Thứ hai, Ngày 2 / 12 / 2024
Thời tiết
Thời tiết
Đông y
Tây y
- Bỏng
- Bụng
- Tim mạch
- Chấn thương
- Cận lâm sàng
- Cấp cứu thường gặp
- Da liễu
- Dược lý
- Giải phẫu
- Giải phẫu bệnh
- Lao, bệnh phổi
- Miễn dịch
- Máu - Tạo máu
- Mắt
- Ngoại nhi
- Ngực, Mạch máu
- Nội nhi
- Nội Tiết
- Phẫu thuật thực hành
- Sinh Hóa
- Sinh lý
- Sinh lý bệnh
- Sinh lý nhi
- Siêu âm
- Sản, phụ
- Tai Mũi Họng
- Thuốc biệt dược
- Thuốc thành phần
- Thần kinh
- Thận - Tiết niệu
- Tim mạch
- Tiêu Hóa
- Triệu chứng Ngoại
- Triệu chứng Nội
- Truyền Nhiễm
- Tâm thần
- X Quang
- Xương Khớp
- Bệnh chuyển hoá
Đông Tây y kết hợp
Bài viết
Tra Bệnh theo vần
A Ă Â B C D Đ E Ê F G H I J K L M N O Ô Ơ P Q R S T U Ư V W X Y Z
Nhận diện kháng nguyên
NHẬN DIỆN KHÁNG NGUYÊN
Các đáp ứng miễn dịch thích ứng mang tính đặc hiệu với các kháng nguyên đã khởi động chúng. Lý do là vì quá trình hoạt hoá của các tế bào lympho được châm ngòi từ sự nhận diện kháng nguyên. Việc nhận diện đặc hiệu các kháng nguyên được thực hiện nhờ hai loại protein có cấu trúc tương tự nhau trên bề mặt các tế bào lympho đó là các thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên mà bản chất là các phân tử kháng thể trên bề mặt tế bào B (xem chương kháng thể) và các thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên trên bề mặt các tế bào lympho T.
Các thụ thể của các tế bào trong hệ thống miễn dịch cũng giống như trong các hệ thống sinh học khác thực hiện hai chức năng đó là phát hiện ra các kích thích ngoại sinh (các kháng nguyên đối với hệ thống miễn dịch thích ứng) và châm ngòi cho các đáp ứng của các tế bào có các thụ thể ấy. Để nhận diện một số lượng lớn các kháng nguyên khác nhau, các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên phải có khả năng bám vào và phân biệt được giữa vô vàn các cấu trúc hoá học mà thường thì các cấu trúc này lại có liên quan chặt chẽ với nhau. Các thụ thể tế bào dành cho kháng nguyên thường được phân bố dưới dạng các clone, tức là mỗi một clone tế bào lympho có một tính đặc hiệu riêng và có một thụ thể đặc hiệu không giống với thụ thể trên bất kỳ clone nào khác (chú ý là một clone thì bao gồm cả tế bào mẹ và các tế bào con cháu). Tập hợp toàn bộ tính đặc hiệu của các clone tế bào lympho hay còn gọi là mức độ đa dạng về tính đặc hiệu của tế bào lympho (lymphocyte repertoire) là vô cùng phong phú vì hệ thống miễn dịch có rất nhiều clone khác nhau và mỗi clone có một tính đặc hiệu riêng biệt. Mặc dù mỗi clone tế bào lympho B hoặc lympho T nhận diện một kháng nguyên, nhưng về cơ bản thì cách thức các tế bào B và T nhận diện kháng nguyên là giống nhau. Với chức năng kết nối hoạt động nhận diện kháng nguyên với quá trình hoạt hoá các tế bào lympho, các thụ thể dành cho kháng nguyên dẫn truyền các tín hiệu hoá sinh. Về cơ bản thì kiểu dẫn truyền tín hiệu này là giống nhau trong tất cả các tế bào lympho và không liên quan đến tính đặc hiệu kháng nguyên của chúng. Những đặc điểm nhận diện kháng nguyên của tế bào lympho và cấu trúc của các thụ thể dành cho kháng nguyên đặt ra hai câu hỏi.
· Làm thế nào mà các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên lại có thể nhận diện được vô vàn các kháng nguyên khác biệt nhau và dẫn truyền các tín hiệu hoạt hoá khá ổn định cho các tế bào?
· Bằng cách nào mà các tế bào lympho có thể tạo ra các thụ thể có cấu trúc rất khác biệt nhau để dành cho vô số các kháng nguyên khác nhau? Tính đa dạng của quá trình nhận diện kháng nguyên phản ánh sự tồn tại của vô số các thụ thể có cấu trúc khác nhau, nhiều hơn cả số lượng protein mà bộ gene di truyền (dòng gốc) có thể mã hoá. Như vậy phải có các cơ chế đặc biệt nào đó để tạo ra tính đa dạng này.
Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu cấu trúc của thụ thể của các tế bào lympho T và B dành cho kháng nguyên và cách thức các thụ thể này nhận diện kháng nguyên. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu bằng cách nào mà tính đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên có thể được tạo ra trong quá trình chín của các tế bào lympho. Chính tính đa dạng ấy của các thụ thể tạo cho mức độ đa dạng trong tính đặc hiệu của các tế bào lympho chín trở nên lớn hơn. Cuối cùng chúng ta sẽ tìn hiểu quá trình hoạt hoá các tế bào lympho dưới tác động của các kháng nguyên.
Các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
Các thụ thể của các tế bào lympho B và T dành cho kháng nguyên (Hình 9.1) có một số đặc điểm quan trọng liên quan đến chức năng của chúng trong các đáp ứng miễn dịch thích ứng như được liệt kê trong bảng 9.1.
Các thụ thể của các tế bào lympho B và T dành cho kháng nguyên nhận diện các cấu trúc khác nhau về phương diện hoá học. Các tế bào lympho B có khả năng nhận diện về hình dáng hay cấu trúc lập thể của các đại phân tử ở dạng nguyên sơ bao gồm các protein, lipid, carbohydrate, và các acid nucleic cũng như các gốc hoá học đơn giản hoặc các đoạn của các đại phân tử. Ngược lại thì hầu hết các tế bào lympho T lại chỉ có thể nhận diện được các peptide và cũng chỉ khi các peptide này được trình diện cùng với các phân tử hoà hợp mô chủ yếu (phân tử MHC) trên bề mặt các tế bào trình diện kháng nguyên.
Về phương diện cấu trúc, các phân tử thụ thể dành cho kháng nguyên bao gồm các vùng hay còn gọi là các lãnh vực (domain) tham gia vào nhận diện kháng nguyên và những vùng hằng định có vai trò giữ cho cấu trúc ấy ổn định đồng thời cũng tham gia vào một số chức năng khác của các thụ thể này. Vùng biến đổi của các thụ thể này khác nhau giữa các tế bào lympho thuộc các clone khác nhau còn vùng hằng định thì tương đối giống nhau giữa các clone khác nhau. Thành phần có vai trò nhận diện kháng nguyên nằm ở vùng biến đổi (ký hiệu là vùng V – viết tắt của chữ variable). Tuy nhiên, ngay ở trung vùng biến đổi này lại có những vùng đặc biệt biến đổi hay còn gọi là vùng siêu biến, và về phương diện chức năng thì đây mới đích thực là vùng trực tiếp nhận diện kháng nguyên nên còn được gọi là vùng quyết định bổ cứu (complementarity determining region – viết tắt là CDR) do bản chất của tương tác giữa chúng với kháng nguyên là tương tác bổ cứu về hình dạng (tức là hình dạng của thành phần này khớp với hình dạng của thành phần kia). Bằng cách khư trú những thay đổi trong trình tự acide amine vào những vùng nhỏ của thụ thể đã cho phép cùng một lúc tạo ra nhiều kiểu cấu trúc khác nhau để phù hợp với nhiều kháng nguyên có cấu trúc khác nhau xong vẫn duy trì được cấu trúc cơ bản của thụ thể. Ngoài ra, như sẽ được trong những phần sau, có những cơ chế di truyền đặc biệt để tạo ra những biến đổi ở vùng nhận diện kháng nguyên của các thụ thể trong khi chỉ cần một số lượng nhất định gene mã hoá cho hầu hết các polypeptide cấu tạo nên thụ thể.
Hình 9.1: Các phức hợp thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
Bảng 9.1: Đặc điểm của các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
Các thụ thể dành cho kháng nguyên gắn theo kiểu không đồng hoá trị với các phân tử khác có cấu trúc ổn định và các phân tử này có vai trò dẫn truyền các tín hiệu hoạt hoá được phát ra khi các thụ thể nhận diện kháng nguyên vào bên trong tế bào (hình 9.1). Như vậy hai chức năng khác nhau của các thụ thể này (nhận diện kháng nguyên và dẫn truyền tín hiệu) được thực hiện bởi hai bộ phận khác nhau trong cấu trúc của thụ thể. Phần cần phải uyển chuyển để phù hợp cho việc nhận diện các kháng nguyên khác nhau nằm ở chính vùng biến đổi trên phân tử thụ thể còn phần đảm nhiệm nhiệm vụ dẫn truyền tín hiệu nằm ở các protein phụ trợ có cấu trúc hằng định. Tập hợp bao gồm thụ thể dành cho kháng nguyên và các phân tử dẫn truyền tín hiệu trên các tế bào lympho B được gọi là phức hợp thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên. Tập hợp tương tự như vậy trên các tế bào lympho T được gọi là phức hợp thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên. Khi các thụ thể ở cạnh nhau trên cùng một tế bào lympho nhận diện hai hay nhiều phân tử kháng nguyên thì các thụ thể này được được kéo cụm lại với nhau. Hậu quả là hai hay nhiều thụ thể được nối lại với nhau bằng các phân tử kháng nguyên và quá trình này được gọi là liên kết chéo (cross-linking). Khi liên kết chéo được thiết lập sẽ làm cho các phân tử có nhiệm vụ dẫn truyền tín hiệu được kéo gần lại với nhau và các enzyme gắn với các phân tử này ở phía bào tương sẽ xúc tác quá trình phosphoryl hoá các protein khác (gắn thêm gốc phosphate vào các phân tử protein ấy). Quá trình phosphoryl hoá sẽ châm ngòi cho chuỗi các hoạt động dẫn truyền tín hiệu và kết quả cuối cùng là tạo ra hàng loạt những phân tử có chức năng tham gia vào các đáp ứng của của tế bào lympho. Chúng ta sẽ quay lại với các quá trình này trong phần trình bầy về quá trình hoạt hoá các tế bào lympho T và B trong các chương đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào và đáp ứng miễn dịch dịch thể.
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên mà các phân tử MHC trình diện có cấu trúc dị dimer (heterodimer) tức là cấu trúc gồm hai chuỗi khác nhau. Các chuỗi đó có ký hiệu là chuỗi alpha (a) và chuỗi beta (b). Trên mỗi chuỗi này lại có một vùng biến đổi (ký hiệu là vùng V) và một vùng hằng định (ký hiệu là vùng C) (Hình 9.5). Các vùng V và C của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên có cấu trúc tương tự như các vùng V và C của phân tử kháng thể. Trên vùng V của mỗi chuỗi (a hoặc b) có ba vùng siêu biến hay còn gọi là vùng quyết định bổ cứu (cũng được ký hiệu từ CDR1 đến CDR3) trong đó vùng CDR3 là vùng có cấu trúc biến đổi nhiều nhất và cũng là vùng trực tiếp tham gia vào tương tác với kháng nguyên. Cả hai chuỗi a và b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên đều cắm vào màng tế bào. Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên chỉ có trên bề mặt các tế bào chứ không tồn tại dưới dạng chế tiết như kháng thể. Ngoài ra thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên không trải qua các quá trình chuyển lớp hay thuần thục ái lực như kháng thể trong suốt cuộc đời của mỗi tế bào lympho T.
