hoá sinh động vật

Sự phát triển của tế bào lympho từ một tế bào gốc đa chức năng ở tủy xương Miễn dịch tế bào được thực hiện thông qua một hệ thống tương tác giữa các loại tế bào T và B, những tế bào này

Chương 7 HÓA SINH MIỄN DỊCH

Tóm tắt chương:

Miễn dịch (immunity) là khả năng một cơ thể sống nhận ra và loại bỏ các yếu tố lạ xâm

nhập để bảo vệ sự toàn vẹn của cơ thể

Miễn dịch gồm hai dạng miễn dịch tự nhiên và miễn dịch thu được Miễn dịch tự nhiên là khả năng tự bảo vệ của cơ thể có từ lúc mới sinh và mang tính di truyền trong loài Miễn dịch thu được là trạng thái miễn dịch xuất hiện khi cơ thể đã tiếp xúc với kháng nguyên Miễn dịch thu được có thể có được khi cơ thể được truyền các tế bào có thẩm quyền miễn dịch hay kháng thể

Động vật có hai phương thức đáp ứng miễn dịch thu được là đáp ứng miễn dịch dịch thể

và đáp ứng miễn qua trung gian tế bào Đáp ứng miễn dịch dịch thể là sự bảo vệ cơ thể chống lại

sự xâm nhập của kháng nguyên ngoại bào, được thực hiện bởi các kháng thể do các tế bào lympho B sản sinh ra.Đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bàolà sự bảo vệ cơ thể chống lại kháng nguyên nội bào, được thực hiện bởi các tế bào lympho T

Kháng thể (Ig) là một nhóm các phân tử glycoprotein có cấu trúc gồm 4 chuỗi: 2 chuỗi nhẹ (L)và hai chuỗi nặng (H)giống nhau từng đôi một, mỗi chuỗi H có gắn một đoạn oligosaccharide Những chuỗi này liên kết với nhau bằng cầu nối disulfide và các liên kết phụ tạo ra một cấu trúc cấu trúc đối xứng dạng chữ Y Chuỗi H và L chứa vùng hằng định (C) và vùng biến đổi (V) Vùng V trên chuỗi H và L của Ig thường tổ hợp ngẫu nhiên với nhau tạo ra sự

đa dạng của Ig.Hầu hết động vật có vú cónăm lớp Ig là IgG, IgA, IgM, IgD và IgE

Receptor của tế bào T (TCR) là một phân tử nằm trên bề mặt của tế bào lympho T để nhận biết kháng nguyên khi liên kết với phức hợp hòa hợp tổ chức chính (MHC) TCR gồm hai chuỗi polypeptide α và β nối với nhau bằng một liên kết disulfide Lympho T CD4 nhận biết peptide kháng nguyên liên kết với MHC lớp II Lympho T CD8 nhận biết peptide kháng nguyên liên kết với MHC lớp I

Phức hợp hòa hợp tổ chức chínhlà các glycoprotein gắn trên màng tế bào có vai trò quan trọng trong trình diện kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch MHC được chia thành hai lớp có cấu trúc và chức năng khác nhau: MHC lớp I, trình diện peptide kháng nguyên cho tế bào T độc và MHC lớp II, trình diện peptide kháng nguyên cho tế bào T hỗ trợ

Bổ thể là một hệ thống các protein huyết tương phản ứng với mầm bệnh và đánh dấu chúng giúp cho quá trình tiêu diệt mầm bệnh của đại thực bào Có ba con đường hoạt hóa bổ thể:

con đường cổ điển,con đường MB-lectin và con đường thay thế

7.1 CÁC DẠNG ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH

Tất cả động vật đều có nguy cơ bị các sinh vật khác tấn công Vì thế, động vật được trang

bị nhiều phương thức để bảo vệ cơ thể Tuy nhiên, tác nhân gây bệnh là các vi sinh vật thường tấn công cơ thể một cách âm thầm và ngày càng trầm trọng Để chống lại các tác nhân đó, trong

quá trình tiến hóa, động vật được trang bị một hệ thống phòng vệ phức tạp; đó là hệ thống miễn

dịch Các mầm bệnh có thể qua được rào cản đầu tiên của hệ thống phòng vệ là da và niêm mạc,

song sẽ bị nhận diện là yếu tố ngoại lai và bị tiêu diệt

Miễn dịch (immunity) là khả năng một cơ thể sống nhận ra và loại bỏ các yếu tố lạ (ngoại lai) xâm nhập để bảo vệ sự toàn vẹn của cơ thể

7.1.1 Miễn dịch không đặc hiệu hay miễn dịch bẩm sinh

Miễn dịch không đặc hiệu là khả năng tự bảo vệ của cơ thể có từ lúc mới sinh, không cần tiếp xúc trước với các kháng nguyên và mang tính di truyền trong loài

Trong thành phần của thượng bì và biểu bì có mồ hôi chứa NaCl và lactic acid; đây là hai yếu tố môi trường tại chỗ có tác dụng diệt khuẩn thông qua áp suất thẩm thấu và độ pH Những

vi khuẩn có vách tế bào không vững chắc sẽ dễ dàng bị tiêu diệt

Niêm mạc được che chở bởi lớp chất nhầy giúp bề mặt tế bào không bị enzyme neuraminidase của virus tác động

Lysozyme, một enzyme thuộc nhóm glycosidasecó trong dịch tiết của các tuyến như

nước bọt, nước mắt, nước mũi, sữa… có thể thuỷ phân liên kết β-1,4glycoside của peptidoglycan làm phá vỡ vách tế bào vi khuẩn

Hệ thống bổ thể khi được hoạt hóa gây giãn mạch quản, kích thích bạch cầu ái kiềm giải

phóng các chất trung gian Một số thành phần của hệ thống này còn có khả năng bám dích vào vi khuẩn, giúp cho các tế bào thực bào dễ tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn

Các loại bạch cầu có hạt:

Bạch cầu trung tính (neutrophil): chiếm số lượng lớn, nhân thường chia thuỳ, có khả năng

diệt khuẩn mạnh số một Trong các túi của bạch cầu chứa nhiều loại enzyme có hoạt tính cao, trong

đó có nhóm enzyme myeloperoxidase tham gia vào quá trình bùng nổ oxy hoá

Có hai cách xử lý trong các thể thực bào phagosom (vi khuẩn hay vật lạ được bao bọc lại bởi một phần màng tế bào):

Gắn với lysosom: Hệ thống hydrolase thuỷ phân rất mạnh, trong đó có cathepsin, nuclease, glycanase, esterase, …(chỉ hoạt động trong môi trường pH 4,5-5) Khi phagosom và lysosom tiếp xúc nhau, xảy ra sự hoà hợp màng và tạo ra lysosom cấp II Đồng thời với quá trình

này, các bơm proton (H+

) trên màng túi lysosom hoạt động mạnh Proton được bơm từ bào tương vào lysosom cấp II, làm cho pH từ gần trung tính hạ xuống 4,5-5, tạo điều kiện cho các enzyme nói trên hoạt động Do đó, vật lạ bị tiêu hoá Các sản phẩm tiêu hoá này có thể được tế bào sử dụng hoặc được thải ra ngoài nhờ quá trình xuất bào

Bùng nổ oxy hoá: Ngoài con đường trên (phagosom gắn với lysosom), một số túi lysosom được hoạt hoá đặc biệt, làm cho quá trình oxy hoá xảy ra rất mạnh, tạo oxy hoạt động (gốc tự do) O2-, tác động vào những mạch carbon nối đôi, chuyển về dạng OH hay O-

tạo phản ứng dây chuyền, làm bùng nổ oxy hoá Quá trình diễn ra rất mạnh, ngoài ra còn tạo ra HClO là dẫn xuất oxy hoá cực mạnh Do đó, các vật lạ xâm nhập nhanh chóng bị tiêu diệt Tuy nhiên, sau quá trình trên, bạch cầu cũng bị chết Bạch cầu trung tính thường sống khoảng 3-8 ngày

Bạch cầuái toan (eosinophil) thườngcó số lượng không nhiều Trong các trường hợp bị

nhiễm ký sinh trùng, số lượng bạch cầu ái toan trong máu sẽ tăng Bạch cầu ái kiềm (basophil)

thường gặp trong các trường hợp viêm, dị ứng.Vai trò của các bạch cầu ái toan, ái kiềm trong các trường hợp này chưa được nghiên cứu kỹ

7.1.2 Miễn dịch đặc hiệu hay miễn dịch thu được

Miễn dịch đặc hiệu là trạng thái miễn dịch xuất hiện khi cơ thể đã tiếp xúc với kháng nguyên (ngẫu nhiên hay chủ động khi được tiêm vaccine) Miễn dịch thu được có thể có được khi

cơ thể được truyền các tế bào có thẩm quyền miễn dịch hay kháng thể

Miễn dịch đặc hiệu có vai trò rất quan trọng đối với đời sống sinh vật Đây là hệ thống rất phức tạp, luôn có sự tương tác với nhau giúp cho hoạt động miễn dịch được hoàn chỉnh Động vật có hai phương thức đáp ứng miễn dịch đặc hiệu là đáp ứng miễn dịch tế bào và đáp ứng miễn dịch dịch thể

a Hệ thống miễn dịch tế bào (cellular immune system)

Đáp ứng miễn dịch tế bào là sự bảo vệ cơ thể chống lại các tế bào bị thâm nhiễm virus, các loại nấm, ký sinh trùng và mô bào lạ; được thực hiện trung gian qua các lympho T

Có hai loại lympho bào là lympho bào T và lympho bào B Tất cả các lympho bào đều sinh ra ở tủy xương Lympho T di chuyển về tuyến ức (Thymus) và thành thục ở đây Lympho T

đi vào máu và một ít di chuyển vào hạch lâm ba Ở động vật có vú, lympho B thành thục ở tuỷ xương (Bone marrow); còn ở các loài chim, tế bào này thành thục ở túi huyệt (Bursa Fabricius) (Hình 7.1)

Hình 7.1 Sự phát triển của tế bào lympho từ một tế bào gốc đa chức năng ở tủy xương

Miễn dịch tế bào được thực hiện thông qua một hệ thống tương tác giữa các loại tế bào T

và B, những tế bào này liên kết đặc hiệu với kháng nguyên (Hình 7.2)

Đáp ứng miễn dịch tế bào là quá trình tiêu diệt các tế bào lạ Quá trình bắt đầu khi đại thực bào (macrophage) nuốt (1a; 1b) và phân giải một phần kháng nguyên (2a; 2b), rồi trình diện những mảnh kháng nguyên còn lại trên bề mặt của mình (3a; 3b) Các mảnh kháng nguyên này được gắn với một trong hai loại protein bề mặt gọi là protein của tổ hợp MHC hay MHC – protein (MHC - major histocompatibility complex - phức hợp hòa hợp tổ chức chính) Các MHC- protein tương đối đa dạng; nên hai cá thể thân thuộc cùng loài thường không có các MHC- protein giống hệt nhau Vì vậy, MHC- protein là biểu hiện cho tính đặc trưng cao của từng cá thể

MHC – protein lớp I có trên bề mặt hầu hết các tế bào có nhân ở động vật xương sống Các đại thực bào trình diện MHC – protein lớp I được các receptor bề mặt của các tế bào T độc chưa thành thục nhận biết Tuy nhiên, để các receptor liên kết đặc hiệu với đại thực bào trình

diện kháng nguyên, các kháng nguyên phải tạo phức hợp đặc hiệu với MHC-protein lớp I (4a)

Tương tự như trên, đại thực bào trình diện các mảnh kháng nguyên kết hợp với MHC – protein lớp II được gắn với các lympho bào T hỗ trợ (TH hay helper T) chưa thành thục (4b) Tế bào T liên kết với đại thực bào trình diện kháng nguyên và MHC-protein được gây cảm ứng tới tăng

sinh, nó được gọi là sự chọn lọc vô tính (clonal selection), quá trình này được phát hiện đầu tiên

vào những năm 1950 bởi các nhà khoa học Niels Kaj Jerne, Macfarlane Burnet, Joshua Lederberg và David Talmadge Kết quả sự chọn lọc vô tính là chỉ làm tăng sinh các tế bào T đã nhận biết kháng nguyên đặc hiệu Nguyên nhân là do khi đại thực bào liên kết với tế bào T giải

phóng một yếu tố protein sinh trưởng gọi là interleukin-1 (5a, 5b), chất này kích thích các tế bào

T nhân lên và biệt hóa (6a, 6b) Quá trình này được tăng cường do các tế bào T tự tiết ra

interleukin-2 Các tế bào T chỉ tạo ra receptor cho interleukin-2 khi chúng duy trì liên kết với

đại thực bào (7a, 7b), vì thế mà ngăn chặn được sự nhân lên vô hạn của tế bào T Tuy nhiên, một lượng lớn tế bào lympho T độc trưởng thành (8a) được sản sinh chỉ sau một vài ngày tiếp xúc với kháng nguyên Receptor trên tế bào lympho T độc là đích đặc hiệu cho tế bào vật chủ trình diện

cả kháng nguyên và MHC-protein lớp I Tế bào lympho T độc hay còn gọi là T sát thủ (T killer) gắn với tế bào vật chủ mang kháng nguyên (9), vào thời điểm tiếp xúc chúng tiết ra perforin (là

một protein có khối lượng 70kD) có khả năng phân giải tế bào đích (10) bằng cách tập trung và tạo các lỗ hổng trên màng tế bào

Chức năng chính của đáp ứng miễn dịch tế bào là ngăn chặn sự lây lan của virus bằng cách tiêu diệt các tế bào vật chủ đã bị virus tấn công (protein trên lớp vỏ bọc của virus được trình diện trên bề mặt của các tế bào động vật trong pha xâm nhiễm lần sau của virus) Hệ thống miễn dịch tế bào cũng chống lại hiệu quả sự lây nhiễm của nấm, kí sinh trùng và một số loại ung thư Chức năng quan trọng có ý nghĩa sống còn của đáp ứng miễn dịch tế bào đã được khẳng định trong những năm gần đây khi hội chứng suy giảm miễn dịch (AIDS - acquired immune deficiency syndrome) gây ra bởi virus HIV (human immunodeficiency virus) là loại virus tấn công vào các tế bào TH Đáp ứng miễn dịch tế bào cũng gây ra những khó khăn nhất định cho y học hiện đại do chức năng loại bỏ các thành phần không phải của bản thân như mô hoặc cơ quan ghép (từ một người lạ) Mô hoặc cơ quan ghép bị nhận diện là ngoại lai do chúng luôn mang MHC- protein khác với MHC-protein của vật chủ

b Hệ thống miễn dịch dịch thể (humoral immunity)

Miễn dịch dịch thể là sự bảo vệ cơ thể hiệu quả nhất chống lại sự nhiễm khuẩn và virus; được thực hiện bởi các kháng thể (antibody) hay còn gọi là các globulin miễn dịch (immunoglobulin) do các lympho B (tế bào B) sản sinh ra

Các tế bào B trình diện cả immunoglobulin (Ig) và MHC- protein lớp II trên bề mặt (4c) Nếu tế bào B gặp kháng nguyên mà kháng nguyên này gắn đặc hiệu với Ig nó sẽ nuốt luôn cả phức hợp này (12) và phân giải một phần kháng nguyên (13), rồi trình diện mảnh kháng nguyên sót lại được gắn với MHC-protein lớp 2 trên bề mặt (14) Các tế bào T hỗ trợ (TH) thành thục (8b) có các receptor đặc hiệu với phức hợp này sẽ gắn vào các tế bào B (15) và giải phóng interleukin để kích thích các tế bào B tăng sinh và biệt hoá (16) Sự phân chia tế bào cứ tiếp tục cho đến khi các tế bào B được kích thích bởi các tế bào T hỗ trợ (17)

Hình 7.2 Các con đường đáp ứng miễn dịch+

Các tế bàoTH lại luôn phụ thuộc vào sự có mặt liên tục của kháng nguyên (1b-8b) Phần lớn thế hệ sau của các tế bào B là tế bào sinh chất- plasmatic cells (18), đây là các tế bào chuyên biệt tạo ra các Ig đặc hiệu Các kháng thể này gắn các kháng nguyên và đánh dấu các kháng nguyên ấy, làm cho chúng bị tiêu diệt nhờ bạch cầu (thực bào) hoặc nhờ sự hoạt hoá hệ thống bổ thể (một loạt protein tương tác với nhau để phân giải tế bào và gây phản ứng viêm cục bộ)

Hầu hết các tế bào T và B chỉ tồn tại trong vài ngày nếu chúng không được kích thich bởi kháng nguyên tương ứng Tuy nhiên, quá trình nhân lên của tế bào B bị hạn chế bởi sự tương tác của chúng với tế bào T ức chế- Ts (suppressor T), các tế bào này là một trong những thế hệ sau của tế bào lympho T, chúng có chức năng trái ngược với TH

Một trong những chức năng của hệ thống miễn dịch là giúp cho động vật không bị nhiễm lại lần thứ hai gây ra bởi cùng một tác nhân gây bệnh Nghĩa là động vật sau khi phục hồi từ một tác nhân gây bệnh nhất định thì cơ thể sẽ miễn dịch với tác nhân gây bệnh đó Quá trình này được gọi là đáp ứng miễn dịch thứ cấp (secondary immuse respone) được thực hiện bởi các tế bào T nhớ-TM (memory T cell) (11) và tế bào B nhớ-BM (20) Các loại này có khả năng sống rất lâu và có thể ghi nhớ sự tiếp xúc với các kháng nguyên sau nhiều thập kỉ Vì thế nếu các tế bào nhớ này gặp lại kháng nguyên đã được nhận diện thì chúng sẽ nhân lên rất nhanh với số lượng lớn hơn nhiều lần so với tế bào T và B nguyên thủy chưa tiếp xúc với kháng nguyên

7.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA KHÁNG THỂ (IMMUNOGLOBULIN)

Kháng thể là một nhóm các phân tử glycoprotein xuất hiện trong huyết thanh và dịch mô bào của động vật Một số nằm trên bề mặt của tế bào B và làm nhiệm vụ như là các receptor kháng nguyên đặc hiệu Các kháng thế khác có mặt tự do trong máu hoặc bạch huyết Sự liên hệ giữa tế bào B và kháng nguyên là cần thiết giúp cho tế bào B phát triển thành tế bào tiết kháng thể gọi là tế bào B sinh chất Kháng thể màng trên tế bào tiền thân của tế bào B cũng có tính liên kết đặc hiệu giống như kháng thể được sản sinh ra bởi tế bào B sinh chất (Hình 7.3)

Hình 7.3 Kháng thể bề mặt và kháng thể tiết Receptor kháng nguyên tế bào B (trái) gồm hai

chuỗi nặng H và hai chuỗi nhẹ L giống nhau từng đôi một Ngoài ra, thành phần phụ (Ig-α và Ig-β) có liên quan mật thiết với receptor sơ cấp và chúng được xếp thành cặp làm nhiệm vụ truyền tín hiệu nội bào Kháng thể tiết (phải) có cấu trúc tương tự receptor kháng nguyên tế bào

7.2.1 Cấu trúc của kháng thể

Theo Gerald Edelman và Rodney Porter, phần lớn kháng thể bao gồm 4 chuỗi: 2 chuỗi nhẹ giống nhau (L), khối lượng khoảng 23 kD và hai chuỗi nặng giống nhau (H), khối lượng 53 – 75 kD, mỗi chuỗi nặng có gắn một đoạn oligosaccharide Những tiểu phần này liên kết với nhau bằng cầu nối disulfide và các liên kết phụ tạo ra một cấu trúc cấu trúc đối xứng dạng chữ Y (L-H)2 (Hình 7.4)

Hình 7.4 Sơ đồ cấu tạo phân tử IgG Kháng thể - một họ các phân tử protein

Ở người có 5 lớp Ig kí hiệu là IgA, IgD, IgE, IgG và IgM Các lớp này khác nhau do có

sự khác nhau ở các chuỗi nặng tương ứng là α, δ, ε, γ và μ

Hầu hết động vật có vú có năm lớp Ig kí hiệu là IgG, IgA, IgM, IgD và IgE Các lớp này khác nhau về kích thước, điện tích, thành phần amino acid và carbohydrate Ngoài sự khác biệt

giữa các lớp kháng thể, kháng thể trong mỗi lớp cũng không đồng nhất

IgG - gồm 4 phân lớp, các phân lớp khác nhau ở trình tự xắp sếp amino acid Hầu hết sự

khác nhau tập trung ở vùng bản lề và tạo ra các liên kết disulfide khác nhau giữa 4 phân tử protein Sự khác biệt lớn nhất trong cấu trúc là vùng bản lề kéo dài của IgG3, chính phần này làm cho khối lượng của phân tử IgG3 lớn hơn và có thể làm tăng cường hoạt tính sinh học (Hình 7.5-2)

IgM - IgM ở người thường tồn tại ở dạng pentamer (Hình 7.5-3) Chuỗi μ và γ của IgM

khác nhau ở trình tự các amino acid và có thêm một vùng hằng định Các tiểu đơn vị của pentamer liên kết với nhau bằng liên kết disulfide giữa các domain Cμ3 hoặc giữa đầu C-tận và

phần đuôi peptide kéo dài gồm 18 amino acid Một phân tử hoàn chỉnh gồm vùng trung tâm có mật độ xếp dày đặc và các cách tay tỏa ra xung quanh

IgA - có chuỗi α gồm 472 amino acid được sắp xếp thành 4 domain: VH, Cα1, Cα2, Cα3 Một đặc điểm giống với IgM là chuỗi J tạo liên kết disulfide với phân tử cystein trong chuỗi

peptide gồm 18 aa để tạo dạng dimer

IgA tiết (s-IgA) - tồn tại chủ yếu ở dạng đơn phân có độ lắng là 11S (KLPT 380.000)

Một phân tử IgA hoàn chỉnh được tạo thành từ hai đơn vị, một phần tiết (KLPT 70.000) và một chuỗi J có KLPT 15.000 (Hình 7.5- 4) Các chuỗi peptide khác nhau được liên kết như thế nào thì vẫn chưa được làm sáng tỏ Chuỗi J được tổng hợp bởi các tế bào sinh chất, nhưng thành phần tiết thì lại được tổng hợp bởi các tế bào biểu mô IgA duy trì trạng thái dimer nhờ chuỗi J

và được tiết ra bởi tế bào niêm mạc sinh chất, thành phần tiết liên kết với IgA khi phân tử này được chuyển tới các tế bào biểu mô Việc liên kết với thành phần tiết đóng vai trò quan trong trong việc vận chuyển s-IgA tới vị trí bài tiết và bảo vệ các phân tử này không bị tấn công bởi các enzyme phân giải protein

IgD- chiếm gần 1% tổng các Ig trong huyết thanh IgD nhạy cảm hơn với sự tấn công của

enzyme phân giải protein so với các phân tử IgG1, IgG2, IgA và IgM và có xu hướng trải qua quá trình phân giải tự nhiên Liên kết disulfide được hình thành giữa chuỗi δ và một lượng lớn các phân tử carbohydrate, phân tử carbohydrate này phân phối thành nhiều đơn vị oligosaccharide (Hình 7.5-5)

IgE- trong cấu trúc của IgE, khối lượng phân tử của chuỗi ε lớn hơn là do được tạo thành

từ nhiều amino acid hơn (khoảng 550 aa) và được chia thành 5 domain (VH, Cε1, Cε2, Cε3 và Cε4) (Hình 7.5-6)

Hình 7.5 Đặc điểm cấu trúc các lớp kháng thể ở người

Lớp và phân lớp kháng thể phụ thuộc vào cấu trúc của chuỗi nặng

Lớp và phân lớp của một kháng thể được xác định bởi chuỗi nặng của kháng thể Các phân lớp IgG của người (IgG1, IgG2, IgG3 và IgG4) có các chuỗi nặng khác nhau tương ứng là

1, 2, 3 và 4 Tỷ lệ xuất hiện của phân lớp IgG (IgG1-IgG4) ở người lần lượt là 66%, 23%, 7% và 4% IgA có các phân lớp là IgA1 và IgA2, tuy nhiên các phân lớp của IgM, IgD và IgE vẫn chưa được xác định Phạm vi lớp và phân lớp của kháng thể phản ánh sự thay đổi trong các gien mã hóa kháng thể Phân lớp kháng thể xuất hiện ở giai đoạn tiến hóa muộn Do đó, phân lớp IgG ở người rất khác so với phân lớp của kháng thể này trên chuột Kháng thể đều có bản chất là glycoprotein, nhưng thành phần carbohydrate ở các lớp kháng thể là khác nhau ở IgD là 2-3%, ở IgM, IgD và IgE là 12-14% Các đặc tính lý hóa của kháng thể được tóm tắt ở bảng 7.1

Bảng 7.1 Đặc tính lý hóa của các lớp kháng thể ở người

Mỗi lớp kháng thể có chuỗi nặng đặc trưng riêng IgG chứa chuỗi nặng , IgM có chuỗi

μ, IgA có chuỗi α, IgD có δ và IgE có chuỗi ε Sự biến đổi trong cấu trúc chuỗi nặng của mỗi lớp tạo ra các phân lớp khác nhau của kháng thể Ví dụ, IgG của người gồm 4 phân lớp thì tương ứng có 4 loại chuỗi nặng khác nhau Các lớp kháng thể khác nhau có đặc tính khác nhau Chú ý là ở dạng tiết, IgA tồn tại ở dạng dimer (s-IgA) liên quan đến chuỗi protein gọi là thành phần tiết Nồng độ s-IgA trong huyết thanh rất thấp, còn trong dịch tiết đường ruột có thể rất cao

Các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của phân tử Ig chứa những vùng hằng định C (costant regions) và vùng biến đổi V (variable regions)

Chuỗi nhẹ của hầu hết động vật có xương sống gồm hai loại chuỗi là  và  Hilschmann, Craig và các tác giả khác đã chứng minh rằng chuỗi nhẹ gồm hai vùng riêng biệt – vùng biến đổi (VL) và vùng hằng định (CL) Các chuỗi nhẹ chứa vùng biến đổi VL (ở nửa đầu N) từ amino acid

1 đến amino acid 108 và vùng hằng định CL (từ amino acid 109 đến amino acid 214)

Các chuỗi nặng cũng chứa vùng biến đổi (VH) và vùng hằng định (CH) Chiều dài vùng V của chuỗi nặng là khác nhau Vùng V của chuỗi nặng (123 amino acid) có phần lớn ở chuỗi nhẹ (108 amino acid) Chiều dài của vùng V phụ thuộc vào độ dài của các vùng siêu biến hay còn gọi là

vùng xác định bổ sung -CDR (Complementarity determiningregion) Các đoạnCDR, đặc biệt là

CDR3 của IgM có thể rất lớn (Hình 7.6)

Hình 7.6 Trình tự amino acid của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ - xác định vùng biến đổi Kháng thể

gồm chuỗi nặng và chuỗi nhẹ giống nhau từng đôi một Mỗi chuỗi lại được chia thành hai vùng: vùng biến đổi (V) và vùng hằng định (C) Đầu N của chuỗi chứa vùng biến đổi V, trong khi đầu C (carboxyl) chứa vùng hằng định C Vùng V có các đoạn biến đổi tăng cường gọi là đoạn siêu biến hay vùng xác định bổ sung CDR (Complementarity Determining Region) Các số nằm ở phía dưới mũi tên chỉ vị trí các amino acid Vùng CDR của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ tạo ra vị trí liên kết với kháng nguyên Nhiều amino acid được giữ lại giữa các CDR và được gọi là amino acid khung

Trình tự amino acid quyết định cấu trúc bậc 3 của phân tử protein, vì thế trình tự các amino acid của mỗi vùng V tạo ra tính đa dạng về cấu trúc và tính đặc hiệu của kháng thể Sự thay đổi trình tự các amino acid trong vùng V không phải ngẫu nhiên mà được tổ chức một cách chính xác Nó được định vị ở một số đoạn nhất định trong vùng V của một chuỗi, và những đoạn này tạo ra sự biến đổi trong các phân tử protein Sự biến đổi lớn nhất trong chuỗi nhẹ thường xuất

hiện ở các amino acid 30, 55 và 95 Những vùng này được gọi là siêu biến hoặc vùng xác định

bổ sung (CDR) gồm CDR1, CDR2 và CDR3 Mỗi CDR có chiều dài khoảng 10 amino acid (vùng V của chuỗi nặng có 3 CDR gần CDR của chuỗi nhẹ) Trình tự amino acid của CDR hạn chế sự biến đổi của chuỗi này và sự khác biệt về trình tự các amino acid giữa các chuỗi là không nhiều Những phân đoạn bất biến tạo ra amino acid khung, nó chiếm khoảng 85% vùng V Amino acid khung quyết định vị trí CDR Vùng V cuộn lại sao cho CDR nằm trên bề mặt của mỗi chuỗi Khi chuỗi nặng và chuỗi nhẹ liên kết với nhau, CDR của các chuỗi tạo ra một khe – là

vị trí liên kết với kháng nguyên của kháng thể Trình tự amino acid của CDR quyết định hình dạng và đặc tính ion hóa của vị trí liên kết với kháng nguyên, do đó quyết định tính đặc hiệu của kháng thể

Vị trí gắn kháng nguyên của kháng thể

Phần lớn những hiểu biết về cấu trúc Ig là dựa vào các protein myeloma (protein tạo ra bởi các tế bào ung thư, là tế bào tăng sinh đáp ứng lại các kháng nguyên) Các hapten gắn với protein myelom được xác định khi theo dõi các chất khác nhau

Cấu trúc tia X của phức hợp hapten- protein myeloma đã chỉ ra rằng vị trí liên kết kháng nguyên được định vị tại đầu mỗi vùng Fab (ở rãnh giữa VL và VH) Kích thước và hình dáng của rãnh này phụ thuộc vào trình tự các amino acid của VL và VH Thí nghiệm đã chứng minh rằng, phức hợp hapten-kháng thể gần giống như phức hợp enzyme-cơ chất, cả hai phức hợp này đều chứa lực Van der Waals, tương tác kỵ nước, liên kết hydro và liên kết ion

Các mảnh chức năng của kháng thể có thể được tách ra nhờ enzyme phân giải protein

Năm 1959, Porter đã thủy phân IgG của thỏ bằng enzyme papain với sự tham gia của các chất khử cysteine Papain thủy phân liên kết peptide trong phân tử IgG và tạo ra 3 mảnh có khối lượng tương đương nhau (khoảng 50kD) nhưng tích điện khác nhau Hai mảnh Fab giống nhau (ab – antigen binding) có khả năng liên kết với kháng nguyên Mảnh thứ 3 không liên kết với kháng nguyên và kết tinh khi bảo quản lạnh Porter gọi mảnh này là Fc (c-crystallizable) Porter cho rằng tỷ lệ giữa Fab và Fc là 2:1 Edelman đã khẳng định kết quả của Porter bằng phương pháp tách và điện di IgG của người thành hai mảnh nhận diện kháng nguyên khác nhau tương tự như hai mảnh IgG của thỏ (Hình 7.7)

Trong các thí nghiệm tương tự, Alfred Nisonoff sử dụng pepsin, có thể thủy phân nhiều vị trí khác nhau trên phân tử IgG hơn so với papain IgG khi bị thủy phân bởi pepsin tạo ra một mảnh lớn có khối lượng phân tử (100lD) lớn gấp đôi mảnh Fab, và rất nhiều mảnh nhỏ khác nhau Nisonoff gọi mảnh lớn là F(ab`)2 Mảnh này cũng có thể liên kết với kháng nguyên, nhưng không giống như mảnh Fab, nó tạo ra một phản ứng huyết thành có thể nhìn thấy Mảnh F(ab`)2 có cả hai vị trí liên kết với kháng nguyên và có thể được xử lý tiếp để tạo ra hai mảnh giống Fab Papain chia tách phân tử ở một bên, và pepsin thì cắt ở bên kia của liên kết gắn các mảnh Fab với nhau

Hình 7.7 Sự phân mảnh IgG của thỏ bằng papain và pepsin 7.2.2 Chức năng của kháng thể

Chức năng chính của kháng thể là liên kết với kháng nguyên Trong một số trường hợp kháng thể có hiệu quả trực tiếp như trung hòa độc tố vi khuẩn, hoặc ngăn chặn sự bám dính của virus với các tế bào vật chủ Tuy nhiên, sự tương tác giữa kháng thể và kháng nguyên không có ý nghĩa nếu không có các “yếu tố” chức năng thứ cấp (Bảng 7.2) Những yếu tố chức năng thứ cấp này liên quan đến các phần khác nhau của vùng Fc

Bảng 7.2 Một số chức năng thứ cấp của kháng thể người

IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgM IgA1 IgA2 sIgA IgD IgE

Cố định bổ thể

(Con đường cổ điển) ++ + +++ - +++ - - - - -

Truyền qua nhau thai + + + + + - - - - -

Liên kết với receptor trên bề mặt tế bào: Đơn nhân FcγRI ++ - +++ ++ - - - -

FcγRIIa + (+) ++ - - - -

FcγRIIIa + - + - - - -

FcμR - - - - + - - - - -

FcεRII - - - ++

FcαR - - - ++ ++ ++ - -

Bạch cầu trung tính FcγRIIa + - + - - - -

FcγRIIIb + - + - - - -

FcαR - - - ++ ++ ++ - -

Tế bào lớn/bạch cầu ái kiềm FcεRI - - - +++

IgM: là lớp kháng thể đóng vai trò chính trong đáp ứng miễn dịch sơ cấp Xuất hiện chủ yếu

trong máu và liên quan đến các đáp ứng miễn dịch với các kháng nguyên phức tạp, các sinh vật gây bệnh qua đường máu Đây là loại kháng thể đầu tiên được sản sinh ra để chống lại kháng nguyên; được sinh ra sau 2-3 ngày tiếp xúc với kháng nguyên

Khi liên kết với kháng nguyên, IgM trở thành một yếu tố hoạt hóa mạnh bổ thể theo con đường cổ điển Không giống như IgG khi hoạt hóa bổ thể cần hai phân tử ghép vào nhau, chỉ một phân tử IgM có thể hoạt hóa dòng thác bổ thể do cấu trúc nội tại của vùng Fc

IgG: là lớp kháng thể đóng vai trò quan trọng nhất trong đáp ứng miễn dịch thứ cấp, phân bố

đều giữa máu và dịch gian bào IgG được sinh ra sau khi xuất hiện IgM 2-3 ngày

Cơ chế chính của phân lớp IgG1 và IgG3 ở người là hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển IgG3 là một nhóm protein huyết thanh phức tạp liên quan đến việc loại bỏ các tác nhân gây bệnh

và điều hòa các phản ứng viêm IgG2 hoạt hóa bổ thể kém hiệu quả hơn, còn IgG4 hầu như không hoạt động

Ở người các phân tử IgG của tất cả các phân lớp đều đi qua nhau thai và tạo ra miễn dịch thụ động cho trẻ sơ sinh Ở một số loài như lợn, miễn dịch của mẹ chỉ được truyền cho con sau khi sinh Trong trường hợp này, IgG lựa chọn một kênh vận chuyển duy nhất là thông qua một receptor đặc hiệu ở đường tiêu hóa Các phân lớp IgG cũng tương tác với hàng loạt receptor của

Fc và do đó được biểu hiện ở nhiều loại tế bào khác nhau (Bảng 7.2)

IgA: Mặc dù IgA xuất hiện với nồng độ khá lớn trong huyết thanh của người, nhưng dạng

tiết của lớp kháng thể này mới đóng vai trò quan trọng trong đáp ứng miễn dịch IgA cũng chính

là kháng thể có trong sữa và sữa đầu, bảo vệ trẻ em sơ sinh chống lại sự nhiễm khuẩn đường tiêu hóa Dạng tiết của IgA (dạng dimer) được hình thành trong quá trình vận chuyển tích cực phân

tử này qua biểu mô niêm mạc (Hình 7.8)

Trong huyết thanh của người, IgA1 là phân lớp chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 90% tổng IgA), còn trong các dịch tiết như nước bọt, mồ hôi, nước mắt và sữa IgA1 chiếm khoảng 70-90% tổng IgA Tuy nhiên, ở ruột già thì IgA2 lại chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 60%) Một điều đáng quan tâm là rất nhiều vi sinh vật ở đường hô hấp thích nghi với môi trường sống nhờ giải phóng ra enzyme phân giải protein có tác dụng phân giải IgA1

Hình 7.8 Vận chuyển IgA qua biểu mô niêm mạc D ạng dimer của IgA được tiết vào niêm mạc ruột non bởi các tế bào sinh chất khi chúng liên kết với receptor poly-IgA trên bề mặt các tế bào biểu mô của niêm mạc ruột Phức hợp sIgA-receptor sau đó được nhập bào và vận chuyển qua tế bào ở trạng thái liên kết với màng của bọc vận chuyển Khi lớp màng của những bọc này bị phá vỡ ở mặt trong của biểu mô niêm mạc, IgA dạng dimer sẽ được giải phóng, phân tử này có chứa thành phần tiết, thành phần này bắt nguồn từ sự phân tách receptor Sự có mặt của thành phần tiết giúp cho dimer IgA không bị thủy phân bởi các enzyme phân giải protein trong ruột non.

IgD: Chức năng sinh học của lớp này chưa được làm sáng tỏ mặc dù lớp kháng thể này có

thể đóng vai trò trong việc nhận diện kháng nguyên gây ra sự biệt hóa tế bào lympho

IgE: Xuất hiện trong máu với nồng độ thấp, nhưng IgE được đặc trưng bởi khả năng liên kết

chính xác với bạch cầu ái kiềm và các tế bào lớn trong mô do có ái lực cao với thụ thể FcεRI Lớp này cũng nhạy cảm với các tế bào trên bề mặt niêm mạc mũi, kết mạc và niêm mạc phế quản IgE là lớp kháng thể chống lại ký sinh trùng; song ở các nước phát triển, lớp này thường liên quan đến các bệnh như hen suyễn và dị ứng phấn hoa

7.2.3 Sự phát sinh tính đa dạng của kháng thể

Khi không có kháng nguyên kích thích hệ miễn dịch của người có thể sản sinh ra trên

1012 loại kháng thể đặc hiệu khác nhau Kháng thể có bản chất là protein nên được mã hóa bởi các gien khác nhau Sự đa dạng của kháng thể đã đặt ra một câu hỏi về di truyền: làm thể nào để một động vật có thể sản sinh ra kháng thể nhiều hơn các gien có trong bộ gien của chúng? (Ví

dụ, bộ gien của người chỉ có khoảng 50.000 gien) Kết quả nghiên cứu cho thấy các vùng biến đổi trên chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của kháng thể thường tổ hợp ngẫu nhiên với nhau tạo ra các vị trí liên kết với kháng nguyên Giả sử rằng một con vật có 1000 gien mã hóa cho chuỗi nhẹ và

1000 mã hóa cho chuỗi nặng, kết quả sự tổ hợp ngẫu nhiên của các gien này sẽ tạo ra 1000x1000 (106) vị trí liên kết với kháng nguyên (mặc dù, trong thực tế không phải tất cả các chuỗi nhẹ đều

tổ hợp với chuỗi nặng để tạo ra vị trí liên kết với kháng nguyên) Hệ thống miễn dịch của động vật có vú đã phát triển cơ chế di truyền đặc biệt, cho phép cơ thể tạo ra một số lượng gần như

không giới hạn các chuỗi nhẹ và chuỗi nặng khác nhau bằng cách liên kết các đoạn gien với nhau trước khi chúng được sao chép Chim và cá sử dụng rất nhiều cơ chế khác nhau để đa dạng hóa kháng thể; cừu và thỏ cũng sử dụng các cơ chế khác so với người và chuột Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận cơ chế diễn ra trên người và chuột

Gien mã hóa kháng thể được lắp rắp từ các đoạn gien riêng biệt trong quá trình phát triển của tế bào B

Từ những năm 1970, người ta đã biết phân tử DNA được sắp xếp lại trong quá trình phát triển của tế bào B Trên chuột, các nhà sinh học phân tử đã so sánh DNA từ phôi ở giai đoạn sớm

và chưa sản xuất kháng thể với DNA của tế bào ung thư B, các tế bào này sản sinh ra một dòng kháng thể đặc hiệu Trình tự bộ ba mã hóa các vùng biến đổi và vùng hằng định mà các tế bào ung thư sử dụng là trên cùng một đoạn DNA giới hạn, nhưng ở phôi là trên các đoạn DNA giới hạn khác nhau Điều này chứng tỏ các đoạn DNA mã hóa một phân tử kháng thể đã được sắp xếp lại trong một số giai đoạn phát triển của tế bào B (Hình 7.9)

Hình 7.9 Thí nghiệm chứng minh DNA được sắp xếp lại trong quá trình phát triển của tế bào B

Các tế bào ung thư B sinh ra từ một tế bào B duy nhất và do đó tạo ra một loại phân tử kháng thể duy nhất Hai đoạn DNA có hoạt tính phóng xạ sử dụng trong thí nghiệm là đặc hiệu cho các chuỗi DNA mã hóa vùng C và vùng V của chuỗi nhẹ do các tế bào ung thư tạo nên

Mỗi chuỗi của kháng thể (chuỗi nhẹ κ, λ và các chuỗi nặng) có các vùng gien riêng biệt trên các exons và từ đó các chuỗi polypeptide được tổng hợp Các vùng này nằm trên nhiễm sắc thể khác nhau và chứa một lượng lớn đoạn gien mã hóa cho vùng V của kháng thể, trong khi các đoạn gien mã hóa cho vùng C thì ít hơn.Trong quá trình phát triển của tế bào B, một chuỗi mã hóa hoàn chỉnh cho mỗi chuỗi của kháng thể được tổng hợp và lắp rắp bằng cách tái tổ hợp di truyền

xếp lại cũng hoạt hóa quá trình phiên mã từ gien khởi động thông qua sự thay đổi tương đối vị trí các phần tăng cường và ức chế hoạt động trên promoter Do đó, một kháng thể hoàn chỉnh chỉ được tổng hợp sau khi phân tử DNA được sắp xếp lại Như vây, quá trình liên kết các đoạn gien đã tạo ra sự đa dạng các vị trí liên kết với kháng nguyên theo nhiều cách khác nhau

Mỗi vùng biến đổi được mã hóa không chỉ bằng một đoạn gien

Khi trình tự DNA của bộ gien mã hóa vùng C và V lần đầu tiên được phân tích, người ta tìm thấy một khu vực duy nhất mã hóa vùng C của kháng thể, nhưng có hai hoặc nhiều nhiều khu vực trên DNA được lắp ráp lại để mã hóa cho từng vùng V Mỗi vùng V của chuỗi nhẹ được mã hóa bằng một chuỗi DNA lắp rắp từ hai đoạn gien- một đoạn gien V dài và một đoạn ngắn, hoặc với một đoạn gien J Hình 7.10 minh họa cơ chế di truyền trong quá trình sản xuất chuỗi nhẹ κ ở người-chuỗi polypeptide từ một gien mã hóa vùng C và các đoạn gien V, J riêng biệt

Hình 7.10 Quá trình kết hợp giữa đoạn V và J trong sự sản sinh chuỗi nhẹ κ ở người Trên phân tử

DNA “mầm” (nơi các gien mã hóa kháng thể không được biểu hiện vì thế không có sự sắp xếp lại), cụm gồm 5 đoạn gien J được tách biệt với exon của vùng C bằng một đoạn intron ngắn và với 40 đoạn gien V bởi hàng nghìn cặp nucleotide Trong quá trình phát triển của tế bào B, đoạn gien V được chọn ngẫu nhiên (trong trường hợp này là V3) được chuyển đến nằm chính xác bên cạnh một đoạn gien J (trong trường hợp này là J3) Các đoạn gien J “thêm” (J4 và J5) vào trình tự các đoạn intron được phiên mã sau đó bị loại bỏ trong trong quá trình hoàn thiên RNA để tạo các phân tử mRNA trong đó các chuỗi V3, J3 và C được xếp liền nhau Những phân tử m RNA này sau đó đươc dùng để tổng hợp chuỗi nhẹ κ Một đoạn gien J mã hóa đầu C 15 hoặc các amino acid của vùng V, và đoạn nối V-J trùng với vùng siêu biến

thứ ba của chuỗi nhẹ, đây là phần biến đổi nhất của vùng V

Mỗi vùng V của chuỗi nặng được mã hóa bằng một chuỗi DNA được lắp rắp từ ba đoạn gien – đoạn V, J và D Hình 7.11minh họa số lượng và tổ chức các đoạn gien sử dụng để tạo ra các chuỗi nặng ở người

Hình 7.11 Các đoạn gien mã hóa chuỗi nặng của kháng thể ở người Có 51 đoạn V, 27 đoạn

D và 6 đoạn J và một trình tự các cụm gen mã hóa cho vùng C, mỗi cụm mã hóa cho một lớp khác nhau của chuỗi nặng Đoạn D mã hóa cho các animo acid trong vùng siêu biến thứ ba, là phần biến đổi nhất của vùng V Hình ảnh trên không mô tả theo tỷ lệ: tổng chiều dài của gen mã hóa chuỗi nặng là trên 2 megabases và rất nhiều chi tiết bị lược bỏ Ví dụ, mỗi vùng C được mã hóa bởi rất nhiều exons; có 4 cụm gien của exon vùng C γ (Cγ1, Cγ2, Cγ3 , và C γ4 ) và các đoạn gen V H được nhóm lại trên nhiễm sắc thể trong cùng một họ Cơ chế di truyền liên quan đến quá trình sản sinh một chuỗi nặng cũng tương tự như chuỗi nhẹ ngoại trừ việc sắp xếp lại DNA phải diễn ra theo hai bước thay vì một Đầu tiên một đoạn D liên kết

với đọan J, và sau đó đoạn V mới liên kết với đoạn tái tổ hợp DJ

Một số lượng lớn các đoạn gien V, J và D sẵn có để mã hóa cho các kháng thể đã phần nào tạo nên tính đa dạng của kháng thể, nhưng chính sự tổ hợp của các đoạn gien này (đa dạng hóa tổ hợp) mới là nguyên nhân chính tạo nên tính đa dạng của kháng thể Bất kì một đoạn gienV trong nguồn 40 gien mã hóa cho chuỗi nhẹ κ cũng có thể tổ hợp với một trong 5 đoạn gien

J Như vậy có ít nhất 200 (40x5) chuỗi κ khác nhau trong vùng V có thể được mã hóa bởi nguồn gien này Tương tự như vậy một trong 51 đoạn gien V trong nguồn gien mã hóa cho chuỗi nặng của người có thể tổ hợp với một trong 6 đoạn gien J và một trong 27 đoạn gien D để tạo ra ít nhất

8262 (51x6x27) vùng V khác nhau của chuỗi nặng

Sự đa dạng hóa tổ hợp là kết quả của việc lắp ráp các tổ hợp khác nhau của các đoạn gien

V, J và D Đây chính là một cơ chế quan trong tạo nên sự đa dạng cho việc hình thành các vị trí liên kết với kháng nguyên của kháng thể Chỉ bằng cơ chế này, một người có thể tạo ra 287 vùng

VL (200 κ và 116 λ) và 8262 vùng VH khác nhau Về nguyên tắc các tổ hợp này có thể kết hợp với nhau để tạo ra khoảng 2.6 × 106

(316 × 8262) vị trí liên kết với kháng nguyên khác nhau Ngoài ra, cơ chế tổ hợp cũng làm tăng đáng kể số lượng tổ hợp (ước tính khoảng hơn 108

lần) thậm chí nhiều hơn tổng số tế bào B (khoảng 1012) có ở người

Sư tổ hợp không chính xác của các đoạn gien làm tăng tính đa dạng của vùng V

Trong quá trình phát triển của tế bào B, các đoạn gien V và J (mã hóa chuỗi nhẹ) và gien

