления D-белком.
4. Фрагмент Ba удаляется и остается комплекс C3iBb, который и является C3-конвертазой.

Суть холостой активации заключается в том, что в жидкой фазе C3-конвертаза нестабильна и быстро гидролизуется. Однако при столкновении с мембраной возбудителя стабилизируется и запускает цитолитическую стадию с формированием МАК.

Лектиновый путь

Лектиновый путь очень похож на классический. Основное отличие заключается в первой ступени активации, которая осуществляется не через взаимодействие с иммуноглобулином, а через связывание C1q с концевыми маннановыми группами, присутствующими на поверхности бактериальных клеток. Дальнейшая активация осуществляется полностью идентично классическому пути.

Система комплемента

Мембраноатакующий комплекс, вызывающий лизис клетки.

Система комплемента - комплекс сложных белков, постоянно присутствующих в крови. Это каскадная система протеолитических ферментов , предназначенная для гуморальной защиты организма от действия чужеродных агентов, она участвует в реализации иммунного ответа организма. Является важным компонентом как врождённого, так и приобретённого иммунитета.

История понятия

В конце XIX столетия было установлено, что сыворотка крови содержит некий «фактор», обладающий бактерицидными свойствами. В 1896 году молодой бельгийский ученый Жюль Борде , работавший в Институте Пастера в Париже, показал, что в сыворотке имеются два разных вещества, совместное действие которых приводит к лизису бактерий: термостабильный фактор и термолабильный (теряющий свои свойства при нагревании сыворотки) фактор. Термостабильный фактор, как оказалось, мог действовать только против определенных микроорганизмов, в то время как термолабильный фактор имел неспецифическую антибактериальную активность. Термолабильный фактор позднее был назван комплементом . Термин «комплемент» ввел Пауль Эрлих в конце 1890-х годов. Эрлих был автором гуморальной теории иммунитета и ввел в иммунологию много терминов, которые впоследствии стали общепринятыми. Согласно его теории, клетки, ответственные за иммунные реакции, имеют на поверхности рецепторы , которые служат для распознавания антигенов . Эти рецепторы мы сейчас называем «антителами » (основой вариабельного рецептора лимфоцитов является прикреплённое к мембране антитело класса IgD, реже IgM. Антитела других классов в отсутствие соответствующего антигена не прикреплены к клеткам). Рецепторы связываются с определенным антигеном, а также с термолабильным антибактериальным компонентом сыворотки крови. Эрлих назвал термолабильный фактор «комплементом» потому, что этот компонент крови «служит дополнением» к клеткам иммунной системы.

Эрлих полагал, что имеется множество комплементов, каждый из которых связывается со своим рецептором, подобно тому, как рецептор связывается со специфическим антигеном. В противоположность этому Борде утверждал, что существует «дополнение» только одного типа. В начале XX века спор был разрешен в пользу Борде; выяснилось, что комплемент может активироваться с участием специфических антител или самостоятельно, неспецифическим способом.

Общее представление

Компоненты системы комплемента

Комплемент - система белков, включающая около 20 взаимодействующих компонентов: С1 (комплекс из трех белков), С2, СЗ, …, С9, фактор В, фактор D и ряд регуляторных белков. Все эти компоненты - растворимые белки с мол. массой от 24 000 до 400 000, циркулирующие в крови и тканевой жидкости. Белки комплемента синтезируются в основном в печени и составляют приблизительно 5 % от всей глобулиновой фракции плазмы крови. Большинство из них неактивны до тех пор, пока не будут приведены в действие или в результате иммунного ответа (с участием антител), или непосредственно внедрившимся микроорганизмом (см. ниже). Один из возможных результатов активации комплемента - последовательное объединение так называемых поздних компонентов (С5, С6, С7, С8 и С9) в большой белковый комплекс, вызывающий лизис клеток (литический, или мембраноатакующий, комплекс). Агрегация поздних компонентов происходит в результате ряда последовательных реакций протеолитической активации с участием ранних компонентов (С1, С2, С3, С4, фактора В и фактора D). Большинство этих ранних компонентов - проферменты, последовательно активируемые путем протеолиза . Когда какой-либо из этих проферментов специфическим образом расщепляется, он становится активным протеолитическим ферментом и расщепляет следующий профермент, и т. д. Поскольку многие из активированных компонентов прочно связываются с мембранами, большинство этих событий происходит на поверхностях клеток. Центральный компонент этого протеолитического каскада - С3. Его активация путем расщепления представляет собой главную реакцию всей цепи активации комплемента. С3 может быть активирован двумя основными путями - классическим и альтернативным. В обоих случаях С3 расщепляется ферментным комплексом, называемым С3-конвертазой. Два разных пути приводят к образованию разных С3-конвертаз, однако обе они образуются в результате спонтанного объединения двух компонентов комплемента, активированных ранее в цепи протеолитического каскада. С3-конвертаза расщепляет С3 на два фрагмента, больший из которых (С3b) связывается с мембраной клетки-мишени рядом с С3-конвертазой; в результате образуется ферментный комплекс еще больших размеров с измененной специфичностью - С5-конвертаза. Затем С5-конвертаза расщепляет С5 и тем самым инициирует спонтанную сборку литического комплекса из поздних компонентов - от С5 до С9. Поскольку каждый активированный фермент расщепляет много молекул следующего профермента, каскад активации ранних компонентов действует как усилитель: каждая молекула, активированная в начале всей цепи, приводит к образованию множества литических комплексов.

Основные этапы активации системы комплемента.

Классический и альтернативный пути активации системы комплемента.

Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путем. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4bC2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.

Биологические функции

Сейчас выделяют следующие функции:

1. Опсонизирующая функция. Сразу вслед за активацией системы комплемента образуются опсонизирующие компоненты, которые покрывают патогенные организмы или иммунные комплексы, привлекая фагоцитов. Наличие на поверхности фагоцитирующих клеток рецептора к С3b усиливает их прикрепление к опсонизированным бактериям и активирует процесс поглощения. Такое более тесное прикрепление С3b-связанных клеток или иммунных комплексов к фагоцитирующим клеткам получило название феномена иммунного прикрепления .
2. Солюбилизация (т.е. растворение) иммунных комплексов (молекулой C3b). При недостаточности комплемента развивается иммунокомплексная патология (СКВ-подобные состояния). [СКВ = системная красная волчанка]
3. Участие в воспалительных реакциях. Активация системы комплемента приводит к выделению из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови биологически активных веществ (гистамина, серотонина, брадикинина), которые стимулируют воспалительную реакцию (медиаторов воспаления). Биологически активные компоненты, которые образуются при расщеплении С3 и С5 , приводят к высвобождению вазоактивных аминов, таких как гистамин , из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови. В свою очередь это сопровождается расслаблением гладкой мускулатуры и сокращением клеток эндотелия капилляров, усилением сосудистой проницаемости. Фрагмент С5а и другие продукты активации комплемента содействуют хемотаксису , агрегации и дегрануляции нейтрофилов и образованию свободных радикалов кислорода. Введение С5а животным приводило к артериальной гипотонии, сужению легочных сосудов и повышению проницаемости сосудов из-за повреждения эндотелия.
   Фукнции С3а:
   • выступать в роли хемотаксического фактора, вызывая миграцию нейтрофилов по направлению к месту его высвобождения;
   • индуцировать прикрепление нейтрофилов к эндотелию сосудов и друг к другу;
   • активировать нейтрофилы, вызывая в них развитие респираторного взрыва и дегрануляцию;
   • стимулировать продукцию нейтрофилами лейкотриенов.
4. Цитотоксическая, или литическая функция. В конечной стадии активации системы комплемента образуется мембраноатакующий комплекс (МАК) из поздних компонентов комплемента, который атакует мембрану бактериальной или любой другой клетки и разрушает ее.

Фактор С3е, образующийся при расщеплении фактора С3b, обладает способностью вызывать миграцию нейтрофилов из костного мозга, и в таком случае быть причиной лейкоцитоза .

Активация системы комплемента

Классический путь

Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по одной молекуле С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM , активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.

С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути. С5 расщепляется на C5a и C5b.C5b остается на мембране и соединяется с комплексом C4b2a3b.Потом соединяются С6, С7, С8 и С9,которая полимеризуется и возникает трубочка внутри мембраны. Тем самым нарушается осмотический баланс и в результате тургора бактерия лопается. Классический путь действует более точно, поскольку так уничтожается любая чужеродная клетка.

Альтернативный путь

Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbВb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bВb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента. В жидкости в комплексе CЗbВb В заменяется Н фактором и под воздействием дезактивирующего соединения(Н) превращается в С3bi.Когда микробы попадают в организм комплекс СЗbВb начинает накапливаться на мембране. Он соединяется с С5, который расщепляется на C5a и C5b. C5b остается на мембране. Потом соединяются С6, С7, С8 и С9.После соединения С9 с С8, происходит полимеризация С9 (до 18 молекул сшиваются друг с другом) и образуется трубочка, которая пронизывает мембрану бактерии, начинается закачка воды и бактерия лопается.

Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов - его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды(являются митогенами), вирусные частицы, опухолевые клетки.

Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента

Лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Он использует лектин, связывающий маннозу, (MBL) - белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - сывороточный белок, принадлежащий к группе белков коллектинов, который синтезируется преимущественно в печени и может активировать каскад комплемента, непосредственно связываясь с поверхностью патогена.

В сыворотке крови MBL формирует комплекс с MASP-I и MASP-II (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, связывающие MBL сериновые протеазы). MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классического пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда несколько активных центров MBL связываются с определенным образом ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b. Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты для клеток иммунной системы.

Регуляция системы комплемента

Система комплемента может быть очень опасной для тканей хозяина, поэтому ее активация должна хорошо регулироваться. Большинство компонентов активны только в составе комплекса, при этом их активные формы способны существовать очень короткое время. Если в течение этого времени они не встретятся со следующим компонентом комплекса, то активные формы теряют связь с комплексом и становятся неактивными. Если концентрация какого-то из компонентов ниже пороговой (критической), то работа системы комплемента не приведет к физиологическим последствиям. Система комплемента регулируется специальными белками, которые находятся в плазме крови даже в большей концентрации, чем сами белки системы комплемента. Эти же белки представлены на мембранах собственных клеток организма, предохраняя их от атаки со стороны белков системы комплемента.

Регуляторные механизмы в основном действуют в трех точках.

1. С1. Ингибитор С1 контролирует классический и лектиновый пути активации. Действует двумя путями: ограничивает действие С4 и С2 с помощью связывания C1r- и С1s-протеаз и подобным образом выключает лектиновый путь, удаляя ферменты MASP из MBP-комплекса.
2. С3-конвертаза. Время жизни С3-конвертазы уменьшают факторы ускорения распада. Некоторые из них находятся на поверхности собственных клеток (например, DAF и CR1). Они действуют на С3-конвертазы и классического, и альтернативного путей активации. DAF ускоряет распад С3-конвертазы альтернативного пути. СR1 (C3b/C4b receptor) расположен главным образом на поверхности эритроцитов и отвечает за удаление из плазмы крови опсонизированных иммунных комплексов. Другие регуляторные белки производятся печенью и в неактивном состоянии растворены в плазме крови. Фактор I - сериновая протеаза, расщепляющая C3b и C4b. С4-связывающий белок (C4BP) расщепляет С4 и помогает фактору I расщеплять C4b.Фактор H связывается с гликозаминогликанами, которые есть на собственных клетках, но не на клетках патогенов. Этот белок является кофактором фактора I, а также ингибирует активность C3bBb.
3. С9. CD59 и Гомологичный Фактор Ограничения ингибируют полимеризацию С9 во время образования мембраноатакующего комплекса, не давая ему сформироваться.

Роль системы комплемента при болезнях

Система комплемента играет большую роль во многих болезнях, связанных с иммунитетом.

«Московская государственная академия ветеринарной медицины

и биотехнологий им. К. И. Скрябина»

по дисциплине «Иммунология»

«Система комплемента. Функции компонентов системы, роль во врожденном и адаптивном иммунитете»

Выполнила:

студентка группы 3 курса

дневного отделения ФВМ

Москва 2008.

План:

Введение……………………………………………………………………….…………………………..3

Структура белков комплемента………………………………………………………………..……...….5

Активация комплемента………………………………………………………………………..……..…..6

Рецепторы комплемента…………………………………………………………..........................……..13

Биологические эффекты комплемента……………………………………………..…………………...15

Список используемой литературы……...…………………………………………...………………….20

Введение.

Термин «комплемент» первоначально применил Эрлих для описания «дополнительной», присутствующей в сыворотке активности, без которой специфичные антитела не могут лизировать бактерии. Комплемент впервые опи­сал Бухнер в 1889 г. под названием «алексин»- термолабильный фактор, в присутствии которого наблюдается ли­зис микробов. 1907 г. Феррата, диализуя сыворотку против подкисленной воды, установил, что белки комплемента можно разделить на две фракции: выпадающие в осадок эуглобулины и водорастворимую альбуминовую фракцию (псевдоглобулины). Активность комплемента проявлялась только в присутствии обеих фракций, названных тогда средней и концевой частями, а позднее - С"1 и С"2 компонентами. В последующем Сакс и Омороков обнаружили, что яд кобры инактивирует другой компонент комплемента (С"3), а Гордон установил, что следующий компонент (С"4) разрушается аммиаком. Последовательность открытия перечисленных компонентов комплемента не соответствует очередности их вступления в реакцию активации системы, и этим объясняется кажущаяся нелогичность ее современной номенклатуры.

