Использование гаптен для изучения специфичности антигенных детерминант

При реакции с антигеном не всегда связывающие центры антитела охватывают весь антиген. Часть последнего, непосредственно взаимодействующая с антителом, называется антигенной детерминантой. Одна молекула может содержать одну и более антигенных детерминант. Для изучения специфичности антител необходимо иметь антитела, направленные против индивидуальных антигенных детерминант. Небольшая функциональная группа, представляющая собой одну антигенную детерминанту, называется гаптеном. Гаптенами могут быть различные органические соединения, например ТНФ (тринитрофенильная группа), фениларсонат, монои олигосахариды, такие как глюкоза и лактоза, а также олигопептиды, например пентализин. Хотя эти гаптены способны связываться с антителами, тем не менее они обычно не являются иммуногенами, т. е. иммунизация ими не приводит к образованию антител.

В то же время иммунный ответ часто можно вызвать с помощью гаптена, ковалентно присоединенного к большой молекуле, называемой носителем. Этот носитель иммуногенен сам по себе, и иммунизация конъюгатами гаптен-носитель вызывает появление антител как против носителя, так и против гаптена. Полученные таким образом специфичные к гаптену антитела можно изучать методом равновесного диализа в присутствии свободного (не связанного с носителем) гаптена с помощью иммунопреципитации, используя для этого гаптен, пришитый к другому носителю, или же применяя метод торможения преципитации свободным гаптеном.

Описанный способ получения и исследования антигаптеновых антител, впервые примененный Ландштейнером, помог выяснить, какие элементы тонкой структуры антигенной детерминанты определяют ее специфичность.

Сравнительное изучение связывания антител с различными гаптенами показало, что узнавание антителами «своего» гаптена оказывается специфичным, даже несмотря на гетерогенность полученной популяции антител. В отличие от антител, направленных против полидетерминантных антигенов, популяция антител, специфичных к одной детерминанте (гаптену), относительно ограничена. Это обусловлено тем, что связывание гаптена с антигенсвязывающим центром антитела требует определенных структурных ограничений для точного соответствия их друг другу. В то же время специфичность антисыворотки зависит от специфичностей всех входящих в нее антител, что в свою очередь определяется структурами их антигенсвязывающих центров.

При изучении перекрестных реакций с аналогами гаптена оказалось, что некоторые аналоги образуют комплексы со всеми имеющимися в сыворотке антителами, тогда как связывание других аналогов быстро достигает насыщения, поскольку их структура хорошо соответствует структуре антигенсвязывающего центра лишь некоторых антител. Антитела, полученные от разных животных, могут проявлять разную способность к иммунологическому перекресту при взаимодействии с тем же самым набором родственных гаптенов. Даже у одного и того же животного, как известно, в определенных условиях аффинность и специфичность антител с увеличением времени, прошедшего с начала иммунизации, могут возрастать.

Таким образом, наличие или отсутствие иммунологического перекреста любых двух гаптенов отражает как структурные различия между ними, определяющие возможность или невозможность антигена и антитела связаться друг с другом, так и разнообразие антигенсвязывающих центров, имеющихся в данной антисыворотке.

Глава 3. Работы Карла Ландштайнера Антиген как первопричина развития иммунного процесса интересовал иммунологов с тех давних пор, когда зародилась иммунология. Однако только благодаря исследованиям К. Ландштейнера в 20 — 30-х годах XX в. сложились условия для изучения тонкой природы специфичности антигена. В качестве объекта исследования ученый взял простые органические соединения — гаптены. Как уже отмечалось, сами по себе эти соединения не способны вызвать иммунологической реакции. Наличие чужеродности при низкой молекулярной массе лишает их иммуногенности. При этом комплекс гаптена с белком-носителем иммуногенен. Исследования Ландштейнера выявили по крайней мере два существенных момента: крайне высокий уровень специфичности (подчас в определении специфичности принимает участие всего один радикал — карбоксильная или аминогруппа); специфичность высокомолекулярного антигена представлена отдельными участками (эпитопами) — местами связывания антител или антигенраспознающих рецепторов, при этом чем больше молекулярная масса антигена, тем больше мест связывания.

Схема постановки опытов, разработанная Ландштейнером, включала иммунизацию кроликов гаптен-белковым комплексом и последующий анализ антисывороток от иммунизированных животных с тем же самым или иным гаптеном, но конъюгированным с другим неродственным белком. Подобный прием позволял работать только с антителами к гаптену, взятому для иммунизации, и исключал те антитела, которые образовывались кэпитопам белка. В результате удалось показать решающую роль тонкой конфигурации гаптена в определении специфичности.