Иммунитет как у верблюда

На картинке — трехмерная модель антитела (иммуноглобулина) человека — белкового образования, предназначенного для противодействия бактериям, вирусам и другим вредителям организма. Голубым обозначена область, одинаковая для всех антител, серо-желтым — уникальная для каждого антитела. Эта структура наблюдается у всех плацентарных млекопитающих, однако есть одно исключение — верблюд.

Верблюдовые — во многом загадочные животные. На своих ближайших родственников — парнокопытных — они не похожи ни строением стопы, ни плацентой, ни даже формой эритроцитов, не говоря уже про горб. Оказывается, и в крови у них плавают необычно устроенные антитела. И люди научились их использовать в своих целях.

Рассмотрим, как выглядит обычное антитело человека (и других млекопитающих). Оно состоит из четырех цепей: двух тяжелых и двух легких. Между собой цепи скреплены S-S-связями:

Схема строения иммуноглобулина: 1 и красный круг — вариабельные части, 2 и 4 — константные части, 3 — тяжелые цепи, 5 — легкие цепи. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org

В антителе выделяют две функциональные части: константную (постоянную) и вариабельную (переменчивую). С помощью вариабельной части антитело связывается с антигеном. Именно эта часть отвечает за разнообразие антител в организме, каждое из них специфично к своему конкретному антигену (или группе похожих антигенов). А константная часть у антител практически одинаковая. Она нужна, чтобы их узнавали клетки иммунной системы. Благодаря этой части антитела работают как метка. Допустим, в организм попала бактерия. У нее на поверхности находятся антигены. На них налипают антитела своими вариабельными частями, а константные части смотрят «наружу». Когда рядом оказываются клетки иммунитета, они узнают эти константные части и атакуют бактерию. То есть антитела сигнализируют о том, что объект, к которому они прилипли, опасен.

А у верлюдов все немного не так. У них в крови плавает фракция антител, состоящих только из тяжелых цепей. То есть общая структура примерно та же, но легкие цепи отсутствуют. И оказывается, что такие антитела иметь очень выгодно. Во-первых, они меньше размером, поэтому легче путешествуют по организму. И лучше выводятся почками, если их накапливается много. Во-вторых, у них по-другому устроена вариабельная часть. Если у обычных антител для связывания с антигеном служит щель между тяжелой и легкой цепью, то у этих щель создать невозможно. Поэтому для связывания используются петли на конце тяжелой цепи. Такая структура не просто повышает разнообразие антител, но и позволяет связываться со спрятанными антигенами! Эти петли отличаются небольшим размером, поэтому могут проникать, например, в активные центры ферментов. В таком случае антитело будет не только помечать фермент для атаки иммунной системой, но и блокировать его работу.

Строение антитела человека (слева) и верблюдовых. Изображение из статьи M. F. Flajnik et al, 2011. A Case Of Convergence: Why Did a Simple Alternative to Canonical Antibodies Arise in Sharks and Camels?

Такие эффективные антитела, конечно же, не могли не привлечь внимание медиков, тем более что в науке и медицине антитела млекопитающих используются давно — чтобы избирательно связываться с нужными молекулами, блокировать их действие или активировать иммунитет. Антитела верблюдовых, благодаря своей уникальной структуре, узнают антигены, которые плохо доступны обычным антителам. Кроме того, были созданы так называемые верблюжьи нанотела (см. Single-domain antibody) — молекулы, состоящие только из вариабельной части тяжелых цепей (желтый овал на рисунке выше). Несмотря на небольшой размер, они не теряют способности распознавать антиген.

Один из примеров использования нанотел — стратегия для терапии опухолей. Берем нанотело, специфичное к какому-нибудь опухолевому антигену. Пришиваем к нему фермент, который превращает безобидное вещество в токсичное. Затем вводим эти конструкции в организм, нанотела узнают антигены и оседают в опухолевой ткани. Дальше вводим безобидное вещество в кровоток, в опухолевых клетках фермент превращает его в токсичное, и клетки погибают. Но концентрация токсичного вещества в здоровых тканях существенно ниже, поэтому остальной организм не страдает от его действия.

Верблюдовые — не единственные обладатели необычных антител среди позвоночных. Очень похожие структуры встречаются и у некоторых хрящевых рыб, например акул, а также у сумчатых млекопитающих. Считается, что эти антитела возникли у позвоночных независимо как минимум четыре раза. И немудрено, ведь это очень выгодно для организма.

Изображение с сайта ccabcanada.com.

Полина Лосева