Сегодня:  

Развитие и дифференцировка В-лимфоцитов

Одна из основных целей В-лимфоцитов - продукция антител. Поскольку одна В-клетка может производить лишь антитело одной специфичности, иммунной системе требуется огромное разнообразие В-лимфоцитов.
Специфичность каждого антитела определяется структурой его вариабельного участка. Разнообразие этих участков формируется на ранних этапах развития В-лимфоцитов. На стадии предшественника В-лимфоцита в костном мозге у В-лимфоцитов уже происходит реарранжировка генов V, D и J, формируя "чертеж" вариабельных участков иммуноглобулинов. Текущие сведения о развитии лимфоцитов получены в основном на мышиных моделях, и в клеточных культурах. Процесс созревания лимфоцитов регулируется множеством генов, кодирующих транскрипционные факторы, факторы роста, хемокины, ДНК-рекомбиназы (RAG1 и RAG2), терминальную дезоксинуклеотидилтрансферазу (TdT), фермент, модифицирующий ДНК - индуцируемая активацией цитозин дезаминаза (AID). C клинической точки зрения, многие злокачественные заболевания лимфоидной системы происходят из-за остановки клетки на определенном этапе развития и дальнейшей её пролиферации. Об этом можно судить на основании цитологических характеристик, паттернов роста, иммунофенотипа и генетических особенностей. Все эти параметры служат для составления классификации лимоидных новообразований, предложенных ВОЗ.
Все клетки крови происходят из гемопоэтической стволовой клетки (HSC). Впервые эти клетки появляются у плода к 16 дню гестации, но эти клетки в желточном мешке в основном служат предшественниками красных клеток крови. "Настоящие" HSC появляются в дорсальной аорте к концу третьей недели гестации. Эти клетки мигрируют в печень, которая становится главным местом гемопоэза после 6 недели гестации, а также в плаценту.
Самые ранние коммитированные (т.е. детерминированные в одном направлении) лимфоидные клетки получаются путем асимметричных делений стволовой клетки. При этом одна из дочерних клеток обладает высоким пролиферативным потенциалом, но уже не обладает свойствами самообновления. Таким образом получаются мультипотентные предшественники (MPP - multipotent progenitors). Некоторые из них в костном мозге приобретают свойства предшественников В-лимфоцитов, что требует участия определенных факторов транскрипции (E2A, Pax5) и подавление сигналинга Notch, который направляет по Т-клеточному пути.
Новые В-лимфоциты появляются в течение всего периода жизни человека. Наиболее рання распознаваемая стадия развития - пре-про-В-лимфоцит. Последующие стадии обозначаются как про-В, пре-В, наивная (зрелая) В-клетка, затем антиген-активированная В-клетка и плазматическая клетка либо В-клетка памяти. Даже на стадии про-В-лимфоцита клетка еще не обладает окончательной линейностью, поскольку её можно "перепрограммировать", воздействуя различными цитокинами и внеклеточными сигналами. Как пример, её можно "перевести на рельсы" развития дендритной клетки, если культивировать совместно с IL-1β, IL-3, IL-7, TNF, SCF и лигандом Flt-3. Программа развития В-лимфоцитов у плода имеет отличия от таковой у взрослых.
Итак, внешние факторы, такие, как IL-3, IL-7, IGF1, SCF, способствуют развитию про-В-лимфоцитов из ранних предшественников. Эта стадия дифференцировки характеризуется экспрессией Pax-5, основного транскрипционного фактора, необходимого для всех этапов развития В-лифоцитов. Другие события, ассоциированные с этим этапом - экспрессия RAG1 и RAG2, которые катализируют реарранжировки сегментов D-JH генов тяжелой цепи, а также экспрессия CD19. CD19 - компонент мембранного молекулярного комплекса, вовлеченного в сигнальный ответ на связывание антигена. Кроме того, про-В-лимфоциты экспрессируют HLA-Dr (антигены гистосовместимости II класса) и CD34 - трансмембранный гликопротеин, представленные на ранних гемопоэтических предшественниках и необходимый для адгезии клеток. После превращения в пре-В-лимфоцит, завершается рекомбинация V-D-J генов тяжелой цепи, что позволяет экспрессировать тяжелую цепь на поверхности клетки совместно с молекулами, называемыми суррогатными легкими цепями. Суррогатная легкая цепь - это молекула, гомологичная легкой цепи иммуноглобулина, но она кодируется генами VreB (не подвергающийся реарранжировке ген вариабельного домена легкой цепи) и генами λ5 и λ5-подобным. Суррогатная легкая цепь экспрессируется только у пре-В-клеток, а комплекс из неё и тяжелой цепи назывется пре-В-клеточным рецептором. Генетические дефекты, препятствующие экспрессии пре-В-клеточного рецптора, или блокирующие переджачу сигнала от этого рецептора, вызывают недозревание В-лимфоцитов и агаммаглобулинемию. Известные дефекты, приводящие к этому заболеванию, затрагивают следующие молекулы: IgM, λ5-суррогатная легкая цепь, CD79a, CD79b, брутоновская тирозинкиназа (BTK), В-клеточный линкерный белок (BLNK). Кроме этих молекул, в функционировании пре-В-клеточного рецептора может играть роль тирозинкиназа ZAP-70. Сборка пре-В-клеточного рецептора позволяет проводить сигналы, необходимые для роста клеток, что приводит к серии пяти-шести последовательных делений. Популяция клеток при этом, соответственно, увеличивается в 32-64 раза. На стадии пре-В-клетки лимфоцит имеет следующие маркеры: CD79a и CD79b (Igα и Igβ) обеспечивают передачу сигнала; CD10 (также известный, как CALLA, нейтральная эндопептидаза 24.11 или энкефалиназа) - цинковая металлопротеиназа, способная инактивировать множество пептидных гормонов (включая глюкагон, энкефалин, предсердный натрийуретический пептид, вещество Р, окситоцин, брадикинин, нейротензин и ангиотензины, а также f-Met-Leu-Phe). CD20 - молекула, пронизывающая мембрану 4 раза, функционирует как канал для ионов Ca2+; CD29/49d - член семейства интегринов, вовлечен в адгезию В-лимфоцитов к клеткам стромы костного мозга, экспрессирующим VCAM-1 и фибронектин. CD40, член семейства TNF, регулирующий рост В-лимфоцитов и переключение классов иммуноглобулинов. CD22 - член семейства иммуноглобулинов, связывающийся с сиаловыми кислотами на других клетках. TdT- ДНК-полимераза, добавляющая случайные нуклеотиды к разрывам, образованным рекомбиназами RAG1 и RAG2, таким образом способствующая разнообразию иммуноглобулиновых генов.
Переход от пре-В-лимфоцита к зрелой В-клетке сопряжен с успешной перестройкой генов κ или λ легкой цепи, что позволяет экспрессию полноценной молекулы IgM на поверхности клетки. Если эта молекула IgM прочно связывается с собственными антигенами на поверхности других клеток, то В-лимфоцит входит в апоптоз или начинает дальнейшую перестройку генов (процесс, называемый редактированием рецептора), чтобы создать IgM-рецептор иной специфичности. Зрелая В-клетка продолжает экспрессию HLA-DR, CD19, CD20 и CD40, но более не экспрессирует CD10, CD34, RAG1, RAG2 и TdT.
Реарранжировка генов κ-легкой цепи приводит к появлению продукта, называемого "вырезанный круг каппа-рекомбинации" (KREC). Это циклический фрагмент ДНК, состоящий из участка, вырезаннного между генами Vκ и Jκ. KREC в процессе деления клетки остается в одной из дочерних клеток, которые выходят из костного мозга. Соответственно, пол количеству клеток с KREC можно судить о нормальном развитии В-клеток в костном мозге. Низкие количества KREC+ клеток свидетельствуют о нарушении развития В-клеток.
После выхода из костного мозга, большинство зрелых В-лимфоцитов мигрируют во вторичные лимфоидные органы - лимфоузлы, селезенку, миндалины, Пейеровы бляшки и лимфоидные ткани слизистых. В-лимфоциты входят в органы через специализированные сосуды - венулы с высоким эндотелием (HEV). В экстравазации лимфоцита играют важную роль две молекулы - CD44 и CD62L (L-селектин). После миграции во вторичные лимфоидные органы, В-лимфоциты начинают экспрессировать как мембранный IgM, так и IgD, а также другие молекулы, необходимые для взаимодействия с другими клетками и внеклеточным матриксом: CD11a/CD18 (LFA-1) и CD29/49d (VLA-4). CD11a (интегрин альфа-L) нековалентно ассоциирован с CD18 (интегрин бета-2). Эти молекулы обеспечивают взаимодействи В-лимфоцитов между собой, с Т-лимфоцитами, моноцитами, и фолликулярными дендритными клетками путем связывания с лигандом ICAM-1 (CD154). Молекула CD29 (интегрин бета-1) ассоциирована с CD49d (интегрин альфа-4) и формирует комплекс VLA-4, служащий для адгезии активированных В-лимфоцитов к фолликулярным дендритным клеткам в герминативных центрах посредством VCAM-1 (CD106). Фолликулярные дендритные клетки, экспрессирующие CD106, способствуют росту В-лимфоцитов. CD40 - это рецептор молекулы CD154 (CD40L), играющий важнейшую роль в антиген-зависимой активации В-лимфоцита.
Мембранные иммуноглобулины играют роль рецепторов. Они связывают антиген и способствуют его интернализации. Полный рецептор состоит из молекулы иммуноглобулина и двух гетеродимеров, составленных из молекул CD79a и CD79b (Igα и Igβ). Цитоплазматические участки Igα и Igβ содержат короткие последовательности аминокислот, названные "тирозиновыми активирующими мотивами иммунорецептора" (ITAM). Эти последовательности служат для передачи сигнала внутрь клетки. Мутации в этих цепях приводят к агаммаглобулинемии. CD19 и CD21 находятся на мембране в комплексе с молекулой CD81 (TAPA-1) и интерферон-индуцируемым белком 1 (IFITM1, также известен как CD225)/ Этот комплекс играет важную роль для снижения сигнального порога В-клеточного рецептора. CD21 также является рецептором C3d-компонента системы комплемента и рецептором вируса Эпштейна-Барр (что позволяет вирусу инфицировать В-лимфоциты). Также В-лимфоциты экспрессируют CD35, являющийся рецептором C3b-компонента системы комплемента. Такие рецепторы позволяют В-лимфоцитам связывать иммунные комплексы.