Система комплемента - сложный комплекс белков, представленных глав­ным образом во фракции β-глобулинов, насчитывающий, включая регуляторные, около 20 компонентов, на долю которых приходится 10 % белков сыво­ротки крови.

Номенклатура системы комплемента.

Белки классического пути активации и лизирующего мембрану комплекса обозначены каждый своим номером и вступают в реакцию активации в следующем порядке: C1q, C1r, C1s, С4, С2, С3, С5, С6, С7, С8, С9. Среди них много предшественников ферментов - проферментов, которые приобретают активность только после расщепления. Обозначение активного фермента отличается от обозначения его неактивного предшественника надбуквенной чертой. Продукты расщепления обозначаются так же, как исходные компоненты комплемента, но с добавлением строчных букв - обычно для меньшего фрагмента - «а», а для большего - «b», например С3а и С3b. Из этого правила имеется одно исключение: С2b означает меньший, а С2а - больший фрагмент С2.

Белки альтернативного пути активации называют факторами и обозначают однобуквенными символами. В тексте слово фактор обычно сокращается до первой буквы F или вовсе опускается. Регуляторные белки чаще всего обозначают аббревиатурами названий их функциональной активности: например, белок, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы классического пути, имеет символ DAF (decay accelerating factor), или, по-русски, ФУД (фактор ускорения диссоциации).

Клеточные рецепторы, связывающие компоненты комплемента, названы по аббревиатурам своих лигандов (например, С5а-рецептор) или как маркерные молекулы в номенклатуре CD-системы. Отдельно пронумерованы рецепторы для главных фрагментов С3 как рецепторы комплемента типов 1, 2, 3 и 4 (CR1, CR2, CR3 и CR4). К сожалению, в результате этого некоторые рецепторы в современной литературе имеют по три синонима, например С3b-рецептор = CR1 = CD35.

Система комплемента относится к факторам врожденного иммунитета и включает в себя ряд белков, действующих последовательно, т. е. каскадом, в котором каждый фермент катализирует активность следующего. Наиболее важный компонент комплемента - это С3, присутствующий в плазме крови в той же концентрации (1-2 мг/мл), что и некоторые иммуноглобулины. Два главных пути активации комплемента отражают особенности его участия в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Классический путь связан с приобретенным иммунитетом, поскольку белок C1q взаимодействует с антителами , образовавшими комплекс с антигеном. Альтернативный путь активации комплемента относится к механизмам врожденного иммунитета, начинаясь иммуноне специфическим связыванием С3b с поверхностью микроорганизма.

Активность отдельных компонентов комплемента in vivo можно проиллюстрировать на примерах расстройств, вызванных недостаточностью этих белков. У таких больных наблюдается повышенная восприимчивость к рецидивирующим гнойным бактериальным инфекциям, а также к заболеваниям, для которых характерно повышенное образование аутоантител и иммунных комплексов. Эти наблюдения свидетельствуют о необходимости комплемента как для антибактериальной защиты, так и для устранения иммунных комплексов, которые иначе способны вызывать аутоиммунные заболевания и болезни иммунных комплексов.

В результате активации комплемента при воспалении происходят:

Опсонизация микроорганизмов и иммунных комплексов;

Активация лейкоцитов;

Лизис клеток-мишеней.

Опсонизация Это стимуляция фагоцитоза в результате прикрепления белков комлемента к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.). Обладая рецепторами к опсонизирующим белкам, фагоцитарные клетки связывают мишени, что вызывает активацию фагоцитов и эндоцитоз или фагоцитоз мишеней.

Активация лейкоцитов Полиморфноядерные гранулоциты и макрофаги обладают специфическими рецепторами к мелким фрагментам белков комплемента, образующимся на поверхности мишеней в результате каскада протеолитических реакций. Диффундируя в окружающую среду, эти фрагменты привлекают фагоциты (направленное движение клеток, или хемотаксис) и, связываясь с ними, вызывают их активацию.

Лизис клеток-мишеней Протеолитический каскад комплемента завершается погружением гидрофобного «зонда» в липидный бислой мембраны клетки-мишени и ее последующим осмотическим разрывом и лизисом.

Комплемент способен отличать «свое» от «не-своего»

Относясь к факторам врожденного иммунитета, комплемент реализует механизмы, позволяющие отличать «свое» от «не-своего». Ключевой момент этой функции заключается в немедленном связывании С3b со всеми чужеродными объектами, будь то микроорганизмы или иммунные комплексы; поверхность собственных клеток организма защищена особыми молекулами, которые весьма эффективно ограничивают отложение С3b.

Структура белков комплемента.

Комплемент представляет собой си­стему каскадно-действующих пептид-гидролаз, получивших обозначение от С1 до С9. Установлено, что большая часть компонентов комплемента син­тезируется гепатоцитами и другими метками печени (около 90 %, СЗ, С6, С8, фактор В и др.), а также моноцита­ми/макрофагами (С1, С2, СЗ, С4, С5).

Белки системы комплемента относятся к различным суперсемействам. Белки, объединенные в одно суперсемейство - например иммуноглобулинов - имеют много общих структурных и функциональных свойств.

Классификация белков комплемента по суперсемействам позволяет лучше понять их структурные и функциональные взаимосвязи.

Например, суперсемейство регуляторных белков комплемента , называемых также регуляторами активации комплемента. К ним относятся:

Фактор Н - белок плазмы крови с молекулой удлиненной конфигурации;

С4-связывающий белок - гептамерный белок плазмы, молекула которого имеет паукообразную форму;

Фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55), - белок клеточной мембраны, закрепленный в ней на своеобразной гликофосфолипидной «ножке»;

Мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46) - трансмембранный белок, действующий как кофактор расщепления С3b:

Рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и 2 типа (CR2, CD21) - клеточные рецепторы, имеющие трансмембранные домены.

Семейство регуляторных белков комплемента кодирует группа тесно сцепленных генов, расположенных в хромосоме 1. При очевидных различиях структуры все эти белки содержат одинаковый домен, состоящий примерно из 60 аминокислотных остатков и названный коротким общим повтором. Этот домен может много раз встречаться в структуре каждой молекулы, образуя ее каркас и, возможно, определяя специфичность связывания. Синтез этих белков кодируют гомологичные, тандемно расположенные экзоны.

