Положительная селекция T-клеток в тимусе
Прямые доказательства роли стромы тимуса в селекции тимоцитов , распознающих собственные молекулы МНС , получены при работе с облученными мышами, которым компенсаторно вводили костный мозг от генетически идентичных доноров и опустошенную строму тимуса от генетически идентичных или отличающихся доноров ( рис. 7.11 ).
Мышей-гибридов ( H-2d / H-2k )F1 облучали летальной дозой, чтобы выбить собственные лимфоидные клетки, и тимэктомировали. В контрольных опытах обработанным подобным образом животным трансплантировали костный мозг и строму тимуса от гибридных же ( сингенных ) доноров. Через 3 месяца (времени, достаточного для полного восстановления утраченной при облучении лимфоидной ткани) животных заражали вирусом оспы и еще через 6 дней по завершению латентного периода из селезенки иммунизированных животных выделяли лимфоциты. Цитотоксическую активность этих клеток проверяли на клетках-мишенях одного из родителей (гаплотип родителей H-2k или H-2d). И в первом и во втором случае эффекторные Т-клетки гибридов развивали цитотоксическую реакцию.
Забегая вперед, следует заметить, что эти результаты легко объяснимы с точки зрения внутритимусной селекции к "своему". Если распознавание "своего" действительно происходит в тимусе, то предшественники гибридного трансплантированного костного мозга, оказавшись в гибридном же тимусе, встретили как молекулы Н-2k, так и молекулы H-2d, экспрессирующиеся на эпителиальных стромальных клетках органа. Приобретя специфический рецептор к молекулам того или иного генотипа, клетки прошли селекцию на образование клонов, способных реагировать с комплексом: молекула МНС +экзогенный антиген (пептид). В результате такие отобранные лимфоциты разрушают мишени как Н-2k, так и Н-2d ( рис. 7.12 ).
Ситуация менялась, если вместо гибридного тимуса трансплантировали тимус родителей Н-2d или Н-2k. В тех случаях, когда Т-прекурсоры костного мозга колонизировали родительский тимус, формировались эффекторы цитотоксической реакции, способные разрушать клетки-мишени только того генотипа, к которому относился тимус ( рис. 7.11 ).
Гибридные пре-Т-клетки костного мозга, заселяющие родительский тимус, строма которого экспрессирует только одну аллельную форму молекул МНС (Н-2d или Н-2k), после достижения стадии развития с фенотипом CD4+CD8+альфа-бетаТКР+- имеют множество клонов с разной специфичностью по альфа-бетаТКР. Однако дальнейший путь развития обеспечен только тем клонам, которые распознали молекулы МНС, характерные для тимуса данного генотипа. Все остальные погибают и не выходят на периферию.
Более прямые доказательства были получены при использовании трансгенных мышей. Когда реорганизованные гены для Т-клеточного рецептора вводятся в геном мышей, перестройка эндогенных генов подавляется, так что большинство развивающихся Т-клеток экспрессируют рецептор, который кодируется трансгенами для альфа-цепей и бета-цепей ТКР. При введении трансгенов мышам известного генотипа по МНС можно установить влияние молекул этого комплекса на созревание тимоцитов . Например, введение трансгенов альфа-бета-цепей, специфичных к молекулам I класса генотипа Н-2a, мышам с генотипом Н-2b приводит к незавершенной дифференцировке тимоцитов Н-2b, заканчивающейся на стадии CD4+CD8+. Если таких трансгенных мышей заразить вирусом, их Т-клетки будут разрушать вирусинфицированные мишени, относящиеся к генотипу Н-2a, но не Н-2b, как это происходит с Т-клетками нормальных мышей ( табл. 7.3 ).
Ясно, что отсутствие соответствующих рецепторов к собственным молекулам МНС не позволяет тимоцитам пройти полный путь развития и проявить себя в цитолитической реакциии. Через 3-4 дня клетки, неспособные распознать собственные антигены, погибают в тимусе.
События, развивающиеся в тимусе при селекции клеток по их способности распознавать собственные молекулы МНС, представлены на рис. 7.12 ).
Завершившаяся на первом этапе реорганизация генов для альфа- и бета-цепей обеспечивает экспрессию Т-клеточного рецептора на клеточной поверхности. До окончания положительной селекции уровень экспрессии этих рецепторов незначительный, но вполне достаточный для взаимодействия с соответствующими молекулами. Поскольку реорганизация генов, контролирующих вариабельные области Т-клеточного рецептора (VDJ - для бета-цепи и VJ - для альфа-цепи), процесс случайный, то образуются самые разнообразные по специфичности рецепторы. Условно их можно разбить на три категории:
- рецепторы, которые способны взаимодействовать c молекулами MHC класса I ,
- рецепторы, которые способны взаимодействовать c молекулами MHC класса II , и
- рецепторы, которые такой способностью не обладают.
Кроме того, антигенсвязывающий центр ТКР, независимо от принадлежности к той или иной категории, имеет участок, потенциально способный взаимодействовать с экзогенным чужеродным пептидом.
На стадии умеренной экспресии Т-клеточных рецепторов тимоциты представляют собой сырой материал для отбора. В коре тимуса, обогащенной эпителиальными клетками, которые экспрессируют как молекулы I, так и II классов, происходят основные селекционные процессы. Если тимоциты обладают рецепторами, способными взаимодействовать с молекулами I или II классов, то они подвергаются дальнейшей дифференцировке. Судьба тимоцитов, чьи рецепторы не сответствуют специфичностям молекул МНС, завершается в тимусе.
Селекция тимоцитов по специфичности их рецепторов - процесс крайне жесткий. Более 90% клеток гибнет в органе и только незначительная их часть, прошедшая сито отбора (менее 5%), "обречена" на дальнейшую жизнь.
Если клетка не выдержала первичного положительного отбора, она еще некоторое время (3-4 суток) остается жизнеспособной и продолжает реорганизовывать гены альфа-цепи ТКР, представляя новые по специфичности рецепторы. Иначе, отбор не завершается на исходном сочетании альфа-бета-цепей. Клетка "стремится прийтись ко двору" посредством изменения специфичности рецепторов за счет альфа-цепей. Без этого дополнительного механизма гибель тимоцитов, не прошедших первичного отбора, была бы еще выше.
На этапе формировании клонов, способных взаимодействовать с одной из молекул МНС, процесс дифференцировки клеток не заканчивается. Тимоциты, подвергающиеся отбору, экспрессируют как CD4 , так и CD8 корецепторы. Однако как только отбор на специфичность произошел, тимоциты теряют один из корецепторов.
Во всех случаях отбор на специфичность к молекулам I класса определяет сохранение CD8 и потерю CD4.
Напротив, тимоциты прошедшие селекцию к молекулам II класса, экспрессируют CD4, и подавляют синтез CD8.
Наиболее четко корреляция фенотипических маркеров со специфичностью рецепторов показана на трансгенных мышах.
Если мышам вводили реорганизованные гены для альфа-бета-цепей ТКР со специфичностью к молекулам I класса, то все образовавшиеся зрелые Т-клетки имели фенотип T-киллеров (CD8).
В ситуации, когда специфичность касалась молекул II класса, все зрелые Т-клетки несли корецептор T-хелперов (CD4).
Коррелятивная связь корецепторов со специфичностью Т-рецепторов показана и на других экспериментальных моделях. Мутантные мыши, у которых отсутствуют молекулы II класса, не способны образовывать CD4+-лимфоциты. Введение таким мышам трансгена, кодирующего синтез молекул II класса, полностью восстанавливало формирование CD4+-клеток.
Определяющим моментом экспрессии одного из двух корецепторов в процессе созревания тимоцитов является их способность взаимодействовать с теми молекулами МНС, к которым проходит селекция:
- CD4 - c молекулами II класса и
- CD8 - с молекулами I класса ( рис. 3.17 и рис. 3.18 ).
После такого распознавания завершается, наконец, путь внутритимусной дифференцировки тимоцитов с образованием T-хелперов и T-киллеров , мигрирующих на периферию.