Субпопуляции В-лимфоцитов
Все В-лимфоциты экспрессируют CD19 и CD20, но могут быть разделены на подгруппы в зависимости от экспрессии других маркеров. Такое разделение происходит на очень ранних этапах развития В-лимфоцитов. Выделяют "традиционные" CD5- В-лимфоциты (В-2 клетки) и популяцию CD5+ В-лимфоцитов (B-1 клетки, которые делятся на субпопуляции B-1a и B-1b). CD5+ В-1a лимфоциты составляют 5-30% В-лимфоцитов периферической крови, B-1b - 4-6%. CD5+ В-лимфоциты также в большом количестве находятся в перитонеальной полости (19-76%).
B-1a - это самообновляющаяся популяция клеток, которые производят полиреактивные антитела низкой аффинности к антигенам ("естественные антитела"), которые могут реагировать с широким спектром собственных и чужеродных антигенов, включая Fc-фрагмент IgG, однонитевую ДНК, тиреоглобулин, инсулин, бета-галактозидазу E. coli и столбнячный анатоксин. В генах естественных антител не наблюдается большого количества мутаций, что согласуется с точкой зрения о том, что B-1a лимфоциты не проходят через герминативные центры. Несмотря на некоторую аутореактивность, антитела сами по себе не являются патогенными. Они могут играть роль в иммунной защите, связываясь с IgG, что позволяет улучшить формирование иммунных комплексов, опсонизацию и фагоцитоз, а также активацию комплемента. Также они могут играть роль в гоеостазе, связываясь и облегчая выведение стареющих и апоптотических клеток и клеточных остатков, которые, не будучи выведенными, могут индуцировать воспаление. CD5+ В-лимфоциты играют роль в первичном ответе на антиген. После активации они быстро дифференцируются в плазматические клетки и обеспечивают гуморальный иммунный ответ в течение первой недели до появления высокоспецифичных антител.
В-лимфоциты циркулируют в покоящемся состоянии в течение нескольких недель, и в случае отсутствия стимуляции они входят в апоптоз. Антиген-зависимая фаза развития В-лимфоцитов по сути является синонимом гуморального иммунного ответа.
В ответ на антиген В-лимфоцит активируется, после чего начинается пролиферация. При этом теряется экспрессия sIgD и CD21 и начинается экспрессия активационных антигенов - рецепторов для фактора роста, хемокинов и молекул адгезии. В частности, это следующие молекулы: CD71 (рецептор трансферрина), CD25 (альфа-цепь рецептора для IL-2), CD23 (низкоаффинный рецептор для IgE), CD80/86 (лиганды для CD28, расположенного на Т-лимфоцитах и экспрессируемого позже CTLA-4). После активации, В-лимфоциты также начинают экспрессировать Fas (CD95) - член семейства фактора некроза опухоли (TNF). Связывание этого рецептора с лигандом FasL, расположенным на активированных Т-лимфоцитах, вводит клетку в апоптоз, и таким образом регулируется клональная экспансия клеток.
Дальнейший путь созревания В-лимфоцитов зависит от того, будут ли они получать сигналы от антиген-активированных Т-лимфоцитов. B-1b и B-2 клетки в основном активируются этими Т-лимфоцитами. После этого "полностью активированные" В-лимфоциты мигрируют в мантийную зону лимфоузлов, где они начинают временно экспрессировать CD5 и затем входят в герминативный центр.