Составляющие это семейство шесть белков выполняют также ряд общих функций в активации комплемента: фактор Н, С4-bр, ФУД, МКБ и CR1 подавляют образование комплексов С4b2а и С3bВb, т. е. С3-конвертаз классического и альтернативного путей активации. Некоторые из этих белков имеют и другие общие функции, но не идентичные, а лишь частично перекрывающиеся. Такие функции включают: подавление связывания С2 с С4b и фактора В с С3b, индукцию диссоциации С2а от С4b и Вb от С3b, действие в качестве кофакторов фактора I - фермента, ответственного за катаболизм С3b и С4b.

Следует отметить, что короткие общие повторы имеются и в других белках, которые, однако, не взаимодействуют с белками комплемента; это рецептор для ИЛ-2, β 2 -гликопротеин I и фактор XIII системы свертывания крови.

Структура большинства белков комплемента «мозаична». Молекулярная основа родства белков внутри раз ных семейств становится яснее благодаря клони рованию их генов. По современным представле ниям, в ходе эволюции происходила многократ ная дупликация экзонов и их «перетасовка» меж ду различными генами. Находясь одновременно в составе разных генов, эти дуплицированные сегменты ДНК эволюционировали параллельно вательность и функцию, хотя в ряде случаев активность утрачена или приобретена новая .

Многие белки комплемента представляют собой «мозаику» из продуктов экзонов, относящихся к генам разных суперсемейств. Так, C1s, фермент классического пути, содержит участки аминокислотной последовательности из сериновой эстеразы и рецептора для липопротеинов низкой плотности, а также короткий общий повтор, встречающийся в суперсемействе регуляторных белков комплемента. Точно так же, С6, С7, С8 и С9 - компоненты лизирующего мембрану комплекса - имеют общие свойства с перфорином цитотоксических Т-лимфоцитов и катионным белком эозинофилов.

Активация комплемента.

Существует три пути (механизма) активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный. Все они ведут к образованию конвертазы, расщепляющей С3 на С3а и С3b, - центральный момент любого из каскадов комплемента (рис. 1).

У позвоночных усложнение системы комплемента шло параллельно с повышением общего уровня организации, тканевой дифференцировки и совершенствования реакций врожденного и приобретенного иммунитета. Однако уже у круглоротых (миног и миксин) - низшего таксона ныне живущих позвоночных - система комплемента представлена альтернативным и лектиновым путями, а у эволюционно более продвинутых хрящевых рыб впервые появляется классический путь активации комплемента.

Конвертаза классического и лектинового путей представляет собой комбинацию фрагментов С4 и С2 - С4b2а, тогда как конвертаза альтернативного пути - это комплекс С3 с FB - С3bВb. Фрагмент С3b, который отщепляют от С3 обе конвертазы, связывается с мембраной мишени и становится фокусом дополнительного образования С3b - эта ступень каскада получила название петля усиления.

Рис. 1. Сопоставление классического и альтернативного путей активации комплемента

Активация комплемента как по классическому, так и по альтернативному пути приводит к появлению С3 конвертазы, которая превращает С3 в С3b, и эта конверсия - центральное событие всего каскада. В свою очередь, С3b активирует цепочку концевых компонентов комплемента (С5-С9), образующих литический комплекс. При активации по классическому пути сначала антиген связывается со специфическими антителами и только затем происходит фиксация С3. В альтернативной активации антитела не участвуют. Она начинается ковалентным связыванием С3b с гидроксильными группами на цитоплазматической мембране микробной клетки. Активация по альтернативному пути служит механизмом неспецифического врожденного иммунитета, тогда как классический путь представляет собой связующее звено между врожденным и приобретенным иммунитетом, появившееся в филогенезе сравнительно недавно.

Присоединяя дополнительно молекулу С3b, обе С3-конвертазы могут превращаться в конвертазу С5, которая функционирует как катализатор на первой ступени каскада, ведущего к образованию лизирующего мембрану комплекса.

Классический путь активации комплемента.

Классический путь активации комплемента чаще всего запускается иммунными комплексами; роль первого ферментного комплекса в нем выполняет белок С1 (табл.1).

Активацию инициирует связывание С1 с антителами в составе иммунных комплексов. Ферментный комплекс С1 состоит из 5 молекул - одной C1q, двух C1r и двух С1s; их соединение зависит от Са 2+ . Первая ступень каскада активации по классическому пути - это связывание антитела не менее чем с двумя из шести сферических доменов молекулы C1q. С1q состоит из 18 по­липептидных цепей трех типов (по 6 цепей А-, В- и С-типов). Все 18 цепей своими коллагеноподобными N-концами (78 остатков аминокислот) образуют канатообразную спирально закручен­ную структуру, от которой расходятся в разные стороны С-концевые участки цепей (103-108 аминокислотных ос­татков), завершающиеся глобулярными головками, которые могут взаимодей­ствовать с комплементсвязывающими участками Сн2-доменами (части Fc-областей) агрегированных молекул IgG в составе комплекса с антигеном. Молекулы C1q могут также связываться СнЗ-доменами неагрегированной молекулы IgM, конформация которой изменилась с «плоской» на «сложенную» в результате образования комплекса с антигеном.

Предполагается, что многоточечное связывание сферических доменов C1q с входящими в иммунные комплексы молекулами IgG или IgM ведет к изменению конформации всего комплекса С1, вызывая автокаталитическую самоактивацию сначала одной, а затем и другой молекул C1r с превращением их в две молекулы активного фермента C1r, которые расщепляют обе молекулы С1s c образованием соответственно двух молекул C1s, обладающих активностью сериновой эстеразы.

Табл. 1. Активаторы комплемента.

Лектиновый путь активации комплемента.

Он почти идентичен классическому, но запускается независимо от антител.

Белок C1q относится к семейству кальций-зависимых лектинов, названных коллектинами (коллагеновые лектины). В это же семейство белков входят маннан-связывающий лектин (МСЛ), называемый иначе маннан-связывающим белком (маннозосвязывающий белок, МСБ), конглютинин и легочные поверхностноактивные белки А и D. Сывороточный МСЛ может связываться с концевыми маннановыми группами на поверхности клеток бактерий, приобретая за счет этого способность к взаимодействию с двумя маннан-связывающими лектин-ассоциированными сериновыми протеиназами, МАСП1 и МАСП2, гомологичными по структуре С1r и С1s. Это взаимодействие подобно взаимодействию C1qcC1rnC1sn приводит к независимой от антител активации комплемента по классическому пути.

Кроме того, C1q связывается непосредственно, т.е. без участия антител, с некоторыми микробами , в частности с микоплазмами и рядом ретровирусов (но не ВИЧ).