Hình 9.5: Cấu trúc của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên
Cả chuỗi a và b đều đồng thời tham gia vào nhận diện các phân tử MHC và các peptide mà chúng trình diện (Hình 9.6). Một đặc điểm nổi bật được nhận ra khi nghiên cứu cấu trúc tinh thể đồ quang tuyến hình ảnh thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên gắn vào phức hợp peptide-phân tử MHC cho thấy thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên chỉ nhận diện rất ít chỉ từ một đến ba gốc acide amine trên phân tử peptide mà thôi. Người ta cũng thấy rằng ngay cả trên các vi sinh vật có cấu trúc phức tạp thì cũng chỉ có vài đoạn peptide là thực sự được hệ thống miễn dịch nhận diện và các đoạn peptide này được gọi là các quyết định kháng nguyên trội. Điều đó có nghĩa là các tế bào lympho T nhận biết sự khác nhau giữa các vi sinh vật chỉ dựa vào những khác biệt ở một vài acide amine tham gia tạo nên các quyết định kháng nguyên trội mà thôi. Thật ngạc nhiên là tính đặc hiệu cao như vậy của các tế bào lympho T lại chỉ được duy trì dựa trên những khác biệt nho nhỏ như vậy giữa các peptide kháng nguyên.
Hình 9.6: Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên
nhận diện phức hợp peptide-phân tử MHC
Khoảng từ 5 đến 10% tổng số tế bào lympho T trong cơ thể lại có các thụ thể dành cho kháng nguyên không có cấu trúc từ hai chuỗi a và b mà thay vào đó là các chuỗi g và d có cấu trúc tương tự với chúng. Các tế bào này có tính đặc hiệu khác hẳn với các tế bào lympho T thông thường. Các tế bào lympho T có thụ thể cấu trúc từ các chuỗi g và d có thể nhận diện một số kháng nguyên khác nhau có bản chất là protein hoặc không phải protein và các kháng nguyên này thường không được trình diện bởi các phân tử MHC. Các tế bào này chủ yếu có mặt ở các biểu mô. Điều này cho thấy các tế bào lympho T có thụ thể cấu trúc từ các chuỗi g và d nhận diện các vi sinh vật thường gặp ở các bề mặt niêm mạc. Tuy nhiên người ta còn chưa hiểu hết về tính đặc hiệu cũng như chức năng của các tế bào này. Một tiểu quần thể tế bào lympho khác chiếm khoảng dưới 5% tổng số tế bào lympho lại có các dấu ấn của các tế bào giết tự nhiên (tế bào NK) nên được gọi là các tế bào T giết tự nhiên (NK-T cell). Các tế bào T giết tự nhiên thì có thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên cấu trúc từ các chuỗi a và b nhưng chúng có khả năng nhận diện các kháng nguyên có bản chất là glycolipid hoặc không phải là các peptide. Các phân tử này được trình diện bởi các phân tử giống như phân tử MHC và không đa kiểu hình (nonpolymorphic MHC-like molecules). Người ta cũng chưa hiểu hết về chức năng của các tế bào T giết tự nhiên.
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện kháng nguyên nhưng thụ thể này, giống như phân tử kháng thể trên màng tế bào lympho B có vai trò làm thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên, lại không có khả năng dẫn truyền các tín hiệu từ ngoại bào vào trong tế bào lympho T. Gắn vào thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên là một phức hợp các protein bao gồm phân tử CD3 và chuỗi z, ba thành tố này tạo nên phức hợp thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên (hình 9.1). Các chuỗi CD3 và z có nhiệm vụ dẫn truyền một số tín hiệu được tạo ra khi thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện kháng nguyên. Ngoài ra quá trình hoạt hoá tế bào T cần có sự tham gia của các phân tử đồng thụ thể là CD4 hoặc CD8 có nhiệm vụ nhận diện các phần không đa kiểu hình trên các phân tử MHC. Chức năng của các protein gắn với thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên này sẽ được trình bầy chi tiết trong chương 5.
Các thụ thể của tế bào B và T dành cho kháng nguyên có một số đặc điểm giống nhau nhưng cũng có một số đặc điểm quan trọng khác nhau như được trình bầy trong bảng 9.7. Các kháng thể là thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên có khả năng gắn với nhiều loại kháng nguyên khác nhau hơn với ái lực cao hơn. Đây là lý do tại sao kháng thể có khả năng bám vào và trung hoà được nhiều vi sinh vật và độc tố khi những thành phần này chỉ xuất hiện với nồng độ thấp trong máu. Ái lực của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên thì lại thấp và thì thế tương tác giữa các tế bào lympho T với các tế bào trình diện kháng nguyên phải được tăng cường bởi các phân tử được gọi là phân tử phụ trợ (accessory molecule) (xem chương đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào).
Bảng 9.7: Đặc điểm của các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
Sự phát triển độ phong phú về tính đặc hiệu miễn dịch
Chúng ta đã biết cấu trúc của các thụ thể của tế bào T và B dành cho kháng nguyên. Chúng ta cũng đã biết cách thức các thụ thể này nhận diện kháng nguyên. Câu hỏi tiếp theo là làm thế nào mà có được các thụ thể cấu trúc vô cùng đa dạng đến như vậy? Theo thuyết lựa chọn clone thì có rất nhiều clone tế bào lympho, mỗi clone có một tính đặc hiệu riêng. Dự kiến có khoảng môt tỉ clone khác nhau và các clone này có ngay từ trước khi chúng tiếp xúc với kháng nguyên. Nếu mỗi một thụ thể được mã hoá bởi một gene thì cần phải dành phần lớn bộ gene của cơ thể chỉ để mã hoá cho các thụ thể tế bào dành cho kháng nguyên mà thôi. Điều này là hết sức vô lý. Trên thực tế hệ thống miễn dịch đã phát triển các cơ chế để tạo ra các tế bào lympho B và T có tính đặc hiệu vô cùng phong phú. Việc tạo ra các thụ thể khác nhau ấy cuối cùng gắn liền với quá trình chín của các tế bào lympho. Phần còn lại của chương này chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức hình thành các tế bào lympho B và T chín với các thụ thể trên bề mặt của chúng vô cùng đa dạng.
Quá trình chín của các tế bàolympho
Quá trình chín của các tế bào lympho từ các tế bào gốc ở tuỷ xương bao gồm ba quá trình: các tế bào non tăng sinh, biểu hiện các gene mã hoá thụ thể dành cho kháng nguyên, chọn lọc các tế bào lympho có các thụ thể dành cho kháng nguyên hữu ích (Hình 9.8). Các sự kiện này diễn ra giống nhau ở cả tế bào T và tế bào B, mặc dù các tế bào B thì chín ở trong tuỷ xương còn các tế bào T thì lại chín ở trong tuyến ức. Mỗi quá trình trong ba quá trình trên đều có một vai trò đặc biệt trong việc tạo ra độ phong phú trong tính đặc hiệu của các tế bào lympho.
Hình 9.8: Các bước trong quá trình chín của các tế bào lympho
Trong quá trình chín, các tế bào lympho non tăng sinh mạnh mẽ ở một vài giai đoạn của quá trình này. Sự tăng sinh của các tế bào lympho đang trong giai đoạn phát triển nhằm đạt đến số lượng tối đa các tế bào lympho có thể biểu lộ các thụ thể hữu ích dành cho kháng nguyên và để chín thành các tế bào lympho có thẩm quyền thực hiện các chức năng của tế bào lympho. Quá trình tăng sinh của các tế bào tiền thân dòng lympho ở gai đoạn sớm nhất được kích thích chủ yếu bởi yếu tố tăng trưởng IL-7. Yếu tố này do các tế bào thân ở trong tuỷ xương và trong tuyến ức tạo ra. IL-7 kích thích các tế bào tiền thân của tế bào B và tế bào tiền thân của tế bào T tăng sinh trước khi chúng bộ lộ các thụ thể dành cho kháng nguyên, nhờ đó tạo ra được số lượng lớn hỗn hợp các tế bào và trong đó các thụ thể dành cho kháng nguyên khác nhau đã có thể được tạo ra. Sau khi các protein là thụ thể dành cho kháng nguyên đã được tạo ra thì các thụ thể này sẽ đảm đương nhiệm vụ dẫn truyền tín hiệu biệt hoá để bảo đảm rằng chỉ có các clone tế bào có các thụ thể có cấu trúc nguyên vẹn mới được nhân lên.
Các thụ thể dành cho kháng nguyên được tạo ra từ một số mảnh gene riêng rẽ ở trong các gene dòng gốc và các gene này tái tổ hợp với nhau trong quá trình chín của các tế bào lympho. Tính đa dạng được tạo ra trong quá trình tái tổ hợp này chủ yếu là do thay đổi trình tự các nucleotide tại vị trí tái tổ hợp. Sự biểu lộ đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên là sự kiện trung tâm của quá trình chín của các tế bào lympho sẽ được trình bầy trong phần tiếp theo.
Các tế bào lympho đang chín được chọn lọc ở một số giai đoạn trong quá trình chín của chúng để giữ cho các tế bào này có tính đặc hiệu có ích. Việc chọn lọc dựa vào sự biểu lộ của các thành phần của các thụ thể dành cho kháng nguyên hoàn chỉnh và những gì mà những thụ thể này nhận diện. Các tế bào tiền lympho không có khả năng bộc lộ các thụ thể dành cho kháng nguyên sẽ chết theo phương thức chết tế bào theo chương trình (hay apoptosis) (xem hình 9.8). Các tế bào T chưa chín được chọn lọc để nhận diện các phân tử MHC của cơ thể. Quá trình này được gọi là chọn lọc dương tính (positive selection). Sau khi chúng đã chín, các tế bào T này cần phải nhận diện chính các phân tử MHC để được hoạt hoá. Về căn bản quá trình chọn lọc dương tính là các thụ thể dành cho kháng nguyên trên các tế bào lympho đang trong giai đoạn phát triển nhận diện các phân tử MHC trong tuyến ức và truyền đạt tín hiệu để cho tế bào tồn tại và tăng sinh. Điều này bảo đảm cho chỉ có các tế bào có các thụ thể dành cho kháng nguyên (các phân tử MHC của bản thân) chính xác mới hoàn thành được quá trình chín của chúng. Các tế bào lympho B và T chưa chín cũng được chọn lọc dựa trên khả năng nhận diện với ái lực cao các kháng nguyên của chính cơ thể tương ứng có mặt trong tuỷ xương và tuyến ức. Quá trình này được gọi là chọn lọc âm tính (negative selection). Mục đích của quá trình này là nhằm loại bỏ các tế bào lympho có tiềm năng gây nguy hiểm cho cơ thể vì các tế bào này có thể phản ứng chống lại chính các kháng nguyên của bản thân cơ thể mà các kháng nguyên này thì lại có ở khắp mọi nơi trong cơ thể kể cả trong các cơ quan lympho trung ương.
Sẽ dễ hiểu hơn các quá trình chín chọn lọc của các tế bào lympho B và T nếu chúng ta nghiên cứu riêng rẽ từng loại tế bào. Tuy nhiên trước tiên chúng ta hãy xem xét đến sự kiện trung tâm của quá trình và sự kiện này diễn ra giống nhau đối với cả hai dòng tế bào đó là sự tái tổ hợp và biểu hiện của các gene mã hoá các thụ thể dành cho kháng nguyên.