Активированный В-лимфоциты в герминативном центре являются быстро делящимися клетками, экспрессирующими AID и урацил нуклеозид гликозилазу UNG. Это ферменты, которые модифицируют ДНК и способствуют соматическим мутациям генов иммуноглобулинов (соматическая гипермутация). При участии AID в ДНК может вноситься большое количество ошибок, в частности затрагивающих другие генные локусы. Одним из таких локусов является ген фактора транскрипции Bcl-6, ключевой регулятор формирования В-клеточных фолликулов. Фолликулярные В-лимфоциты также экспрессируют CD10 и GCET1 - молекулы, благодаря которым можно отличить В-клеточные опухоли фолликулярного происхождения.
Большинство фолликулярных В-лимфоцитов погибает, но некоторые из них экспрессируют высокоаффинные антитела, распознающие антиген, и выживают. У этих клеток затем начинается процесс переключения классов иммуноглобулинов. Это переключение регулируется цитокинами. Например, присутствие высоких концентраций TGF-β способствует переключению синтеза на IgA. Существует редкая генетическая патология - гипер-IgM-синдром, при котором не происходит переключения классов и развивается гиперплазия В-лимфоцитов герминативных центров. Это происходит по причине фатальных мутаций в генах AID, UNG, CD40 или CD40L. После переключения классов, В-лимфоциты покидают герминативный центр и проходят терминальнуюб дифференцировку, превращаясь в плазматические клетки или в долгоживущие клетки памяти.
В отсутствие помощи со стороны Т-клеток, активированные В-лимфоциты быстро созревают в короткоживущие плазматические клетки, не проходя процессов соматической гипермутации и переключения классов. Как результат, такие клетки секрктируют только IgM низкой аффинности.Они не формируют клеток памяти.
Плазматические клетки - большие, до 20 мкм в диаметре, клетки, производящие антитела. Из фолликулярных В-лимфоцитов в основном происходят долгоживущие плазматические клетки, которые мигрируют в костный мозг. Такие клетки живут в течение нескольких месяцев. При дифференцировке плазматические клетки теряют маркеры Bcl-6, Pax-5, CD19, CD20 и маркеры активации. Вместо этого они характеризуются появлениеем белка XBP-1 и PRDM1, также называемого BLIMP-1 , а также белки PRDIBF1, цитоплазматический Ig (cIg), CD38 и синдекан-1 (CD138). CD38 - это мембранный гликопротеин, являющийся АДФ-рибозил циклазой, субстратом которого является NAD. В дополнение к своей ферментативной активности, CD38 вовлечен в мобилизацию ионов Ca2+, передачу сигнала и адгезию. Синдекан-1 - это молекула адгезии, протеогликан, в состав которого входит гепаран сульфат. Он служит важным диагностическим маркером плазматических клеток.
В-лимфоциты памяти практически идентичны покоящимся В-лимфоцитам. Неясно, какие факторы способствуют превращению В-лимфоцита в клетку памяти, а не в плазматическую клетку. Клетки памяти более чувствительны к стимуляции антигеном, они быстро пролиферируют и образуют плазматические клетки. Такие клетки ответствены за появление высокоаффинных антител в ходе вторичного иммунного ответа. Продолжительность клеток памяти достоверно неизвестна, но может составлять годы, а то и десятилетия. Клетки памяти экспрессируют CD27 - член семейства рецепторов TNF. Его лиганд CD70 (TNFSF7) экспрессируется активированными В-лимфоцитами и Т-лимфоцитами. После прохождения реакции в герминативном центре В-клетки памяти перестают синтезировать IgD и IgM, если произошел процесс переключения классов. Таким образом можно отличить следующие популяции В-лимфоцитов: наивные (IgM+IgD+CD27-), "непереключенные" (IgM+IgD+CD27+) и "переключенные" (IgM-IgD-CD27+).

 

В деталях (развернуть)


Пока нет информации - 05/09/2014

 

В популярной литературе:

Серый кардинал аллергии (Газета.ру)