Под действием С1 происходит расщепление С4 с образованием активированного С4b

Белок С4 комплемента содержит внутреннюю тиоэфирную связь, участок расположения которой высокогомологичен тиоэфир-содержашему участку С3. При расщеплении С4 под действием C1s возникает два фрагмента: С4а. обладающий слабой анафилатоксической активностью, и более крупный (нестабильный, промежуточный), С4b*. (Звездочка указывает на нестабильное состояние молекулы, в которой активирован участок связывания). В течение нескольких миллисекунд С4b* подвергается атаке расположенных в непосредственной близости нуклеофильных групп. Большинство молекул С4b* гидролизуется с образованием инактивированного iC4b. Однако С4b* может образовывать ковалентные связи с амино- или гидроксигруппами молекул клеточной мембраны, превращаясь в связанный на поверхности С4b.

Известны два изотипа С4 - С4А и С4В. Их кодируют расположенные тандемно гены главного комплекса гистосовместимости. Активированный С4А взаимодействует преимущественно с аминогруппами, а С4В - с гидроксируппами, образуя соответственно амидные и эфирные связи. Таким образом, С4А связывается в основном с белками, а С4В с углеводами.

Связанный на клеточной поверхности С4b становится, в свою очередь, участком связывания для профермента С2 (в присутствии Мg 2+) . Связанный С2 служит субстратом для С1s, который расщепляет его с освобождением С2b, при этом более крупный фрагмент, С2а, остается присоединенным к С4b, в результате чего образуется С4b2а - ферментный комплекс, называемый С3-конвертазой классического пути.

Полипептид С3 относится к белкам с необычными посттрансляционными изменениями структуры. Расположенные на близком расстоянии остатки цистеина и глутамина образуют за счет элиминации аммиака метастабильную внутреннюю тиоэфирную связь. Электрофильная (акцептирующая электроны) карбонильная группа (-С + =0) этого тиоэфира чувствительна к атаке нуклеофильных групп (доноры электронов), в том числе амино- и гидроксигрупп приближающихся белковых и углеводных молекул. Таким образом, С3 способен ковалентно связываться с этими молекулами.

Протеолитическое отщепление С3а от N - конца α-цепи С3 под действием С3-конвертазы приводит к конформационному изменению оставшейся части молекулы (т.е. С3b*), делающему внутреннюю тиоэфирную связь весьма нестабильной. Она становится новым участком связывания внутри С3b*, способным очень активно взаимодействовать с находящимися вблизи нуклеофильными группами. Как и в случае С4b*, большая часть молекул С3b* подвергается гидролизу, однако некоторые молекулы связываются с белками и углеводами, находящимися в непосредственной близости от места активации. Поскольку С3-конвертаза обычно образуется на чужеродной поверхности или на иммунных комплексах, С3b накапливается в основном там же. Затем связанный С3b становится фокусом дальнейшей активации комплемента по так называемой петле усиления альтернативного пути (рис. 2).

Рис. 2. Классический путь активации комплемента

Существует два механизма регуляции классического пути активации комплемента в жидкой фазе. Первый - это действие С1-ингибитора, т.е. ингибитора сериновых протеиназ (серпина), связываюшего и инактивирующего С1r и С1s.

Второй механизм состоит в подавлении образования С3-конвертазы классического пути, С4b2а. В жидкой фазе так действуют фактор I и С4-связывающий белок (С4-bр), вместе расщепляющие С4b. Кроме того, С4-bр вызывает диссоциацию С4b2а на С2а и С4b.

Активация по классическому пути регулируется также путем подавления взаимодействия комплемента с поверхностью клеток хозяина. Ингибирование осуществляют регуляторные белки комплемента: фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55), рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46). Эти белки действуют следующим образом:

Подавляют связывание С2 с С4b (ФУД или CR1);

Вызывают и ускоряют диссоциацию С4b2а на С2а и С4b (ФУД и CR1);

Действуют как кофакторы, стимулируя катаболизм С4b под действием фактора I (МКБ или CR1).

Существует самопроизвольная активация комплемента по альтернативному пути. «Холостая» альтернативная активацию комплемента постоянно поддерживает в плазме крови небольшую концентрацию С3b*.

Внутренняя тиоэфирная связь в нативной молекуле С3 чувствительна к спонтанному гидролизу с превращением в активированную форму - C3i. (Эта постоянная, происходящая на низком уровне, самопроизвольная активация С3 в плазме крови называется «холостой».) Образующийся C3i связывает фактор В с образованием C3iB (рис. 3). Аналогичным образом, С2 связывается с С4b (рис. 4).Связанный фактор В расщепляется фактором D с высвобождением Ва. Оставшийся комплекс C3iBb представляет собой жидкофазную С3-конвертазу альтернативного пут, расщепляющую С3 на С3а и С3b. Запуск петли усиления альтернативного пути связанным на поверхности аутологичных клеток С3b предотвращают регуляторные белки комплемента.

Поскольку С3-конвертаза альтернативного пути действует в жидкой фазе, большая часть образовавшегося в результате ее активности С3b* гидролизуется и инактивируется водой. Однако в случае контакта с чужеродной поверхностью, в частности с мембраной бактериальной клетки, С3b* ковалентно связывается и инициирует действие петли усиления альтернативного пути. Общая схема взаимодействия компонентов комплемента при активации по классическому, лектиновому и альтернативному механизмам представлена на рис. 4.

Как классический, так и альтернативный путь активации комплемента приводит к появлению С3-конвертазы: С4b2а и С3bВb соответственно. Классический путь начинается с активации Cis комплексом антиген-антитело и последующего расщепления активированным С1s компонентов С4 и С2. фрагменты меньшего размера , С4а и С2b, высвобождаются, а более крупные образуют С4b2а. Компоненты С4 и С2 могут быть активированы также МАСП (маннан-связывающей лектин-ассоциированной сериновой протеиназой) - белком лектинового пути, аналогичным Cis, и МСЛ (сывороточным маннан-связывающим лектином). На первых этапах альтернативного пути возникший в результате «холостой» активации и связавшийся с поверхностью белок С3b соединяется с фактором В, от которого фактор D отщепляет меньший фрагмент - Ва. Больший фрагмент В, т.е. Вb, остается связанным с С3b, образуя С3bВb - С3-конвертазу, которая расщепляет дополнительное количество молекул С3 (механизм положительной обратной связи). Поверхность, активирующая комплемент (например, микроорганизмов), стабилизирует С3b, обеспечивая его связывание с фактором В. Это способствует дальнейшей альтернативной активации комплемента. С3-конвертазы классического и альтернативного путей могут дополнительно присоединять С3b, образуя ферментные комплексы, называемые С5-конвертазами (С4b2аЗb и С3bВbЗb соответственно), которые активируют следующий компонент системы комплемента - С5.