Sự tạo thành tính đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên
Sự biểu lộ của các thụ thể của các tế bào T và B dành cho kháng nguyên được bắt đầu bằng việc tái tổ hợp thân của các mảnh gene mã hoá cho các vùng biến đổi của các thụ thể, và tính đa dạng của các thụ thể được tạo ra ngay chính trong quá trình này. Các tế bào gốc tạo máu ở tuỷ xương và các tế bào tiền thân dòng lympho ở giai đoạn sớm có chứa các gene mã hoá kháng thể và thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên ở trong các cấu hình di truyền hay dòng gốc (germline). Trong dạng cấu hình này thì ở mỗi locus trong số các locus mã hoá cho các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của kháng thể và các locus mã hoá cho các chuỗi a và chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên đều có chứa nhiều gene mã hoá cho vùng biến đổi (vùng V) (có thể tới hàng trăn gene) và một hoặc vài gene mã hoá cho vùng hằng định (vùng C) (Hình 9.9). Xen giữa các gene vùng V và gene vùng C là một vài mảnh nhỏ các nucleotide được gọi là các mảnh gene J (joining) và D (diversity). (Tất cả các locus gene mã hoá thụ thể dành cho kháng nguyên đều có chứa các gene V, J và C nhưng chỉ có các locus mã hoá chuỗi nặng của kháng thể và chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên là có chứa thêm các mảnh của gene D). Khi một tế bào tiền thân dòng lympho hướng phát triển thành một tế bào lympho B thì sẽ xẩy ra hiện tượng tái tổ hợp một mảnh gene VH của kháng thể với một mảnh gene D và một mảnh gene J. Các mảnh này được tổ hợp lại với nhau một cách ngẫu nhiên (Hình 9.10). Vì thế tế bào đã hướng phát triển thành tế bào B nhưng hãy còn là tế bào B non lúc này sẽ có một gene tái tổ hợp V-D-J nằm trong locus mã hoá chuỗi nặng của kháng thể. Gene này được phiên mã; và ở trong ARN sơ cấp, phức hợp V-D-J được dịch chuyển và nối vào ARN thứ nhất của vùng C chịu trách nhiệm mã hoá chuỗi m để tạo thành ARN thông tin mã hoá cho toàn bộ chuỗi m. ARN thông tin mã hoá cho chuỗi m này được dịch mã để tạo ra chuỗi nặng m, đây là protein kháng thể đầu tiên được tổng hợp trong quá trình chín của tế bào B. Một quá trình tái tổ hợp ADN và chuyển dịch đoạn ARN cũng diễn ra với cách thức tương tự để tạo ra một chuỗi nhẹ ở trong các tế bào lympho B và các chuỗi a và b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên ở trong các tế bào lympho T.
Hình 9.9: Các locus gene mã hoá thụ thể dành cho kháng nguyên ở dòng gốc
Sự tái tổ hợp thân của các mảnh gene V với J hoặc các mảnh gen V, D và J với nhau được thực hiện bởi một tập hợp các enzyme có tên gọi là V(D)J recombinase. Thành phần đặc hiệu với các tế bào lympho của enzyme V(D)J recombinase bao gồm các protein được mã hoá bởi các gene hoạt hoá recombinase (recombinase-activating gene) có ký hiệu là (RAG)-1 và (RAG)-2. Thành phần này nhận diện các đoạn ADN nằm bên cạnh các mảnh gene V, D và J của thụ thể dành cho kháng nguyên. Kết quả của quá trình nhận diện này là enzyme recobinase đem các mảnh V, D và J lại gần nhau. Sau đó các enzyme exonuclease sẽ cắt ở đầu của các mảnh gene này. Các mảnh ADN vừa bị cắt này sẽ được nối lại với nhau nhờ các enzyme ligase để tạo ra gene V-J hoặc gene V-D-J tái tổ hợp có chiều dài hoàn chỉnh (Hình 9.10). Thành phần đặc hiệu với các tế bào lympho của enzyme V(D)J recombinase chỉ có ở các tế bào lympho B và T non. Mặc dù chính các enzyme này có thể tái tổ hợp tất cả các gene mã hoá kháng thể và thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhưng các mảnh gene nguyên vẹn mã hoá các chuỗi nặng (chuỗi H) và chuỗi nhẹ (chuỗi L) của kháng thể lại chỉ có ở các tế bào B. Tương tự như vậy, các gene nguyên vẹn mã hoá các chuỗi a và b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên lại chỉ có ở các tế bào T. Cho đến nay người ta còn chưa rõ các cơ chế liên quan đến việc bộc lộ các thụ thể có tính đặc hiệu theo từng dòng tế bào T hay B như vậy.
Hình 9.10: Tái tổ hợp và biểu lộ các gene mã hoá kháng thể
Tính đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên được tạo ra do các clone tế bào khác nhau sử dụng các tổ hợp các mảnh gene V, D và J khác nhau (điều này được gọi là sự đa dạng nhờ tổ hợp – combinatorial diversity). Sự đa dạng này còn phong phú hơn nữa do những biến đổi các đoạn nucleotide ở những chỗ tiếp nối giữa các mảnh gene V, (D), và J (được gọi là đa dạng nhờ tiếp nối – junctional diversity) (Hình 9.11). Mức độ đa dạng nhờ tổ hợp bị giới hạn bởi số lượng các mảnh gene V, D và J sẵn có để có thể tổ hợp với nhau còn độ đa dạng nhờ các biến đổi ở vị trí tiếp nối giữa các mảnh gene này với nhau thì gần như không có giới hạn. Tính đa dạng nhờ tiếp nối được tạo ra do hai loại biến đổi đoạn, cả hai kiểu biến đổi đoạn này đều tạo ra được nhiều đoạn gene khác nhau hơn là số đoạn gene có ở trong các gene dòng gốc. Thứ nhất, các enzyme exonuclease có thể loại bỏ các nucleotide ra khỏi các mảnh gene V, D và J tại thời điểm tái tổ hợp, và nếu các đoạn tái tổ hợp thu được không chứa các đơn vị mã kết thúc (stop codon) hoặc đơn vị mã vô nghĩa (nonsene codon) thì rất nhiều đoạn gene khác nhau và các đoạn gene mới có thể được tạo ra. Thứ hai là có một enzyme có tên terminal deoxynucleotidyl transferase - viết tắt là TdT) có chức năng lấy những nucleotide không phải của các gene dòng gốc và lắp ngẫu nhiên các nucelotide này vào các vị trí trong tái tổ hợp V(D)J để tạo thành các vùng được gọi là vùng N (N-region). Ngoài ra, trong một giai đoạn trung gian của quá trình tái tổ hợp V(D)J các đoạn ADN “tàn dư” (overhanging DNA) cũng có thể được tạo ra và các đoạn này sau đó được thay thế bởi các “P-nucleotide” sẽ còn tạo ra nhiều biến đổi hơn nữa tại các vị trí tái tổ hợp. Kết quả của các biến đổi đa dạng ở những chỗ tiếp nối này là tạo cho đoạn nucleotide ở vị trí tiếp nối của tái tổ hợp V(D)J mã hoá mỗi kháng thể hoặc thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên khác hẳn với đoạn nucleotide ở vị trí tiếp nối của tái tổ hợp V(D)J mã hoá các kháng thể hoặc thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên khác. Chính đoạn tiếp nối này mã hoá cho các acid amine của vùng quyết định bổ cứu thứ ba (vùng CDR3), là vùng có mức độ biến đổi lớn nhất trong số các vùng quyết định bổ cứu và cũng là vùng có vai trò quan trọng nhất đối với việc nhận diện kháng nguyên. Vì thế sự đa đạng nhờ tiếp nối đã tạo ra tính biến đổi lớn nhất tại những vùng gắn kháng nguyên của các phân tử kháng thể hoặc các thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên. Trong quá trình tạo ra sự đa dạng ở chỗ tiếp nối, rất nhiều gene được tạo ra mà không mã hoá cho một protein nào cả, các gene này là các gene vô dụng. Đây là cái giá mà hệ thống miễn dịch phải trả nhằm tạo ra được sự đa dạng kỳ diệu trong tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch. Nguy cơ tạo ra những gene không có chức năng nào cả cũng là lý do tại sao quá trình chín của các tế bào lympho cần phải trải qua các điểm kiểm soát mà tại đó chỉ có các tế bào có tác thụ thể hữu ích mới được chọn lọc để cho phép tồn tại.
Hình 9.11: Các cơ chế tạo nên tính đa dạng của thụ thể dành cho kháng nguyên
Quá trình chín và chọn lọc của các tế bàolympho B
Quá trình chín của các tế bào lympho B diễn ra chủ yếu ở trong tuỷ xương (Hình 9.12). Các tế bào gốc đa tiềm năng hướng biệt hoá thành các tế bào dòng B tăng sinh dưới tác dụng của IL-7 làm tăng số lượng các tế bào tiền thân dòng B được gọi là các tế bào hướng dòng B (pro-B cell). Bước tiếp theo của quá trình chín là các tế bào tiền B (pre-B cell), các gene mã hoá kháng thể ở locus chuỗi nặng trên một nhiễm sắc thể tái tổ hợp với nhau làm tăng số lượng các protein của chuỗi nặng m. Hầu hết protein này nằm ở trong bào tương và dấu hiệu có các protein chuỗi m ở trong bào tương là dấu hiệu đặc trưng của các tế bào tiền B. Một số protein chuỗi m này đã được biểu lộ ra bề mặt tế bào cùng với hai protein cố định khác tương tự như các chuỗi nhẹ tạo nên phức hợp thụ thể của tế bào tiền B. Người ta chưa rõ thụ thể của tế bào tiền B này có nhận diện cái gì hay không và nếu nhận diện thì nhận diện cái gì hay chỉ đơn giản là việc các phân tử này kết hợp lại với nhau sẽ chuyển các tín hiệu thúc đẩy khả năng tồn tại và tăng sinh của các tế bào có các thụ thể này. Đây là điểm kiểm soát đầu tiên trong quá trình phát triển của các tế bào B. Điểm này chọn lọc và nhân rộng số lượng tất cả các các tế bào tiền B có chuỗi nặng m có chức năng. Nếu chuỗi m không được tạo ra có thể do tái tổ hợp sai gene mã hoá chuỗi m thì tế bào sẽ không được lựa chọn và chúng sẽ chết theo cơ chế chết tế bào theo chương trình.