V, D và J (mã hóa chuỗi nặng) tổ hợp với nhau để mã hóa cho các vùng chức năng VL hoặc VHthông qua con đường tái tổ hợp vị trí đặc biệt được gọi là tổ hợp V(D)J Bảo tồn chuỗi DNA bên của mỗi đoạn gien và đóng vai trò như là các vị trí nhận biết trong quá trình tổ hợp, để đảm bảo

luôn tổ hợp với đoạn J hoặc D mà không tổ hợp với một đoạn V khác Quá trình tổ hợp này được xúc tác bởi một phức hợp enzyme V(D)J recombinase Phức hợp này gồm hai protein, một đặc hiệu cho sự phát triển của các lympho bào và một giúp sửa chữa các DNA bị lỗi trong tất cả các

tế bào

Protein đặc hiệu cho tế bào lympho của enzyme V(D)J recombinase được mã hóa từ hai

gien nằm cạnh nhau có tên gọi là rag-1 và rag-2 (rag = recombination activating genes) Các

protein RAG trình diện sợi kép tách trên chuỗi DNA cạnh và sau đó là quá trình tái tổ hợp được điều tiết bởi protein RAG và các enzyme tham gia vào quá trình sửa chữa sợi DNA xoắn kép

Như vậy, nếu cả hai gien rag được đưa vào nhân tạo trong một nguyên bào sợi, thì nguyên bào

sợi có thể lắp ráp lại các gien này để sản xuất kháng thể, thí nghiệm này tương tự như quá trình sản xuất kháng thể của một tế bào B đang phát triển Hơn nữa, khi các cá thể bị thiếu một trong

số các gienrag hoặc enzyme sửa chữa thì thường mẫn cảm với các bệnh truyền nhiễm do những

cá thể này không có khả năng tạo tổ hợp V(D)J và kết quả là không có các tế bào T và B chức năng(tế bào T sử dụng cơ chế tái tổ hợp tương tự để lắp ráp các đoạn gien mã hóa cho các receptor đặc hiệu tiếp nhận kháng nguyên)

Trong hầu hết các trường hợp tái tổ hợp vị trí đặc biệt, sự tổ hợp DNA là chính xác Tuy nhiên, trong quá trình tổ hợp các đoạn gien mã hóa kháng thể (và receptor của tế bào T), một lượng nucleotide thường bị mất từ phần cuối của các đoạn gien tái tổ hợp và một hoặc nhiều nucleotide ngẫu nhiên được thêm vào Sự mất đi và thêm vào các nucleotide một cách ngẫu nhiên tại các điểm nối được gọi là nối đa dạng hóa, và chính điều này làm tăng tính đa dạng của chuỗi mã hóa cho vùng V, đặc biệt là vùng siêu biến thứ ba theo con đường tái tổ hợp Tuy nhiên, trong nhiều trường hợpnó gây ra một sự thay đổi trong bộ ba mã hóa tạo gien không có chức năng Bởi vì theo cách này thì có 2 trong 3 sắp xếp lại là “không tái sinh”, nhiều tế bào B không bao giờ sản sinh ra kháng thể và kết quả là các tế bào này bị chết trong tủy xương Các tế bào B trong tủy xương sản sinh ra kháng thể và các phân tử kháng thể này liên kết chặt chẽ với kháng nguyên tự thân được kích hoạt để biểu hiện lại protein RAG và trải qua vòng tái sắp xếp V(D)J lần hai, điều này làm thay đổi tính đặc hiệu của kháng thể bề mặt tế bào- quá trình này được gọi là chỉnh sửa receptor Các tế bào B tự phản ứng không thể thay đổi tính đặc hiệu của chúng theo cách này và bị loại bỏ thông qua quá trình chết vô tính

Kháng nguyên gây siêu đột biến sinh dưỡngđịnh hướngđáp ứng kháng thể

Như đã đề cập ở trên, sau khi tiêm phòng một khoảng thời gian nhất định, ái lực của kháng thể sẽ tăng dần để chống lại kháng nguyên đã được tiêm phòng Hiện tượng này được gọi

là tăng cường ái lực; đây là kết quả của sự tích tụ các đột biến điểm trên các chuỗi mã hóa cho cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ Các đột biến xuất hiện rất lâu sau khi các vùng mã hóa được lắp ráp, khi tế bào B bị kích thích bởi kháng nguyên và tế bào T trợ giúp để khởi động các tế bào nhớ ở một nang lympho trong cơ quan lympho ngoại vi Các đột biến xuất hiện với tỷ lệ khoảng 1 lần trên chuỗi mã hóa cho vùng V trong một thế hệ tế bào Do tỷ lệ này lớn hơn tỷ lệ đột biến trên

các gien khoảng 1.000.000 lần, nên quá trình này được gọi là siêu đột biến sinh dưỡng Tuy cơ chế phân tử vẫn chưa được làm sáng tỏ, nhưng nó được cho là liên quan đến một số dạng sửa chữa DNA bị lỗi với mục đích tái sắp xếp lại chuỗi mã hóa cho vùng V bằng cách kết hợp các vùng DNA đặc hiệu bởi tổ hợp V(D)J Chú ý là, cơ chế siêu đột biến đòi hỏi một enzyme của quá trình chỉnh sửa RNA nhưng chức năng của enzyme này vẫn chưa được làm sáng tỏ

Một lượng nhỏ các receptor tiếp nhận kháng nguyên điều khiển bởi vùng siêu biến có thể tăng ái lực với kháng nguyên Chỉ một số tế bào B bộc lộ các receptor có ái lực cao hơn sẽ được kích thích bởi kháng nguyên để sống sót và tăng sinh, còn hầu hết các tế bào B khác bị chết theo chương trình apoptosis Do đó, kết quả tất yếu của sự lặp lại các vòng siêu đột biến sinh dưỡng vàsự nhân lên của các tế bào B nhớ được lựa chọn vô tính và kích thích bởi kháng nguyên Kháng thể có ái lực cao hơn sẽ được tạo ra với một số lượng khổng lồ trong phản ứng miễn dịch

vì vậy tạo ra sự bảo vệ hiệu quả hơn để chống lại tác nhân gây bệnh

Các cơ chế chính tạo nên sự đa dạng của kháng thể được tóm tắt trong hình 7.12

Hình 7.12 Bốn cơ chế chính tạo nên tính đa dạng của kháng thể Ba cơ chế đầu xuất hiện trong quá

trình phát triển tế bào B ở tủy xương (hoặc gan của thai nhi), cơ chế thứ tư xuất hiện khi tế bào B bị kích thích bởi kháng nguyên ngoại lai và các tế bào T hỗ trợ trong các cơ quan lympho ngoại vi để sản xuất tế bào B nhớ

7.3 RECEPTOR CỦA TẾ BÀO T VÀ NHẬN DIỆN KHÁNG NGUYÊN BỞI TẾ BÀO T

Receptor của tế bào T hay TCR là một phân tử được tìm thấy trên bề mặt của tế bào lympho T (tế bào T) làm nhiệm vụ nhận biết kháng nguyên khi liên kết với phức hợp hòa hợp tổ chức chính (MHC) Sự liên kết giữa TCR và kháng nguyên có ái lực tương đối thấp và bị thoái hóa, điều này có nghĩa là nhiều TCR có thể cùng nhận biết một kháng nguyên và nhiều kháng nguyên được nhận biết bởi cùng một TCR