Поверхности, интенсивно активирующие комплемент, названы защитными, поскольку связанный с ними С3b защищен от протеолиза. Чужеродная поверхность, подобная мембране бактериальной клетки, «защищает» С3, поскольку, связавшись с ней, он проявляет более высокую афферентнность к фактору В, чем к фактору Н, и образует, вероятно, более стабильную конвертазу. Кроме того, на чужеродной поверхности отсутствуют регуляторные белки организма-хозяина, ингибирующие активацию комплемента.

Рис.4 Аналогичные этапы активации комплемента по классическому, лектиновому и альтернативному механизмам

Хотя не совсем ясно, каковы конкретные структурные характеристики, необходимые для того, чтобы поверхность была защитной, особое значение имеет, по-видимому, ее углеводный состав. Например, присутствие кислых сахаров, в частности сиаловой кислоты, способствует, по-видимому, защите мембраны собственных клеток организма от повышенного отложения С3b.

За первоначальным прикреплением одной молекулы С3b к «защитной» поверхности следует стадия амплификации, в результате которой в том же месте фиксируется много дополнительных молекул С3b. Ключевым моментом для быстрого накопления С3b служит образование мембраносвязанной С3-конвертазы.

«Петля усиления»

Петля усиления - это механизм положительной обратной связи в активации комплемента по альтернативному пути.

Связанный с поверхностью С3b присоединяет фактор В. Образовавшийся С3bВ становится субстратом для фактора D - сериновой эстеразы, отщепляющей от фактора В небольшой фрагмент, Ва.. Остающийся на поверхности комплекс С3bВb весьма быстро диссоциирует, если не будет стабилизирован в результате связывания пропердина (Р) с образованием комплекса С3bВbР, представляющего собой связанную с поверхностью С3-конвертазу альтернативного пути.

Комплекс С3bВbР расщепляет много все новых молекул С3. Поскольку конвертаза локализована на «защитной» поверхности, образующиеся молекулы С3b* будут связываться именно там, а не в каком-либо ином месте (рис. 5).

Петля усиления функционирует и в том случае , когда С3b фиксируется на поверхности в результате классической (зависимой от антител) активации комплемента.

Рис.5. «Петля усиления»

Альтернативная активация в жидкой фазе, когда С3b не связан с поверхностью, жестко регулируется белками, подобными или идентичными тем, которые «сдерживают» классическую активацию комплемента. Гомологичный С4-связывающему белку фактор Н, ген которого входит в кластер RCA, вызывает диссоциацию Вb из его комплексов с C3i или С3b, а также действует в качестве кофактора при катаболизировании C3i и С3b с участием фактора I до С3с и С3dg.

Регуляция механизма усиления чрезвычайно важна для организма. Если она не функционирует, усиление (как циклический процесс, протекающий по принципу положительной обратной связи) идет до полного расщепления всех молекул С3. (Впервые это наблюдали у больного с наследственным дефицитом регуляторного фермента - фактора I. В отсутствие фактора I петля усиления действует вплоть до превращения всех молекул С3 сыворотки больного в С3b).

На мембранах собственных клеток организма как ФУД, так и CR1 ускоряют диссоциацию комплекса С3bВb с высвобождением С3b. И CR1, и МКБ действуют как кофакторы расщепления С3b фактором I. Полностью аналогичным образом ФУД, МКБ и CR1 регулируют активность С4b2а (С3-конвертазы классического пути), когда она связана с клеточными мембранами.

Таким образом, судьба связанного на поверхности С3b - это наиболее важный этап в том неспецифическом механизме, с помощью которого система комплемента отличает «свое» от «несвоего». Для связанного С3b существуют две возможности:

Усиление: С3b связывает фактор В с образованием конвертазы, которая вызывает фиксацию все новых молекул С3b на той же самой поверхности.

Подавление: С3b расщепляется фактором I при участии одного из трех кофакторов: фактора Н (из плазмы), CR1 или МКБ (связанного на поверхности).

Какая из этих возможностей реализуется, зависит от природы поверхности, связавшей С3b. Присутствие на аутологичной (в частности, клеточной) поверхности собственных молекул, таких как ФУД, CR1 и МКБ, эффективно ограничивает образование С3-конвертаз. Напротив, чужеродная поверхность, например мембрана бактериальной клетки, обеспечивает «защиту» для С3b, так как именно на ней фактор В имеет большую афферентность к С3b, чем фактор Н. В результате фиксация всего нескольких молекул С3b приводит к образованию относительно стабильной С3-конвертазы альтернативного пути - С3bВbР, ферментного комплекса, который вызывает связывание все новых молекул С3b в том же участке.

Конечная фаза активации комплемента это образование лизирующего мембрану комплекса.

Каскад реакций активации комплемента завершается образованием литического комплекса (лизируюший, или атакующий, мембрану комплекс, ЛМК) в результате ферментативного расщепления С5 - белка, гомологичного С3 и С4, но не содержащего внутренней тиоэфирной связи.

Прежде чем подвергнуться расщеплению С5-конвертазой, С5 избирательно связывается с С3b в ее составе. С5-конвертаза классического пути - это трехмолекулярный комплекс, С4b2аЗb, в котором С3b, ковалентно присоединенный к С4b, обладает более высокой константой связывания с С5, чем С3b, связанный с другими молекулами клеточной поверхности. С5-конвертаза альтернативного пути представляет собой также трехмолекулярный комплекс - С3bВbЗb, в котором один С3b ковалентно связан с другим. При расщеплении С5 высвобождается небольшой пептидный фрагмент С5а - высокоактивный анафилатоксин.

Лизирующий мембрану комплекс образуется путем неферментативной сборки С5b-9

Последующее формирование ЛМК происходит без участия ферментов. Компонент С5b связывается с С6 с образованием С5b6, который взаимодействует с С7, образуя комплекс С5b67. В результате связывания С7 гидрофильный С5b6 превращается в гидрофобный комплекс С5b67, способный преимущественно встраиваться в липидный бислой. К этому комплексу присоединяется С8 и затем последовательно до 14 мономеров С9. В результате формируется литический «зонд», или порообразующая молекула, первые электронные микрофотографии которой получили Хамфри и Дурмашкин. Хотя после присоединения С8 к С5b67 комплекс уже проявляет незначительную литическую активность, полное ее развитие зависит от полимеризованного С9.