Hình 9.12: Các bước trong quá trình chín và chọn lọc của các tế bào lympho B
Protein m và phức hợp thụ thể của tế bào tiền B phát tín hiệu cho hai quá trình khác. Một quá trình là dập tắt quá trình tái tổ hợp mã hoá chuỗi nặng của kháng thể ở trên nhiễm sắc thể thứ 2, vì thế mỗi tế bào B chỉ có thể bộc lộ các kháng thể có nguồn gốc từ một trong hai allele di truyền từ bố mẹ. Quá trình này được gọi là loại trừ allele (allelic exclusion) và điều này bảo đảm cho mỗi tế bào chỉ biểu lộ các thụ thể có cùng một tính đặc hiệu mà thôi. Một tín hiệu thứ hai châm ngòi cho sự tái tổ hợp ở locus mã hoá chuỗi nhẹ của kháng thể, đầu tiên là chuỗi k sau đó là chuỗi l. Bất kỳ chuỗi nhẹ nào được tạo ra mà có chức năng thì đều sẽ gắn vào chuỗi m để tạo thành một thụ thể dành cho kháng nguyên có cấu trúc đầy đủ và có bản chất là IgM trên màng tế bào. Thụ thể này sau đó lại dẫn truyền các tín hiệu thúc đẩy tế bào tồn tại và tăng sinh, và như vậy đã duy trì và nhân rộng số lượng các tế bào biểu lộ các thụ thể dành cho kháng nguyên có cấu trúc hoàn chỉnh (đây là điểm kiểm soát thứ hai trong quá trình chín của tế bào lympho B). Các tín hiệu từ thụ thể dành cho kháng nguyên dập tắt quá trình sản xuất ra enzyme recombinase cũng như dừng không cho tái tổ hợp thêm nữa tại các locus chuỗi nhẹ không tái tổ hợp. Kết quả là mỗi tế bào B chỉ tạo ra hoặc là chuỗi nhẹ k hoặc là chuỗi nhẹ l từ một trong hai allele di truyền từ bố mẹ. Sự tồn tại của hai tập hợp gene chuỗi nhẹ chỉ đơn giản là làm tăng cơ hội thực hiện thành công việc tái tổ hợp gene và biểu lộ của thụ thể. Các tế bào B có IgM trên bề mặt được gọi là các tế bào B non (immature B cell). Tế bào này sẽ tiếp tục chín thêm ở trong tuỷ xương hoặc sau khi đã rời tuỷ xương vào các mô lympho ngoại vi. Bước chín cuối cùng liên quan đến việc đồng biểu lộ các phân tử IgM và IgD trên bề mặt tế bào. Điều này diễn ra là do ARN tái tổ hợp V(D)J mã hoá chuỗi nặng có thể kết nối vào với ARN mã hoá Cm hoặc ARN mã hoá Cd làm tăng số lượng tương ứng các ARN thông tin mã hoá chuỗi m hoặc chuỗi d. Người ta thấy rằng khả năng các tế bào B đáp ứng với các kháng nguyên tăng lên khi có sự đồng biểu lộ IgM và IgD trên màng của chúng, nhưng tại sao lại cần phải có cả hai loại thụ thể này thì chưa rõ. Các tế bào B có cả IgM và IgD trên màng của chúng thì được gọi là các tế bào B chín (mature B cell) và tế bào này có khả năng đáp ứng với các kháng nguyên ở trong các mô lympho ngoại vi.
Mức độ đa dạng trong tính đặc hiệu của các tế bào B còn được chỉnh sửa thêm bằng quá trình chọn lọc âm tính. Theo quá trình này, nếu tế bào B non gắn với ái lực cao vào các kháng nguyên ở trong tuỷ xương thì tế bào sẽ bị chặn lại không cho chín thêm nữa. Tế bào B này có thể chết theo chương trình hoặc có thể tái hoạt hoá enzyme recombinase để tạo ra một chuỗi nhẹ thứ hai và thay đổi tính đặc hiệu của thụ thể dành cho kháng nguyên (quá trình này được gọi là biên tập lại thụ thể - receptor editing). Hầu hết các kháng nguyên thường thấy trong tuỷ xương là các kháng nguyên của bản thân cơ thể và chúng có mặt với số lượng lớn ở khắp mọi nơi trên cơ thể ví dụ như các protein trong máu, các phân tử giống nhau có trên màng của nhiều loại tế bào. Vì thế, quá trình chọn lọc âm tính đã loại đi các tế bào tiềm ẩn nguy cơ nhận diện và phản ứng chống lại chính các kháng nguyên của bản thân có ở mọi nơi trên cơ thể.
Quá trình tái tổ hợp các gene mã hoá kháng thể là quá trình ngẫu nhiên và không có tính thiên vị theo di truyền về phía nhận diện các vi sinh vật. Thực ra các thụ thể này được tạo ra có khả năng nhận diện các kháng nguyên của rất nhiều loại vi sinh vật khác nhau mà hệ thống miễn dịch phải chống lại chúng. Dường như sự đa dạng trong tính đặc hiệu của các tế bào B được tạo ra một cách ngẫu nhiên rồi sau đó được chọn lọc dương tính để biểu lộ các thụ thể nguyên vẹn và chọn lọc âm tính để loại bỏ các tế bào có khả năng nhận diện mạnh các kháng nguyên của cơ thể. Những gì còn lại sau các quá trình chọn lọc này là một tập hợp các tế bào lympho B chín có khả năng nhận diện tất cả các kháng nguyên của vi sinh vật mà mỗi cá thể có thể phải tiếp xúc với chúng.
Quá trình chín và chọn lọc của các tế bàolympho T
Quá trình chín của các tế bào lympho T có một số đặc điểm riêng biệt, chủ yếu liên quan đến tính đặc hiệu của các tiểu quần thể tế bào lympho T đối với các peptide được trình diện bởi các phân tử MHC thuộc các lớp khác nhau. Các tế bào tiền thân dòng T di chuyển từ tuỷ xương vào tuyến ức, toàn bộ quá trình chín của tế bào lympho T sẽ diễn ra tại đây (Hình 9.13). Các tế bào tiền thân non nhất là các tế bào hướng dòng T (pro-T cell) hay còn gọi là các tế bào T lưỡng âm tính (double-negative T cell) do các tế bào này không có cả phân tử CD4 lẫn phân tử CD8. Các tế bào tăng sinh về số lượng chủ yếu dưới tác động của IL-7 do tuyến ức sản xuất. Một số tế bào tiền thân của tế bào lưỡng âm tính này sẽ thực hiện quá trình tái tổ hợp các gene mã hoá chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên do enzyme V(D)J recombinase thực hiện. (Các tế bào T có thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên cấu trúc bởi hai chuỗi g và d cũng diễn ra cùng quá trình tái tổ hợp tương tự trong các locus mã hoá các chuỗi g và d này. Tuy nhiên có vẻ như các tế bào này là một dòng tế bào riêng biệt nên sẽ không đề cập đến ở phân tiếp theo). Nếu các protein của chuỗi b được tổng hợp thì nó sẽ được biểu lộ ra bề mặt tế bào cùng với một phân tử protein có tên là pre-Ta để tạo nên phức hợp thụ thể của tế bào tiền T. Nếu tế bào hướng dòng T không tổng hợp được đầy đủ chuỗi b thì tế bào sẽ chết. Khi phức hợp thụ thể của tế bào tiền T được lắp ráp xong, hoặc khi nó nhận diện một phối tử nào đó mà người ta chưa rõ, thì phức hợp thụ thể này sẽ truyền các tín hiệu vào bên trong tế bào. Các tín hiệu từ phức hợp thụ thể này thúc đẩy tế bào tồn tại và tăng sinh cùng các quá trình diễn ra sau đó như loại trừ allele ở locus mã hoá chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, tái tổ hợp gene mã hoá chuỗi a của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, rất giống với các tín hiệu từ thụ thể của tế bào tiền B trong quá trình phát triển của các tế bào B. Các tế bào không tạo ra được chuỗi a và thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên có cấu trúc hoàn chỉnh sẽ chết. Các tế bào sống sót là các tế bào bộc lộ cả hai phân tử là CD4 và CD8 và các tế bào này được gọi là các tế bào T lưỡng dương tính (double-positive T cell) (các tế bào này còn được gọi là các tế bào tuyến ức lưỡng dương tính, double-positive themocyte vì chúng chỉ có ở tuyến ức). Các clone tế bào T lưỡng dương tính bộc lộ các thụ thể của tế bào T có cấu trúc là các chuỗi a bà b dành cho các kháng nguyên khác nhau. Nếu thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên của một tế bào T nhận diện một phân tử MHC ở trong tuyến ức trình diện một peptide của cơ thể thì tế bào T đó sẽ được lựa chọn cho tồn tại. Tế bào T không nhận diện được phân tử MHC như vậy trong tuyến ức thì tế bào T đó sẽ chết theo quá trình chết tế bào theo chương trình vì chúng là các tế bào vô ích, do không có khả năng nhận diện được các kháng nguyên mà các phân tử MHC của chính cơ thể đó trình diện. Như vậy quá trình này đã giữ lại các tế bào T có ích là tế bào biết nhận diện kháng nguyên do phân tử MHC trình diện và do vậy được gọi là quá trình chọn lọc dương tính. Trong quá trình này các tế bào T nào có thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện phức hợp peptide-phân tử MHC lớp I sẽ giữ lại phân tử CD8 là đồng thụ thể của phân tử MHC lớp I còn phân tử CD4 sẽ bị loại bỏ. Ngược lại thì các tế bào T nào nhận diện phức hợp peptide-phân tử MHC lớp II sẽ giữ lại phân tử CD4 là đồng thụ thể của phân tử MHC lớp II còn phân tử CD8 sẽ bị loại bỏ. Bằng cách đó đã tạo ra các tế bào T đơn dương tính (single-positive T cell) là các tế bào chỉ có phân tử CD8 hoặc phân tử CD4 và có khả năng nhận diện tương ứng các kháng nguyên do các phân tử MHC lớp I hoặc lớp II trình diện. Trong quá trình này thì chức năng của các tế bào T cũng đã trở nên tách biệt. Các tế bào TCD8+ khi được hoạt hoá thì có khả năng trở thành tế bào lympho T gây độc còn tế bào TCD4+ thì trở thành các tế bào T hỗ trợ. Tuy nhiên người ta vẫn chưa rõ bằng cách nào mà việc xuất hiện đồng thụ thể lại có thể làm cho tế bào có các chức năng khác biệt như vậy.
Các tế bào T non lưỡng dương tính có các thụ thể nhận diện mạnh mẽ các phức hợp peptide-phân tử MHC ở trong tuyến ức sẽ bị chết do chết tế bào theo chương trình và quá trình này được gọi là chọn lọc âm tính. Quá trình chọn lọc âm tính có vai trò loại bỏ các tế bào lympho T có thể phản ứng theo lối bất lợi chống lại các protein của chính cơ thể có trong tuyến ức mà cũng chính các protein này cũng lại có mặt ở khắp mọi nơi trong cơ thể. Điều ngạc nhiên là cả quá trình chọn lọc dương tính lẫn chọn lọc âm tính đều lấy việc nhận diện các phức hợp peptide-phân tử MHC của cơ thể là cơ sở tuyển chọn và đều diễn ra trong tuyến ức. (Lưu ý là tuyến ức chỉ có thể chứa các phân tử MHC và các peptide của cơ thể còn các peptide của vi sinh vật thì có xu hướng được tập trung ở các cơ quan lympho ngoại vi chứ không được đưa đến tuyến ức). Một cách lý giải khả dĩ cho các kết quả khác nhau này đó là nếu một thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện một phức hợp peptide-phân tử MHC của chính cơ thể với háo tính (avidity) thấp thì tế bào sẽ được chọn lọc dương tính còn nếu nhận diện với háo tính cao thì tế bào sẽ bị chọn lọc âm tính. Nhận diện với háo tính cao xẩy ra nếu như peptide ấy của cơ thể có nồng độ cao trong tuyến ức (và vì thế cũng có nồng độ cao ở khắp cơ thể) đồng thời tế bào T có thụ thể có ái lực cao với peptide đó. Đó là các tình huống mà việc nhận diện kháng nguyên có thể tạo ra các đáp ứng miễn dịch nguy hiểm chống lại các kháng nguyên của bản thân cơ thể và do vậy tế bào T đó cần phải bị loại bỏ. Việc nhận diện với háo tính thấp các peptide của cơ thể có vẻ như vô hại. Giống như trong trường hợp các tế bào B, khả năng nhận diện các kháng nguyên lạ tuỳ thuộc vào từng tình huống nhất định. Các tế bào T khi ở trong tuyến ức thì nhận diện yếu các kháng nguyên của cơ thể nhưng khi ra ngoại vi thì lại có thể nhận diện và đáp ứng rất mạnh đối với các kháng nguyên của vi sinh vật từ ngoài xâm nhập vào cơ thể.
Hình 9.13: Các bước trong quá trình chín và chọn lọc các tế bào lympho T bị giới hạn bởi các phân tử MHC
Các thụ thể của các tế bào trong hệ thống miễn dịch cũng giống như trong các hệ thống sinh học khác thực hiện hai chức năng đó là phát hiện ra các kích thích ngoại sinh (các kháng nguyên đối với hệ thống miễn dịch thích ứng) và châm ngòi cho các đáp ứng của các tế bào có các thụ thể ấy. Để nhận diện một số lượng lớn các kháng nguyên khác nhau, các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên phải có khả năng bám vào và phân biệt được giữa vô vàn các cấu trúc hoá học mà thường thì các cấu trúc này lại có liên quan chặt chẽ với nhau. Các thụ thể tế bào dành cho kháng nguyên thường được phân bố dưới dạng các clone, tức là mỗi một clone tế bào lympho có một tính đặc hiệu riêng và có một thụ thể đặc hiệu không giống với thụ thể trên bất kỳ clone nào khác (chú ý là một clone thì bao gồm cả tế bào mẹ và các tế bào con cháu). Tập hợp toàn bộ tính đặc hiệu của các clone tế bào lympho hay còn gọi là mức độ đa dạng về tính đặc hiệu của tế bào lympho (lymphocyte repertoire) là vô cùng phong phú vì hệ thống miễn dịch có rất nhiều clone khác nhau và mỗi clone có một tính đặc hiệu riêng biệt. Mặc dù mỗi clone tế bào lympho B hoặc lympho T nhận diện một kháng nguyên, nhưng về cơ bản thì cách thức các tế bào B và T nhận diện kháng nguyên là giống nhau. Với chức năng kết nối hoạt động nhận diện kháng nguyên với quá trình hoạt hoá các tế bào lympho, các thụ thể dành cho kháng nguyên dẫn truyền các tín hiệu hoá sinh. Về cơ bản thì kiểu dẫn truyền tín hiệu này là giống nhau trong tất cả các tế bào lympho và không liên quan đến tính đặc hiệu kháng nguyên của chúng. Những đặc điểm nhận diện kháng nguyên của tế bào lympho và cấu trúc của các thụ thể dành cho kháng nguyên đặt ra hai câu hỏi.
· Làm thế nào mà các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên lại có thể nhận diện được vô vàn các kháng nguyên khác biệt nhau và dẫn truyền các tín hiệu hoạt hoá khá ổn định cho các tế bào?
· Bằng cách nào mà các tế bào lympho có thể tạo ra các thụ thể có cấu trúc rất khác biệt nhau để dành cho vô số các kháng nguyên khác nhau? Tính đa dạng của quá trình nhận diện kháng nguyên phản ánh sự tồn tại của vô số các thụ thể có cấu trúc khác nhau, nhiều hơn cả số lượng protein mà bộ gene di truyền (dòng gốc) có thể mã hoá. Như vậy phải có các cơ chế đặc biệt nào đó để tạo ra tính đa dạng này.
Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu cấu trúc của thụ thể của các tế bào lympho T và B dành cho kháng nguyên và cách thức các thụ thể này nhận diện kháng nguyên. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu bằng cách nào mà tính đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên có thể được tạo ra trong quá trình chín của các tế bào lympho. Chính tính đa dạng ấy của các thụ thể tạo cho mức độ đa dạng trong tính đặc hiệu của các tế bào lympho chín trở nên lớn hơn. Cuối cùng chúng ta sẽ tìn hiểu quá trình hoạt hoá các tế bào lympho dưới tác động của các kháng nguyên.
Các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
Các thụ thể của các tế bào lympho B và T dành cho kháng nguyên (Hình 9.1) có một số đặc điểm quan trọng liên quan đến chức năng của chúng trong các đáp ứng miễn dịch thích ứng như được liệt kê trong bảng 9.1.
Các thụ thể của các tế bào lympho B và T dành cho kháng nguyên nhận diện các cấu trúc khác nhau về phương diện hoá học. Các tế bào lympho B có khả năng nhận diện về hình dáng hay cấu trúc lập thể của các đại phân tử ở dạng nguyên sơ bao gồm các protein, lipid, carbohydrate, và các acid nucleic cũng như các gốc hoá học đơn giản hoặc các đoạn của các đại phân tử. Ngược lại thì hầu hết các tế bào lympho T lại chỉ có thể nhận diện được các peptide và cũng chỉ khi các peptide này được trình diện cùng với các phân tử hoà hợp mô chủ yếu (phân tử MHC) trên bề mặt các tế bào trình diện kháng nguyên.
Về phương diện cấu trúc, các phân tử thụ thể dành cho kháng nguyên bao gồm các vùng hay còn gọi là các lãnh vực (domain) tham gia vào nhận diện kháng nguyên và những vùng hằng định có vai trò giữ cho cấu trúc ấy ổn định đồng thời cũng tham gia vào một số chức năng khác của các thụ thể này. Vùng biến đổi của các thụ thể này khác nhau giữa các tế bào lympho thuộc các clone khác nhau còn vùng hằng định thì tương đối giống nhau giữa các clone khác nhau. Thành phần có vai trò nhận diện kháng nguyên nằm ở vùng biến đổi (ký hiệu là vùng V – viết tắt của chữ variable). Tuy nhiên, ngay ở trung vùng biến đổi này lại có những vùng đặc biệt biến đổi hay còn gọi là vùng siêu biến, và về phương diện chức năng thì đây mới đích thực là vùng trực tiếp nhận diện kháng nguyên nên còn được gọi là vùng quyết định bổ cứu (complementarity determining region – viết tắt là CDR) do bản chất của tương tác giữa chúng với kháng nguyên là tương tác bổ cứu về hình dạng (tức là hình dạng của thành phần này khớp với hình dạng của thành phần kia). Bằng cách khư trú những thay đổi trong trình tự acide amine vào những vùng nhỏ của thụ thể đã cho phép cùng một lúc tạo ra nhiều kiểu cấu trúc khác nhau để phù hợp với nhiều kháng nguyên có cấu trúc khác nhau xong vẫn duy trì được cấu trúc cơ bản của thụ thể. Ngoài ra, như sẽ được trong những phần sau, có những cơ chế di truyền đặc biệt để tạo ra những biến đổi ở vùng nhận diện kháng nguyên của các thụ thể trong khi chỉ cần một số lượng nhất định gene mã hoá cho hầu hết các polypeptide cấu tạo nên thụ thể.
Hình 9.1: Các phức hợp thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
Bảng 9.1: Đặc điểm của các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
| Đặc điểm hoặc chức năng |
Thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên |
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên |
| Dạng kháng nguyên chúng nhận diện |
Các đại phân tử (các protein, polysaccharide, lipid, nucleic acid) Các epitope lập thể hoặc các epitope dạng mạch thẳng |
Các peptide được trình diện bởi các phân tử MHC trên các tế bào trình diện kháng nguyên Các epitope dạng mạch thẳng |
| Tính đa dạng |
Mỗi clone có một tính đặc hiệu riêng; có thể có trên một tỉ (109) clone có tính đặc hiệu khác nhau |
Mỗi clone có một tính đặc hiệu riêng; có thể có trên một trăm tỉ (1011) clone có tính đặc hiệu khác nhau |
| Bộ phận tham gia nhận diện kháng nguyên |
Vùng biến đổi (vùng V) của các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của các phân tử kháng thể trên màng tế bào B |
Các vùng biến đổi (vùng V) của các chuỗi a và chuỗi b |
| Bộ phận tham gia dẫn truyền tín hiệu |
Các protein (Iga và Igb) gắn với phân tử kháng thể trên màng tế bào B |
Các protein (CD3 và z) gắn với thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên |
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên mà các phân tử MHC trình diện có cấu trúc dị dimer (heterodimer) tức là cấu trúc gồm hai chuỗi khác nhau. Các chuỗi đó có ký hiệu là chuỗi alpha (a) và chuỗi beta (b). Trên mỗi chuỗi này lại có một vùng biến đổi (ký hiệu là vùng V) và một vùng hằng định (ký hiệu là vùng C) (Hình 9.5). Các vùng V và C của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên có cấu trúc tương tự như các vùng V và C của phân tử kháng thể. Trên vùng V của mỗi chuỗi (a hoặc b) có ba vùng siêu biến hay còn gọi là vùng quyết định bổ cứu (cũng được ký hiệu từ CDR1 đến CDR3) trong đó vùng CDR3 là vùng có cấu trúc biến đổi nhiều nhất và cũng là vùng trực tiếp tham gia vào tương tác với kháng nguyên. Cả hai chuỗi a và b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên đều cắm vào màng tế bào. Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên chỉ có trên bề mặt các tế bào chứ không tồn tại dưới dạng chế tiết như kháng thể. Ngoài ra thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên không trải qua các quá trình chuyển lớp hay thuần thục ái lực như kháng thể trong suốt cuộc đời của mỗi tế bào lympho T.
Hình 9.5: Cấu trúc của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên
Cả chuỗi a và b đều đồng thời tham gia vào nhận diện các phân tử MHC và các peptide mà chúng trình diện (Hình 9.6). Một đặc điểm nổi bật được nhận ra khi nghiên cứu cấu trúc tinh thể đồ quang tuyến hình ảnh thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên gắn vào phức hợp peptide-phân tử MHC cho thấy thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên chỉ nhận diện rất ít chỉ từ một đến ba gốc acide amine trên phân tử peptide mà thôi. Người ta cũng thấy rằng ngay cả trên các vi sinh vật có cấu trúc phức tạp thì cũng chỉ có vài đoạn peptide là thực sự được hệ thống miễn dịch nhận diện và các đoạn peptide này được gọi là các quyết định kháng nguyên trội. Điều đó có nghĩa là các tế bào lympho T nhận biết sự khác nhau giữa các vi sinh vật chỉ dựa vào những khác biệt ở một vài acide amine tham gia tạo nên các quyết định kháng nguyên trội mà thôi. Thật ngạc nhiên là tính đặc hiệu cao như vậy của các tế bào lympho T lại chỉ được duy trì dựa trên những khác biệt nho nhỏ như vậy giữa các peptide kháng nguyên.
Hình 9.6: Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên
nhận diện phức hợp peptide-phân tử MHC
Khoảng từ 5 đến 10% tổng số tế bào lympho T trong cơ thể lại có các thụ thể dành cho kháng nguyên không có cấu trúc từ hai chuỗi a và b mà thay vào đó là các chuỗi g và d có cấu trúc tương tự với chúng. Các tế bào này có tính đặc hiệu khác hẳn với các tế bào lympho T thông thường. Các tế bào lympho T có thụ thể cấu trúc từ các chuỗi g và d có thể nhận diện một số kháng nguyên khác nhau có bản chất là protein hoặc không phải protein và các kháng nguyên này thường không được trình diện bởi các phân tử MHC. Các tế bào này chủ yếu có mặt ở các biểu mô. Điều này cho thấy các tế bào lympho T có thụ thể cấu trúc từ các chuỗi g và d nhận diện các vi sinh vật thường gặp ở các bề mặt niêm mạc. Tuy nhiên người ta còn chưa hiểu hết về tính đặc hiệu cũng như chức năng của các tế bào này. Một tiểu quần thể tế bào lympho khác chiếm khoảng dưới 5% tổng số tế bào lympho lại có các dấu ấn của các tế bào giết tự nhiên (tế bào NK) nên được gọi là các tế bào T giết tự nhiên (NK-T cell). Các tế bào T giết tự nhiên thì có thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên cấu trúc từ các chuỗi a và b nhưng chúng có khả năng nhận diện các kháng nguyên có bản chất là glycolipid hoặc không phải là các peptide. Các phân tử này được trình diện bởi các phân tử giống như phân tử MHC và không đa kiểu hình (nonpolymorphic MHC-like molecules). Người ta cũng chưa hiểu hết về chức năng của các tế bào T giết tự nhiên.
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện kháng nguyên nhưng thụ thể này, giống như phân tử kháng thể trên màng tế bào lympho B có vai trò làm thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên, lại không có khả năng dẫn truyền các tín hiệu từ ngoại bào vào trong tế bào lympho T. Gắn vào thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên là một phức hợp các protein bao gồm phân tử CD3 và chuỗi z, ba thành tố này tạo nên phức hợp thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên (hình 9.1). Các chuỗi CD3 và z có nhiệm vụ dẫn truyền một số tín hiệu được tạo ra khi thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện kháng nguyên. Ngoài ra quá trình hoạt hoá tế bào T cần có sự tham gia của các phân tử đồng thụ thể là CD4 hoặc CD8 có nhiệm vụ nhận diện các phần không đa kiểu hình trên các phân tử MHC. Chức năng của các protein gắn với thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên này sẽ được trình bầy chi tiết trong chương 5.
Các thụ thể của tế bào B và T dành cho kháng nguyên có một số đặc điểm giống nhau nhưng cũng có một số đặc điểm quan trọng khác nhau như được trình bầy trong bảng 9.7. Các kháng thể là thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên có khả năng gắn với nhiều loại kháng nguyên khác nhau hơn với ái lực cao hơn. Đây là lý do tại sao kháng thể có khả năng bám vào và trung hoà được nhiều vi sinh vật và độc tố khi những thành phần này chỉ xuất hiện với nồng độ thấp trong máu. Ái lực của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên thì lại thấp và thì thế tương tác giữa các tế bào lympho T với các tế bào trình diện kháng nguyên phải được tăng cường bởi các phân tử được gọi là phân tử phụ trợ (accessory molecule) (xem chương đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào).
Bảng 9.7: Đặc điểm của các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên
| Đặc điểm |
Thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên |
Thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên |
| Cấu trúc tham gia gắn kháng nguyên |
Cấu tạo từ ba vùng CDR nằm trên vùng V của chuỗi nặng và ba vùng CDR nằm trên vùng V của chuỗi nhẹ |
Cấu tạo từ ba vùng CDR nằm trên vùng V của chuỗi a và ba vùng CDR nằm trên vùng V của chuỗi b |
| Cấu trúc của kháng nguyên gắn vào |
Các quyết định kháng nguyên ở dạng mạch thẳng hoặc lập thể của các đại phân tử và các hoá chất nhỏ |
Chỉ 1-3 gốc acide amine của 1 peptide và các gốc đa kiểu hình của 1 phân tử MHC |
| Ái lực gắn với kháng nguyên |
Kd từ 10-7 đến 10-11 M; ái lực trung bình tăng lên trong mỗi đáp ứng miễn dịch và sau mỗi lần đáp ứng với cùng kháng nguyên |
Kd từ 10-5 đến 10-7 M; ái lực không tăng |
| Tốc độ gắn và tốc độ tách |
Tốc độ gắn nhanh, tốc độ tách biến thiên |
Tốc độ gắn chậm, tốc độ tách chậm |
| Phân tử phụ trợ tham gia vào tương tác |
Không |
Phân tử CD4 hoặc CD8 gắn đồng thời vàp các phân tử MHC |
Chúng ta đã biết cấu trúc của các thụ thể của tế bào T và B dành cho kháng nguyên. Chúng ta cũng đã biết cách thức các thụ thể này nhận diện kháng nguyên. Câu hỏi tiếp theo là làm thế nào mà có được các thụ thể cấu trúc vô cùng đa dạng đến như vậy? Theo thuyết lựa chọn clone thì có rất nhiều clone tế bào lympho, mỗi clone có một tính đặc hiệu riêng. Dự kiến có khoảng môt tỉ clone khác nhau và các clone này có ngay từ trước khi chúng tiếp xúc với kháng nguyên. Nếu mỗi một thụ thể được mã hoá bởi một gene thì cần phải dành phần lớn bộ gene của cơ thể chỉ để mã hoá cho các thụ thể tế bào dành cho kháng nguyên mà thôi. Điều này là hết sức vô lý. Trên thực tế hệ thống miễn dịch đã phát triển các cơ chế để tạo ra các tế bào lympho B và T có tính đặc hiệu vô cùng phong phú. Việc tạo ra các thụ thể khác nhau ấy cuối cùng gắn liền với quá trình chín của các tế bào lympho. Phần còn lại của chương này chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức hình thành các tế bào lympho B và T chín với các thụ thể trên bề mặt của chúng vô cùng đa dạng.
Quá trình chín của các tế bàolympho
Quá trình chín của các tế bào lympho từ các tế bào gốc ở tuỷ xương bao gồm ba quá trình: các tế bào non tăng sinh, biểu hiện các gene mã hoá thụ thể dành cho kháng nguyên, chọn lọc các tế bào lympho có các thụ thể dành cho kháng nguyên hữu ích (Hình 9.8). Các sự kiện này diễn ra giống nhau ở cả tế bào T và tế bào B, mặc dù các tế bào B thì chín ở trong tuỷ xương còn các tế bào T thì lại chín ở trong tuyến ức. Mỗi quá trình trong ba quá trình trên đều có một vai trò đặc biệt trong việc tạo ra độ phong phú trong tính đặc hiệu của các tế bào lympho.
Hình 9.8: Các bước trong quá trình chín của các tế bào lympho
Trong quá trình chín, các tế bào lympho non tăng sinh mạnh mẽ ở một vài giai đoạn của quá trình này. Sự tăng sinh của các tế bào lympho đang trong giai đoạn phát triển nhằm đạt đến số lượng tối đa các tế bào lympho có thể biểu lộ các thụ thể hữu ích dành cho kháng nguyên và để chín thành các tế bào lympho có thẩm quyền thực hiện các chức năng của tế bào lympho. Quá trình tăng sinh của các tế bào tiền thân dòng lympho ở gai đoạn sớm nhất được kích thích chủ yếu bởi yếu tố tăng trưởng IL-7. Yếu tố này do các tế bào thân ở trong tuỷ xương và trong tuyến ức tạo ra. IL-7 kích thích các tế bào tiền thân của tế bào B và tế bào tiền thân của tế bào T tăng sinh trước khi chúng bộ lộ các thụ thể dành cho kháng nguyên, nhờ đó tạo ra được số lượng lớn hỗn hợp các tế bào và trong đó các thụ thể dành cho kháng nguyên khác nhau đã có thể được tạo ra. Sau khi các protein là thụ thể dành cho kháng nguyên đã được tạo ra thì các thụ thể này sẽ đảm đương nhiệm vụ dẫn truyền tín hiệu biệt hoá để bảo đảm rằng chỉ có các clone tế bào có các thụ thể có cấu trúc nguyên vẹn mới được nhân lên.
Các thụ thể dành cho kháng nguyên được tạo ra từ một số mảnh gene riêng rẽ ở trong các gene dòng gốc và các gene này tái tổ hợp với nhau trong quá trình chín của các tế bào lympho. Tính đa dạng được tạo ra trong quá trình tái tổ hợp này chủ yếu là do thay đổi trình tự các nucleotide tại vị trí tái tổ hợp. Sự biểu lộ đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên là sự kiện trung tâm của quá trình chín của các tế bào lympho sẽ được trình bầy trong phần tiếp theo.
Các tế bào lympho đang chín được chọn lọc ở một số giai đoạn trong quá trình chín của chúng để giữ cho các tế bào này có tính đặc hiệu có ích. Việc chọn lọc dựa vào sự biểu lộ của các thành phần của các thụ thể dành cho kháng nguyên hoàn chỉnh và những gì mà những thụ thể này nhận diện. Các tế bào tiền lympho không có khả năng bộc lộ các thụ thể dành cho kháng nguyên sẽ chết theo phương thức chết tế bào theo chương trình (hay apoptosis) (xem hình 9.8). Các tế bào T chưa chín được chọn lọc để nhận diện các phân tử MHC của cơ thể. Quá trình này được gọi là chọn lọc dương tính (positive selection). Sau khi chúng đã chín, các tế bào T này cần phải nhận diện chính các phân tử MHC để được hoạt hoá. Về căn bản quá trình chọn lọc dương tính là các thụ thể dành cho kháng nguyên trên các tế bào lympho đang trong giai đoạn phát triển nhận diện các phân tử MHC trong tuyến ức và truyền đạt tín hiệu để cho tế bào tồn tại và tăng sinh. Điều này bảo đảm cho chỉ có các tế bào có các thụ thể dành cho kháng nguyên (các phân tử MHC của bản thân) chính xác mới hoàn thành được quá trình chín của chúng. Các tế bào lympho B và T chưa chín cũng được chọn lọc dựa trên khả năng nhận diện với ái lực cao các kháng nguyên của chính cơ thể tương ứng có mặt trong tuỷ xương và tuyến ức. Quá trình này được gọi là chọn lọc âm tính (negative selection). Mục đích của quá trình này là nhằm loại bỏ các tế bào lympho có tiềm năng gây nguy hiểm cho cơ thể vì các tế bào này có thể phản ứng chống lại chính các kháng nguyên của bản thân cơ thể mà các kháng nguyên này thì lại có ở khắp mọi nơi trong cơ thể kể cả trong các cơ quan lympho trung ương.
Sẽ dễ hiểu hơn các quá trình chín chọn lọc của các tế bào lympho B và T nếu chúng ta nghiên cứu riêng rẽ từng loại tế bào. Tuy nhiên trước tiên chúng ta hãy xem xét đến sự kiện trung tâm của quá trình và sự kiện này diễn ra giống nhau đối với cả hai dòng tế bào đó là sự tái tổ hợp và biểu hiện của các gene mã hoá các thụ thể dành cho kháng nguyên.
Sự tạo thành tính đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên
Sự biểu lộ của các thụ thể của các tế bào T và B dành cho kháng nguyên được bắt đầu bằng việc tái tổ hợp thân của các mảnh gene mã hoá cho các vùng biến đổi của các thụ thể, và tính đa dạng của các thụ thể được tạo ra ngay chính trong quá trình này. Các tế bào gốc tạo máu ở tuỷ xương và các tế bào tiền thân dòng lympho ở giai đoạn sớm có chứa các gene mã hoá kháng thể và thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên ở trong các cấu hình di truyền hay dòng gốc (germline). Trong dạng cấu hình này thì ở mỗi locus trong số các locus mã hoá cho các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của kháng thể và các locus mã hoá cho các chuỗi a và chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên đều có chứa nhiều gene mã hoá cho vùng biến đổi (vùng V) (có thể tới hàng trăn gene) và một hoặc vài gene mã hoá cho vùng hằng định (vùng C) (Hình 9.9). Xen giữa các gene vùng V và gene vùng C là một vài mảnh nhỏ các nucleotide được gọi là các mảnh gene J (joining) và D (diversity). (Tất cả các locus gene mã hoá thụ thể dành cho kháng nguyên đều có chứa các gene V, J và C nhưng chỉ có các locus mã hoá chuỗi nặng của kháng thể và chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên là có chứa thêm các mảnh của gene D). Khi một tế bào tiền thân dòng lympho hướng phát triển thành một tế bào lympho B thì sẽ xẩy ra hiện tượng tái tổ hợp một mảnh gene VH của kháng thể với một mảnh gene D và một mảnh gene J. Các mảnh này được tổ hợp lại với nhau một cách ngẫu nhiên (Hình 9.10). Vì thế tế bào đã hướng phát triển thành tế bào B nhưng hãy còn là tế bào B non lúc này sẽ có một gene tái tổ hợp V-D-J nằm trong locus mã hoá chuỗi nặng của kháng thể. Gene này được phiên mã; và ở trong ARN sơ cấp, phức hợp V-D-J được dịch chuyển và nối vào ARN thứ nhất của vùng C chịu trách nhiệm mã hoá chuỗi m để tạo thành ARN thông tin mã hoá cho toàn bộ chuỗi m. ARN thông tin mã hoá cho chuỗi m này được dịch mã để tạo ra chuỗi nặng m, đây là protein kháng thể đầu tiên được tổng hợp trong quá trình chín của tế bào B. Một quá trình tái tổ hợp ADN và chuyển dịch đoạn ARN cũng diễn ra với cách thức tương tự để tạo ra một chuỗi nhẹ ở trong các tế bào lympho B và các chuỗi a và b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên ở trong các tế bào lympho T.
Hình 9.9: Các locus gene mã hoá thụ thể dành cho kháng nguyên ở dòng gốc
Sự tái tổ hợp thân của các mảnh gene V với J hoặc các mảnh gen V, D và J với nhau được thực hiện bởi một tập hợp các enzyme có tên gọi là V(D)J recombinase. Thành phần đặc hiệu với các tế bào lympho của enzyme V(D)J recombinase bao gồm các protein được mã hoá bởi các gene hoạt hoá recombinase (recombinase-activating gene) có ký hiệu là (RAG)-1 và (RAG)-2. Thành phần này nhận diện các đoạn ADN nằm bên cạnh các mảnh gene V, D và J của thụ thể dành cho kháng nguyên. Kết quả của quá trình nhận diện này là enzyme recobinase đem các mảnh V, D và J lại gần nhau. Sau đó các enzyme exonuclease sẽ cắt ở đầu của các mảnh gene này. Các mảnh ADN vừa bị cắt này sẽ được nối lại với nhau nhờ các enzyme ligase để tạo ra gene V-J hoặc gene V-D-J tái tổ hợp có chiều dài hoàn chỉnh (Hình 9.10). Thành phần đặc hiệu với các tế bào lympho của enzyme V(D)J recombinase chỉ có ở các tế bào lympho B và T non. Mặc dù chính các enzyme này có thể tái tổ hợp tất cả các gene mã hoá kháng thể và thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhưng các mảnh gene nguyên vẹn mã hoá các chuỗi nặng (chuỗi H) và chuỗi nhẹ (chuỗi L) của kháng thể lại chỉ có ở các tế bào B. Tương tự như vậy, các gene nguyên vẹn mã hoá các chuỗi a và b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên lại chỉ có ở các tế bào T. Cho đến nay người ta còn chưa rõ các cơ chế liên quan đến việc bộc lộ các thụ thể có tính đặc hiệu theo từng dòng tế bào T hay B như vậy.
Hình 9.10: Tái tổ hợp và biểu lộ các gene mã hoá kháng thể
Tính đa dạng của các thụ thể dành cho kháng nguyên được tạo ra do các clone tế bào khác nhau sử dụng các tổ hợp các mảnh gene V, D và J khác nhau (điều này được gọi là sự đa dạng nhờ tổ hợp – combinatorial diversity). Sự đa dạng này còn phong phú hơn nữa do những biến đổi các đoạn nucleotide ở những chỗ tiếp nối giữa các mảnh gene V, (D), và J (được gọi là đa dạng nhờ tiếp nối – junctional diversity) (Hình 9.11). Mức độ đa dạng nhờ tổ hợp bị giới hạn bởi số lượng các mảnh gene V, D và J sẵn có để có thể tổ hợp với nhau còn độ đa dạng nhờ các biến đổi ở vị trí tiếp nối giữa các mảnh gene này với nhau thì gần như không có giới hạn. Tính đa dạng nhờ tiếp nối được tạo ra do hai loại biến đổi đoạn, cả hai kiểu biến đổi đoạn này đều tạo ra được nhiều đoạn gene khác nhau hơn là số đoạn gene có ở trong các gene dòng gốc. Thứ nhất, các enzyme exonuclease có thể loại bỏ các nucleotide ra khỏi các mảnh gene V, D và J tại thời điểm tái tổ hợp, và nếu các đoạn tái tổ hợp thu được không chứa các đơn vị mã kết thúc (stop codon) hoặc đơn vị mã vô nghĩa (nonsene codon) thì rất nhiều đoạn gene khác nhau và các đoạn gene mới có thể được tạo ra. Thứ hai là có một enzyme có tên terminal deoxynucleotidyl transferase - viết tắt là TdT) có chức năng lấy những nucleotide không phải của các gene dòng gốc và lắp ngẫu nhiên các nucelotide này vào các vị trí trong tái tổ hợp V(D)J để tạo thành các vùng được gọi là vùng N (N-region). Ngoài ra, trong một giai đoạn trung gian của quá trình tái tổ hợp V(D)J các đoạn ADN “tàn dư” (overhanging DNA) cũng có thể được tạo ra và các đoạn này sau đó được thay thế bởi các “P-nucleotide” sẽ còn tạo ra nhiều biến đổi hơn nữa tại các vị trí tái tổ hợp. Kết quả của các biến đổi đa dạng ở những chỗ tiếp nối này là tạo cho đoạn nucleotide ở vị trí tiếp nối của tái tổ hợp V(D)J mã hoá mỗi kháng thể hoặc thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên khác hẳn với đoạn nucleotide ở vị trí tiếp nối của tái tổ hợp V(D)J mã hoá các kháng thể hoặc thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên khác. Chính đoạn tiếp nối này mã hoá cho các acid amine của vùng quyết định bổ cứu thứ ba (vùng CDR3), là vùng có mức độ biến đổi lớn nhất trong số các vùng quyết định bổ cứu và cũng là vùng có vai trò quan trọng nhất đối với việc nhận diện kháng nguyên. Vì thế sự đa đạng nhờ tiếp nối đã tạo ra tính biến đổi lớn nhất tại những vùng gắn kháng nguyên của các phân tử kháng thể hoặc các thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên. Trong quá trình tạo ra sự đa dạng ở chỗ tiếp nối, rất nhiều gene được tạo ra mà không mã hoá cho một protein nào cả, các gene này là các gene vô dụng. Đây là cái giá mà hệ thống miễn dịch phải trả nhằm tạo ra được sự đa dạng kỳ diệu trong tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch. Nguy cơ tạo ra những gene không có chức năng nào cả cũng là lý do tại sao quá trình chín của các tế bào lympho cần phải trải qua các điểm kiểm soát mà tại đó chỉ có các tế bào có tác thụ thể hữu ích mới được chọn lọc để cho phép tồn tại.
| Đa dạng nhờ tái tổ hợp Số lượng tái tổ hợp V-(D)-J có thể có |
.jpg) |
| Đa dạng nhờ tiếp nối: Tổng lượng đa dạng lympho có thể có nhờ đa dạng do tiếp nối |
Quá trình chín và chọn lọc của các tế bàolympho B
Quá trình chín của các tế bào lympho B diễn ra chủ yếu ở trong tuỷ xương (Hình 9.12). Các tế bào gốc đa tiềm năng hướng biệt hoá thành các tế bào dòng B tăng sinh dưới tác dụng của IL-7 làm tăng số lượng các tế bào tiền thân dòng B được gọi là các tế bào hướng dòng B (pro-B cell). Bước tiếp theo của quá trình chín là các tế bào tiền B (pre-B cell), các gene mã hoá kháng thể ở locus chuỗi nặng trên một nhiễm sắc thể tái tổ hợp với nhau làm tăng số lượng các protein của chuỗi nặng m. Hầu hết protein này nằm ở trong bào tương và dấu hiệu có các protein chuỗi m ở trong bào tương là dấu hiệu đặc trưng của các tế bào tiền B. Một số protein chuỗi m này đã được biểu lộ ra bề mặt tế bào cùng với hai protein cố định khác tương tự như các chuỗi nhẹ tạo nên phức hợp thụ thể của tế bào tiền B. Người ta chưa rõ thụ thể của tế bào tiền B này có nhận diện cái gì hay không và nếu nhận diện thì nhận diện cái gì hay chỉ đơn giản là việc các phân tử này kết hợp lại với nhau sẽ chuyển các tín hiệu thúc đẩy khả năng tồn tại và tăng sinh của các tế bào có các thụ thể này. Đây là điểm kiểm soát đầu tiên trong quá trình phát triển của các tế bào B. Điểm này chọn lọc và nhân rộng số lượng tất cả các các tế bào tiền B có chuỗi nặng m có chức năng. Nếu chuỗi m không được tạo ra có thể do tái tổ hợp sai gene mã hoá chuỗi m thì tế bào sẽ không được lựa chọn và chúng sẽ chết theo cơ chế chết tế bào theo chương trình.
 |
|||||
| ADN, ARN mã hoá kháng thể |
ADN dòng gốc |
ADN dòng gốc |
Gene chuỗi H tái tổ hợp (VDJ); mARN chuỗi m |
Gene chuỗi H tái tổ hợp; các gene chuỗi k hoặc l; mARN chuỗi m và k hoặc l |
Nối đoạn theo một trong hai cách trong quá trình phiên mã sơ cấp để tạo nên mARN mã hoá chuỗi Cm và Cd |
| Kháng thể biểu lộ trên bề mặt |
Không |
Không |
Chuỗi m trong bào tương và chuỗi m gắn với thụ thể tế bào tiền B |
IgM trên màng tế bào (chuỗi nặng m + chuỗi nhẹ k hoặc l |
IgM và IgD trên màng tế bào |
Protein m và phức hợp thụ thể của tế bào tiền B phát tín hiệu cho hai quá trình khác. Một quá trình là dập tắt quá trình tái tổ hợp mã hoá chuỗi nặng của kháng thể ở trên nhiễm sắc thể thứ 2, vì thế mỗi tế bào B chỉ có thể bộc lộ các kháng thể có nguồn gốc từ một trong hai allele di truyền từ bố mẹ. Quá trình này được gọi là loại trừ allele (allelic exclusion) và điều này bảo đảm cho mỗi tế bào chỉ biểu lộ các thụ thể có cùng một tính đặc hiệu mà thôi. Một tín hiệu thứ hai châm ngòi cho sự tái tổ hợp ở locus mã hoá chuỗi nhẹ của kháng thể, đầu tiên là chuỗi k sau đó là chuỗi l. Bất kỳ chuỗi nhẹ nào được tạo ra mà có chức năng thì đều sẽ gắn vào chuỗi m để tạo thành một thụ thể dành cho kháng nguyên có cấu trúc đầy đủ và có bản chất là IgM trên màng tế bào. Thụ thể này sau đó lại dẫn truyền các tín hiệu thúc đẩy tế bào tồn tại và tăng sinh, và như vậy đã duy trì và nhân rộng số lượng các tế bào biểu lộ các thụ thể dành cho kháng nguyên có cấu trúc hoàn chỉnh (đây là điểm kiểm soát thứ hai trong quá trình chín của tế bào lympho B). Các tín hiệu từ thụ thể dành cho kháng nguyên dập tắt quá trình sản xuất ra enzyme recombinase cũng như dừng không cho tái tổ hợp thêm nữa tại các locus chuỗi nhẹ không tái tổ hợp. Kết quả là mỗi tế bào B chỉ tạo ra hoặc là chuỗi nhẹ k hoặc là chuỗi nhẹ l từ một trong hai allele di truyền từ bố mẹ. Sự tồn tại của hai tập hợp gene chuỗi nhẹ chỉ đơn giản là làm tăng cơ hội thực hiện thành công việc tái tổ hợp gene và biểu lộ của thụ thể. Các tế bào B có IgM trên bề mặt được gọi là các tế bào B non (immature B cell). Tế bào này sẽ tiếp tục chín thêm ở trong tuỷ xương hoặc sau khi đã rời tuỷ xương vào các mô lympho ngoại vi. Bước chín cuối cùng liên quan đến việc đồng biểu lộ các phân tử IgM và IgD trên bề mặt tế bào. Điều này diễn ra là do ARN tái tổ hợp V(D)J mã hoá chuỗi nặng có thể kết nối vào với ARN mã hoá Cm hoặc ARN mã hoá Cd làm tăng số lượng tương ứng các ARN thông tin mã hoá chuỗi m hoặc chuỗi d. Người ta thấy rằng khả năng các tế bào B đáp ứng với các kháng nguyên tăng lên khi có sự đồng biểu lộ IgM và IgD trên màng của chúng, nhưng tại sao lại cần phải có cả hai loại thụ thể này thì chưa rõ. Các tế bào B có cả IgM và IgD trên màng của chúng thì được gọi là các tế bào B chín (mature B cell) và tế bào này có khả năng đáp ứng với các kháng nguyên ở trong các mô lympho ngoại vi.
Mức độ đa dạng trong tính đặc hiệu của các tế bào B còn được chỉnh sửa thêm bằng quá trình chọn lọc âm tính. Theo quá trình này, nếu tế bào B non gắn với ái lực cao vào các kháng nguyên ở trong tuỷ xương thì tế bào sẽ bị chặn lại không cho chín thêm nữa. Tế bào B này có thể chết theo chương trình hoặc có thể tái hoạt hoá enzyme recombinase để tạo ra một chuỗi nhẹ thứ hai và thay đổi tính đặc hiệu của thụ thể dành cho kháng nguyên (quá trình này được gọi là biên tập lại thụ thể - receptor editing). Hầu hết các kháng nguyên thường thấy trong tuỷ xương là các kháng nguyên của bản thân cơ thể và chúng có mặt với số lượng lớn ở khắp mọi nơi trên cơ thể ví dụ như các protein trong máu, các phân tử giống nhau có trên màng của nhiều loại tế bào. Vì thế, quá trình chọn lọc âm tính đã loại đi các tế bào tiềm ẩn nguy cơ nhận diện và phản ứng chống lại chính các kháng nguyên của bản thân có ở mọi nơi trên cơ thể.
Quá trình tái tổ hợp các gene mã hoá kháng thể là quá trình ngẫu nhiên và không có tính thiên vị theo di truyền về phía nhận diện các vi sinh vật. Thực ra các thụ thể này được tạo ra có khả năng nhận diện các kháng nguyên của rất nhiều loại vi sinh vật khác nhau mà hệ thống miễn dịch phải chống lại chúng. Dường như sự đa dạng trong tính đặc hiệu của các tế bào B được tạo ra một cách ngẫu nhiên rồi sau đó được chọn lọc dương tính để biểu lộ các thụ thể nguyên vẹn và chọn lọc âm tính để loại bỏ các tế bào có khả năng nhận diện mạnh các kháng nguyên của cơ thể. Những gì còn lại sau các quá trình chọn lọc này là một tập hợp các tế bào lympho B chín có khả năng nhận diện tất cả các kháng nguyên của vi sinh vật mà mỗi cá thể có thể phải tiếp xúc với chúng.
Quá trình chín và chọn lọc của các tế bàolympho T
Quá trình chín của các tế bào lympho T có một số đặc điểm riêng biệt, chủ yếu liên quan đến tính đặc hiệu của các tiểu quần thể tế bào lympho T đối với các peptide được trình diện bởi các phân tử MHC thuộc các lớp khác nhau. Các tế bào tiền thân dòng T di chuyển từ tuỷ xương vào tuyến ức, toàn bộ quá trình chín của tế bào lympho T sẽ diễn ra tại đây (Hình 9.13). Các tế bào tiền thân non nhất là các tế bào hướng dòng T (pro-T cell) hay còn gọi là các tế bào T lưỡng âm tính (double-negative T cell) do các tế bào này không có cả phân tử CD4 lẫn phân tử CD8. Các tế bào tăng sinh về số lượng chủ yếu dưới tác động của IL-7 do tuyến ức sản xuất. Một số tế bào tiền thân của tế bào lưỡng âm tính này sẽ thực hiện quá trình tái tổ hợp các gene mã hoá chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên do enzyme V(D)J recombinase thực hiện. (Các tế bào T có thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên cấu trúc bởi hai chuỗi g và d cũng diễn ra cùng quá trình tái tổ hợp tương tự trong các locus mã hoá các chuỗi g và d này. Tuy nhiên có vẻ như các tế bào này là một dòng tế bào riêng biệt nên sẽ không đề cập đến ở phân tiếp theo). Nếu các protein của chuỗi b được tổng hợp thì nó sẽ được biểu lộ ra bề mặt tế bào cùng với một phân tử protein có tên là pre-Ta để tạo nên phức hợp thụ thể của tế bào tiền T. Nếu tế bào hướng dòng T không tổng hợp được đầy đủ chuỗi b thì tế bào sẽ chết. Khi phức hợp thụ thể của tế bào tiền T được lắp ráp xong, hoặc khi nó nhận diện một phối tử nào đó mà người ta chưa rõ, thì phức hợp thụ thể này sẽ truyền các tín hiệu vào bên trong tế bào. Các tín hiệu từ phức hợp thụ thể này thúc đẩy tế bào tồn tại và tăng sinh cùng các quá trình diễn ra sau đó như loại trừ allele ở locus mã hoá chuỗi b của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, tái tổ hợp gene mã hoá chuỗi a của thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, rất giống với các tín hiệu từ thụ thể của tế bào tiền B trong quá trình phát triển của các tế bào B. Các tế bào không tạo ra được chuỗi a và thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên có cấu trúc hoàn chỉnh sẽ chết. Các tế bào sống sót là các tế bào bộc lộ cả hai phân tử là CD4 và CD8 và các tế bào này được gọi là các tế bào T lưỡng dương tính (double-positive T cell) (các tế bào này còn được gọi là các tế bào tuyến ức lưỡng dương tính, double-positive themocyte vì chúng chỉ có ở tuyến ức). Các clone tế bào T lưỡng dương tính bộc lộ các thụ thể của tế bào T có cấu trúc là các chuỗi a bà b dành cho các kháng nguyên khác nhau. Nếu thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên của một tế bào T nhận diện một phân tử MHC ở trong tuyến ức trình diện một peptide của cơ thể thì tế bào T đó sẽ được lựa chọn cho tồn tại. Tế bào T không nhận diện được phân tử MHC như vậy trong tuyến ức thì tế bào T đó sẽ chết theo quá trình chết tế bào theo chương trình vì chúng là các tế bào vô ích, do không có khả năng nhận diện được các kháng nguyên mà các phân tử MHC của chính cơ thể đó trình diện. Như vậy quá trình này đã giữ lại các tế bào T có ích là tế bào biết nhận diện kháng nguyên do phân tử MHC trình diện và do vậy được gọi là quá trình chọn lọc dương tính. Trong quá trình này các tế bào T nào có thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện phức hợp peptide-phân tử MHC lớp I sẽ giữ lại phân tử CD8 là đồng thụ thể của phân tử MHC lớp I còn phân tử CD4 sẽ bị loại bỏ. Ngược lại thì các tế bào T nào nhận diện phức hợp peptide-phân tử MHC lớp II sẽ giữ lại phân tử CD4 là đồng thụ thể của phân tử MHC lớp II còn phân tử CD8 sẽ bị loại bỏ. Bằng cách đó đã tạo ra các tế bào T đơn dương tính (single-positive T cell) là các tế bào chỉ có phân tử CD8 hoặc phân tử CD4 và có khả năng nhận diện tương ứng các kháng nguyên do các phân tử MHC lớp I hoặc lớp II trình diện. Trong quá trình này thì chức năng của các tế bào T cũng đã trở nên tách biệt. Các tế bào TCD8+ khi được hoạt hoá thì có khả năng trở thành tế bào lympho T gây độc còn tế bào TCD4+ thì trở thành các tế bào T hỗ trợ. Tuy nhiên người ta vẫn chưa rõ bằng cách nào mà việc xuất hiện đồng thụ thể lại có thể làm cho tế bào có các chức năng khác biệt như vậy.
Các tế bào T non lưỡng dương tính có các thụ thể nhận diện mạnh mẽ các phức hợp peptide-phân tử MHC ở trong tuyến ức sẽ bị chết do chết tế bào theo chương trình và quá trình này được gọi là chọn lọc âm tính. Quá trình chọn lọc âm tính có vai trò loại bỏ các tế bào lympho T có thể phản ứng theo lối bất lợi chống lại các protein của chính cơ thể có trong tuyến ức mà cũng chính các protein này cũng lại có mặt ở khắp mọi nơi trong cơ thể. Điều ngạc nhiên là cả quá trình chọn lọc dương tính lẫn chọn lọc âm tính đều lấy việc nhận diện các phức hợp peptide-phân tử MHC của cơ thể là cơ sở tuyển chọn và đều diễn ra trong tuyến ức. (Lưu ý là tuyến ức chỉ có thể chứa các phân tử MHC và các peptide của cơ thể còn các peptide của vi sinh vật thì có xu hướng được tập trung ở các cơ quan lympho ngoại vi chứ không được đưa đến tuyến ức). Một cách lý giải khả dĩ cho các kết quả khác nhau này đó là nếu một thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên nhận diện một phức hợp peptide-phân tử MHC của chính cơ thể với háo tính (avidity) thấp thì tế bào sẽ được chọn lọc dương tính còn nếu nhận diện với háo tính cao thì tế bào sẽ bị chọn lọc âm tính. Nhận diện với háo tính cao xẩy ra nếu như peptide ấy của cơ thể có nồng độ cao trong tuyến ức (và vì thế cũng có nồng độ cao ở khắp cơ thể) đồng thời tế bào T có thụ thể có ái lực cao với peptide đó. Đó là các tình huống mà việc nhận diện kháng nguyên có thể tạo ra các đáp ứng miễn dịch nguy hiểm chống lại các kháng nguyên của bản thân cơ thể và do vậy tế bào T đó cần phải bị loại bỏ. Việc nhận diện với háo tính thấp các peptide của cơ thể có vẻ như vô hại. Giống như trong trường hợp các tế bào B, khả năng nhận diện các kháng nguyên lạ tuỳ thuộc vào từng tình huống nhất định. Các tế bào T khi ở trong tuyến ức thì nhận diện yếu các kháng nguyên của cơ thể nhưng khi ra ngoại vi thì lại có thể nhận diện và đáp ứng rất mạnh đối với các kháng nguyên của vi sinh vật từ ngoài xâm nhập vào cơ thể.
Hình 9.13: Các bước trong quá trình chín và chọn lọc các tế bào lympho T bị giới hạn bởi các phân tử MHC
Nội dung trên có tính chất tham khảo, không tự ý áp dụng, cần theo chỉ dẫn của thầy thuốc.
Quý khách có thể đến khám miễn phí tại Phòng khám của Y Dược Tinh Hoa, gọi số 02438438093; 0965340818, hoặc để lại số điện thoại và ý kiến vào ô dưới đây để được tư vấn hiệu quả nhất.
Các bài viết khác
15 phố Nguyễn Như Đổ, Văn Miếu, Đống Đa, Hà Nội. ĐT: 02438438093 . 0965340818 . Hotline: 0913537686 . Làm việc từ 8h đến 18h (Làm cả Thứ Bảy, Chủ nhật).
Xem Đại lý các tỉnh Click tại đây
© Bản quyền thuộc về Y Dược Tinh Hoa LD Hàn Việt. ® Ghi rõ nguồn YDUOCTINHHOA.com khi phát hành lại thông tin từ website này
Chú ý: Các thông tin trên website có tính chất tham khảo. Hiệu quả có thể khác nhau tùy thuộc cơ địa mỗi người, không tự ý áp dụng. Cần tham vấn ý kiến của thầy thuốc.