Сформированный гидрофобный комплекс С5b67 способен самопроизвольно внедряться в мембраны других клеток, расположенных вблизи от клеточной поверхности , где происходит первичная активация комплемента. Этот процесс «реактивного лизиса» в отсутствие регуляции способен принести вред собственным тканям организма. Ряд белков может угнетать «реактивный лизис» путем связывания с С5b67 в жидкой фазе, прежде чем произойдет его фиксация на мембранах собственных клеток организма. Из таких белков в плазме крови в наибольшей концентрации содержится S-белок, или витронектин. Образуемый им комплекс SC5b67 лишен способности внедряться в двойной липидный слой; такая способность отсутствует также и у комплекса С5b678, поскольку он связывается с липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), если присоединение С8 к С5b67 происходит в жидкой фазе.

Мембрана клеток организма-хозяина содержит белки, защищающие ее от лизиса под действием ЛМК.

Эритроциты, как в свое время было установлено, легко лизируются гетерологичным комплементом и труднее - гомологичным. Основа такой видовой рестрикции стала понятной после открытия особых мембранных белков, которые защищают клетки собственного организма от лизиса под действием ЛМК. Два таких белка уже подробно изучены. Первый из них - это CD59, заякоренный гликофосфолипидной «ножкой» в мембранах многих клеток белок. Он связывается с С8 в составе комплекса С5b-8 и подавляет погружение и развертывание С9 в клеточной мембране. Второй белок - фактор гомологичной рестрикции (ФГР), проявляющий ту же активность, что и CD59, но при этом более слабый ингибитор внедрения в мембрану С9. ФГР (мол. масса 65 кДа) также связан с мембраной гликофосфолипидом; его аминокислотная последовательность пока не установлена.

Примечательно, что клетки, имеющие ядро, в частности клетки собственной иммунной системы организма, более эритроцитов устойчивы к комплемент-зависимому лизису благодаря способности активно удалять ЛМК путем эндоцитоза и экзоцитоза тех фрагментов мембраны, в которые он проник.

26.1. Общее понятие
Комплемент – сложный белковый комплекс сыворотки крови.
А. Система комплемента состоит из 30 белков (компонентов, или фракций, системы комплемента).
Б. Активируется система комплемента за счет каскадного процесса: продукт предыдущей реакции исполняет роль катализатора последующей реакции. Причем при активации фракции компонента происходит, у первых пяти компонентов, ее расщепление. Продукты этого расщепления и обозначаются как активные фракции системы комплемента.
1. Больший из фрагментов (обозначаемый буквой b), образовавшихся при расщеплении неактивной фракции, остается на поверхности клетки – активация комплемента всегда происходит на поверхности микробной клетки, но не собственных эукариотических клеток. Этот фрагмент приобретает свойства фермента и способность воздействовать на последующий компонент, активируя его.
2. Меньший фрагмент (обозначается буквой a) является растворимым и «уходит» в жидкую фазу, т.е. в сыворотку крови.
В. Фракции системы комплемента обозначаются по-разному.
1. Девять – открытых первыми – белков системы комплемента обозначаются буквой С (от английского слова complement) с соответствующей цифрой.
2. Остальные фракции системы комплемента обозначаются другими латинскими буквами или их сочетаниями.
Г. Значение комплемента для макроорганизма велико и разнообразно (подробнее – см. раздел 26.6).
1. Часть активных фракций системы комплемента являются протеазами.
2. Некоторые – связываются с комплексом антиген-антитело (иммунным комплексом).
3. Другие – активируют тучные клетки и, связанные с ними сосудистые реакции воспаления.
4. И, наконец, часть фракций комплемента осуществляет перфорацию оболочек бактериальных клеток.

26.2. Пути активации комплемента
Существуют три пути активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный.
А. Классический путь активации комплемента является основным. Участие в этом пути активации комплемента – главная функция антител.

Рис 26.2-2. Схема классического пути активации комплемента

1. Активацию комплемента по классическому пути запускает иммунный комплекс: комплекс антигена с иммуноглобулином (класса G – первых трех подклассов – или М). Место антитела может «занять» С-реактивный белок – такой комплекс также активирует комплемент по классическому пути.
2. Классический путь активации комплемента осуществляется следующим образом (рис 26.2-1).
а. Сначала активируется фракция С1: она собирается из трех субфракций (C1q, C1r, C1s) и превращается в фермент С1-эстеразу (С1qrs).
б. С1-эстераза расщепляет фракцию С4.
в. Активная фракция С4b ковалентно связывается с поверхностью микробных клеток (но не с собственными эукариотическими клетками макроорганизма) с здесь присоединяет к себе фракцию С2.
г. Фракция С2 в комплексе с фракцией С4b расщепляется С1-эстеразой с образованием активной фракции С2b.
д. Активные фракции С4b и С2b в один комплекс – С4bС2b – обладающий ферментативной активностью. Это так называемая С3-конвертаза классического пути.
е. С3-конвертаза расщепляет фракцию С3, нарабатываю большие количества активной фракции С3b.
ж. Активная фракция С3b присоединяется к комплексу С4bС2b и превращает его в С5-конвертазу (С4bС2bС3b).
з. С5-конвертаза расщепляет фракцию С5.
и. Появившаяся в результате этого активная фракция С5b присоединяет фракцию С6.
к. Комплекс С5bС6 присоединяет фракцию С7.
л. Комплекс С5bС6С7 встраивается в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки.
м. К этому комплексу присоединяется белок С8.
н. Будучи вместе со всем комплексом в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки, белок С8 катализирует полимеризацию 10 – 16 молекул белка С9. Данный полимер формирует в мембране микробной клетки неспадающую пору диаметром около 10 нм (рис 26.2-2)., что приводит к лизису микроба (так как на его поверхности образуется множество таких пор – «деятельность» одной единицы С3-конвертазы приводит к появлению около 1000 пор). Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

Рис. 26.2-2. Схема образования МАК (слева) и результат активации комплемента – формирование поры в фосфолипидном бислое микробной мембраны, приводящей к осмотическому лизису микробной клетки (справа)

Рис 26.2-3. Схема лектинового пути активации комплемента

Б. Лектиновый путь активации комплемента запускается комплексом нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (с остатками маннозы). Активизирующаяся в результате этого процесса МСЛ-ассоциированная сериновая протеаза действует аналогично С1-эстеразе классического пути, по которому, собственно, и развиваются дальнейшие события, заканчивающиеся формированием МАК (рис. 26.2-3).
В. Альтернативный путь активации комплемента (рис. 26.2-4) начинается с ковалентного связывания активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.

Рис. 26.2-4. Схема альтернативного пути активации комплемента

1. Дальнейшие события развиваются следующим образом.
а. С3b связывает фактор В (который структурно и функционально гомологичен фактору С2), образуя комплекс С3bВ.
б. В связанном с С3b виде фактор В выступает в качестве сусбтрата для фактора D (сывороточной сериновой протеазы), которая расщепляет его с образованием активного комплекса С3bВb. Этот комплекс обладает ферментативной активностью, структурно и функционально гомологичен С3-конвертазе классического пути (С4bС2b) и называется С3-конвертазой альтернативного пути.
в. Сама по себе С3-конвертаза альтернативного пути нестабильна. Чтобы альтернативный путь активации комплемента успешно продолжался этот фермент стабилизируется фактором Р (пропердином).
г. То, что происходит дальше, аналогично классическому пути активации комплемента.
1. Нарабатывается много С3b и образуется комплекс С3bВbС3b, являющийся С5-конвертазой.
2. Активация С5 дает начало образованию мембранатакующего комплекса (см. разделы 26.2.А.2.и – 26.2.А.2.н).
2. Основное функциональное отличие альтернативного пути активации комплемента, по сравнению с классическим, заключается в быстроте ответа на патоген: так как не требуется время для накопления специфических антител и образования иммунных комплексов.
Г. Важно понимать, что и классический и альтернативный пути активации комплемента действуют параллельно, еще и амплифицируя (т.е. усиливая) друг друга. Другими словами комплемент активируется не «или по классическому или по альтернативному», а «и по классическому и по альтернативному» путям активации. Это, еще и с добавлением лектинового пути активации, – единый процесс (см. рис. 26.2-5), разные составляющие которого могут просто проявляться в разной степени.

26.3. Анафилотоксины
Активные фракции комплемента С3а и С5а называются анафилотоксинами, так как участвуют, помимо прочего, в аллергической реакции, называемой анафилаксия (см. ниже). Наиболее сильным анафилотоксином является С5а.
А. Анафилотоксины действуют на разные клетки и ткани макроорганизма.
1. Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.
2. Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы, вызывая их сокращение.
3. Действуют они и на стенку сосуда: вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.
Б. Корме того, анафилотоксины являются иммуномодуляторами, т.е. они выступают в роли регуляторов иммунного ответа.
1. С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).
2. С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).

26.2-4. Общая схема активации комплемента

26.2-5. Схема, иллюстрирующая взаимосвязь путей активации комплемента

26.4. Рецепторы для компонентов комплемента
Фракции комплемента могут воздействовать на клетки макроорганизма лишь в том случае, если на последних существуют соответствующие рецепторы.
А. Фагоциты имеют рецептор для С3b. Этот рецептор обуславливает большую активности фагоцитов по отношению к опсонизированным микробами (а именно, к тем из них, на поверхности которых наличествует фракции С3b).
Б. Эритроциты обладают специфическими рецепторами для фракций С3b и С4b. Этими рецепторами эритроциты связывают соответствующие фракции комплемента в составе циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) и транспортируют эти комплексы к макрофагам селезенки и печени, которые, их уничтожают, осуществляя тем самым клиренс (т.е. очищение) крови от ЦИК.
В. На тучных клетках локализованы рецепторы к фракции С5а, через которые этот анафилатоксин активирует эти клетки и вызывает их дегрануляцию.
Г. Таким же рецептором обладают макрофаги, благодаря чему фракция С5а активирует и эти клетки.

26.5. Регуляция системы комплемента
В норме, в отсутствие во внутренней среде макроорганизма патогена, уровень спонтанной активности системы комплемента невысок. Каскадный механизм активации комплемента «запускается» активаторами, а регуляция его работы по типу «обратной связи» – ингибиторами, без которых каждый эпизод активации заканчивался бы полным истощением всей системы.
А. Активаторами системы комплемента являются молекулярные комплексы, располагающиеся на поверхности микроорганизма, и запускающие процесс активации комплемента по тому или иному пути. О них уже упоминалось выше (см. раздел 26.2).
1. Активаторами классического пути активации комплемента выступают два комплекса.
а. Иммунный комплекс (комплекс антиген-антитело).
б. Комплекс антигена с С-реактивным белком.
2. Активатором лектинового пути активации комплемента выступает комплекс нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (а именно – с остатками маннозы).
3. Активаторами альтернативного пути активации комплемента выступают два комплекса.
а. Комплекс (в результате ковалентного связывания) активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.
б. Агрегированные на поверхности микроба иммуноглобулины классов А и Е.
Б. Ингибиторы системы комплемента локализуются в сыворотке крови или на мембране клеток.
1. В сыворотке крови локализуются пять белков – ингибиторов системы комплемента.
а. С1-ингибитор (С1inh) инактивирует активную фракцию С1qrs (т.е. С1-эстеразу).
б. С4-связывающий протеин (C4BP) делает фактор С4b доступным для деградации фактором I.
в. Фактор Н – делает фактор С3b доступным для деградации фактором I.
г. Фактор I расщепляет С3b (в комплексе с фактором Н) и С4b (в комплексе с С4ВР).
д. Белок S связывается с комплексом С5bС6С7 и предотвращает дальнейшее образование мембранатакующего комплекса.
2. На клетках млекопитающих (и, соответственно человека) локализуются три белка – ингибитора системы комплемента.
а. DAF (decay-accelerating factor = фактор, ускоряющий распад) инактивирует С4bС2b (т.к. вместо С2 связывается с С4b).
б. МСР (мембранный кофактор протеолиза) делает фактор С3b доступным для деградации фактором I.
в. Протектин (обозначаемый также как молекула CD59) инактивирует белки мембранатакующего комплекса (препятствует С-опосредованному лизису собственных клеток)

26.6. Функции системы комплемента
Система комплемента играет очень важную роль в защите макроорганизма от патогенов.
А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов, в т.ч. опосредует действие на микробы антител.
Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз.
В. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции.

26.7. Определение активности системы комплемента
Для определения активности комплемента в современных иммунологических лабораториях используют реакцию гемолиза и иммуноферментный анализ (ИФА), пришедший на смену реакции радиальной иммунодиффузии по Манчини.
А. Реакция гемолиза используется для определения титра комплемента и для измерения общей активности системы комплемента.
1. Титр комплемента определяется как максимальное разведение сыворотки крови, вызывающее лизис эритроцитов барана, нагруженных антиэритроцитарными антителами (так называемой гемсистемы).
2. Под общей активностью системы комплемента понимают количество комплемента, обеспечивающее лизис 50% эритроцитов гемсистемы (обозначается как СН50).
Б. Иммуноферментный анализ используется для определения концентрации в сыворотке крови отдельных компонентов системы комплемента (C1q, C1s, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, пропердина, фактора В, С1-ингибитора). Раньше концентрацию наиболее важных в функциональном отношении фракций системы комплемента (чаще – С3 и С4) определяли с помощью реакции иммунодиффузии по Манчини, но в современных лабораториях, оснащенных ИФА-анализаторами, с этой целью используют иммуноферментный анализ, значительно расширивший возможности оценки функционального состояния у пациента его системы комплемента.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства