Антитіла молока і сироватки крові людини: характеристика каталітичної активності та вплив на ріст і виживання клітин

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ КЛІТИНИ

КІТ ЮРІЙ ЯРОСЛАВОВИЧ

УДК 577.112.7: 576.32/36

АНТИТІЛА МОЛОКА І СИРОВАТКИ КРОВІ ЛЮДИНИ: ХАРАКТЕРИСТИКА КАТАЛІТИЧНОЇ АКТИВНОСТІ ТА ВПЛИВ НА РІСТ І ВИЖИВАННЯ КЛІТИН

03.00.11 – цитологія, клітинна біологія, гістологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Львів – 2008

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті біології клітини НАН України та у Новосибірському інституті біоорганічної хімії СВ РАН.

Науковий консультант: член-кореспондент НАН України

доктор біологічних наук, професор,

Стойка Ростислав Степанович,

Інститут біології клітини НАН України,

завідувач відділу регуляції

проліферації клітин та апоптозу.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

Сибірна Наталія Олександрівна,

Львівський національний університет

імені Івана Франка,

завідувач кафедри біохімії;

доктор біологічних наук,

Скок Марина Володимирівна,

Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України,

головний науковий співробітник

відділу молекулярної мунології;

доктор біологічних наук,

Заставна Данута Володимирівна,

Інститут спадкової патології АМН України,

завідувач відділу діагностики спадкової патології.

Захист відбудеться «11» червня 2008 р. о «1400» годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.246.01 в Інституті біології клітини НАН України (79005, м. Львів, вул. Драгоманова, 14/16).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту біології клітини НАН України за адресою: 79005, м. Львів, вул. Драгоманова, 14/16.

Автореферат розісланий «8» травня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат біологічних наук В.М. Убийвовк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Імунна система ссавців не тільки забезпечує захист організму від шкідливих чинників оточуючого середовища, але й бере участь у регуляції багатьох біологічно важливих функцій, які підтримують гомеостаз організму. Гуморальна імунна система функціонує через продукцію мільйонів варіантів молекул антитіл (АТ), направлених як проти чужорідних антигенів, так і проти антигенів власного організму (аутологічних антигенів). Аутологічні антитіла (ауто-АТ) із спорідненістю до різноманітних біомолекул (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів) було виявлено як у хворих на аутоімунні захворювання, так і в клінічно здорових людей. В останніх описано дві різновидності ауто-АТ: поліреактивні ауто-АТ (Avrameas et al., 1995) та анти-ідіотипові ауто-АТ (Jerne et al., 1985). Поліреактивні ауто-АТ (полі-АТ) сироватки крові людини, головним чином, представлені IgM або імуноглобулінами інших ізотипів, що секретуються особливою популяцією В-лімфоцитів, на поверхні яких присутній білок CD5 (CD5+-B-лімфоцити). Полі-АТ є продуктами недиференційованих генів імуноглобулінів і характеризуються низькою афінністю та поліспецифічністю (спорідненістю до структурно-відмінних антигенів). Поліспецифічність цих ауто-АТ визначає їх подвійну фізіологічну роль в організмі ссавців. З одного боку, полі-АТ забезпечують первинну імунну відповідь організму на дію чужорідних антигенів, а з іншого боку, через спорідненість до аутологічних антигенів ці антитіла можуть бути задіяні у регуляцію гомеостазу.

Другою різновидністю ауто-АТ, які продукуються в нормі, є антиідіотипові АТ (аі-АТ). В основі продукції аі-АТ лежить здатність імунної системи ссавців сприймати варіабельні ділянки власних антитіл (ідіотипи) як чужорідні антигени і продукувати вторинні антитіла (аі-АТ), специфічні до цих фрагментів антитіл. Через рецептор–опосередковану взаємодію із імунокомпетентними клітинами аі-АТ беруть участь у клональній селекції лімфоцитів в організмі ссавців. Згідно з цим механізмом, співвідношення між первинними антитілами і аі-АТ регулює імунну відповідь організму на чужорідні антигени. Характерною ознакою аі-АТ є їхня висока специфічність до антигенних детермінант антитіл.

На відміну від ауто-АТ клінічно здорових людей, ауто-АТ, виявлені в організмі хворих на аутоімунні захворювання, володіють високою специфічністю і високою спорідненістю до аутоантигенів. При цьому антигенна специфічність ауто-АТ безпосередньо пов’язана з типом захворювання та особливістю його перебігу. Через взаємодію із аутоантигенами ауто-АТ, безпосередньо або опосередковано, можуть брати участь у розвитку аутоімунних захворювань, що дозволяє вважати їх молекулярними маркерами, придатними для діагностики аутоімунних захворювань та прогнозування особливостей їхнього перебігу у пацієнтів.

Імунний статус організму вагітних жінок і породіль має ряд суттєвих відмінностей від нормального стану. З одного боку, це пов’язано зі змінами в організмі вагітної жінки, скерованими на забезпечення імунної толерантності щодо клітин організму плоду, а з другого боку, це пов’язано із особливістю функціонування гуморального імунітету у породіль, який направлений на забезпечення імунного захисту новонароджених та на розвиток їхньої власної імунної системи.

Відомо, що зміни у гормональному та імунному статусі жінок, пов’язані з вагітністю, пологами та лактацією, можуть призводити до розвитку аутоімунних захворювань (Сervera et al., 2002; Molokhia et al., 2008). Внаслідок порушення аутоімунної толерантності в організмі жінки з’являються високоспецифічні ауто-АТ та абзими, характерні для хворих на аутоімунні захворювання (Buneva et al., 2003).

Таким чином, дослідження антигенної специфічності та функціональної активності ауто-АТ, які продукуються в нормі, при аутоімунних захворюваннях, а також при вагітності і лактації, є актуальними, оскільки вони дозволяють виявити молекулярні механізми, залучені у розвиток аутоімунних процесів в організмі людини.

Компоненти молозива та молока жінок діють не лише як фактори трофічного забезпечення дитини, але й як чинники регуляції розвитку дитячого організму. Ключову роль у такій регуляції виконують білки молока, які можуть впливати на проліферацію, диференціацію та апоптоз клітин різних типів. Цитокіни, зокрема інтерферон і деякі фактори росту, у невеликій кількості присутні у молоці і сироватці крові (Канышкова та ін., 2003). Інші білки, які задіяні у регуляції клітинної активності, зустрічаються, переважно, у жіночому молоці. До цих білків, наприклад, належить альфа-лактальбумін, олігомерні форми якого здатні індукувати апоптоз пухлинних клітин у присутності іонів кальцію (Hakansson et al., 1995), та лактоферин, який, залежно від наявності іонів заліза, здатний регулювати проліферацію, диференціацію чи апоптоз різного типу клітин (Legrand et al., 2008).

Оскільки лактація є частиною репродуктивного циклу жінки, функціональна активність імуноглобулінів молозива та молока може відображати індивідуальні особливості стану її гуморального імунітету. У жіночому молоці виявлено полі-АТ (Vassilev et al., 1996) та високоспецифічні ауто-АТ, характерні для хворих на аутоімунні захворювання (Brenner et al., 1992; Askanase et al., 2002). Останні можуть бути задіяні у розвитку аутоімунних процесів у дитини.

Важливою функціональною особливістю ауто-АТ, виявлених в нормі та при патології, є їхня здатність каталізувати хімічні реакції. Каталітично активні ауто-АТ отримали назву абзимів. Абзими, подібно до ауто-АТ, виявлених в організмі ссавців, можна розділити щонайменше на два типи – абзими, які є продуктами недиференційованих генів імуноглобулінів (Paul et al., 2005), та абзими, які утворюються внаслідок молекулярної мімікрії антигенів. Останні відносяться до аі-АТ, які продукуються за умов, коли антигенними детермінантами виступають поліпептидні ділянки, які формують каталітичні центри ензимів (Gabibov et al., 2006). Функції абзимів в організмі людини вивчені недостатньо. Аналіз літературних даних вказує на те, що перший тип абзимів може брати участь у знешкодженні вірусних та бактеріальних антигенів в організмі клінічно здорових людей, а другий тип абзимів може бути задіяний у розвитку аутоімунних захворювань.

У молозиві та молоці клінічно здорових породіль присутні обидва типи абзимів. Перший тип (абзими із фосфотрансферазною активністю) було виявлено тільки у молоці жінок (Kit et al., 1991, 1995; Gorbunov et al., 2000, 2005; Karataeva et al., 2005), тоді як другий тип (абзими із гідролізуючою активністю) присутні як у молоці клінічно здорових породіль, так і у сироватці крові хворих на аутоімунні захворювання (Nevinsky et al., 2002, 2003). Оскільки функція цих абзимів в організмі залишається не з’ясованою, дослідження їх біологічної активності є важливим для розуміння особливостей функціонування гуморального імунітету у жінок під час вагітності і лактації.

Усе вищесказане свідчить про актуальність дослідження антигенної специфічності і каталітичної активності антитіл, а також вивчення впливу цих антитіл на ріст і виживання клітин.

Зв’язок роботи з науковими програмами і планами. Роботу було розпочато відповідно до планів науково-дослідних робіт лабораторії радіохімії Новосибірського інституту біоорганічної хімії Сибірського відділення Російської Академії Наук у межах напрямку “Биокатализ, структура и функция гена” упродовж 1994-1999 рр. Пізніше її було продовжено у відділі регуляції проліферації клітин та апоптозу Інституту біології клітини Національної Академії Наук України в межах теми «Дослідження процесів, що відбуваються під час апоптозу, індукованого антинеопластичними препаратами з різним механізмом дії» упродовж 2006-2008 років (номер державної реєстрації № 0106U002599). Частково роботу було також підтримано грантом Російського Фонду Фундаментальних Досліджень за темою: “Роль фосфорилирования лактальбумина человеческого молока в образовании его мультимерных форм, обладающих способностью индуцировать апоптоз раковых, эмбриональных и лимфоидных клеток”, проект 97-04-49931 (1997-1999 рр) та грантом підтримки спільних проектів вчених Національної Академії наук України і Сибірського відділення Російської Академії наук за темою “Біологічно активні сполуки молока і їх фізіологічні функції”, проект № 9 (2006-2008 рр), які були надані здобувачу.

Мета і завдання дослідженя. Метою роботи було дослідити взаємозв’язок між антигенною специфічністю та особливостями каталітичної активності ауто-АТ клінічно здорових людей та хворих на аутоімунні захворювання, а також вивчити їхній вплив на ріст і виживання клітин ссавців in vitro.

Для досягнення цієї мети було проведено дослідження у 3-х основних напрямках:

Порівняти антигенну специфічність та каталітичну активність ауто-АТ, виділених із сироватки крові здорових донорів та хворих на системний червоний вовчак і розсіяний склероз, із ауто-АТ, виділеними із молозива та молока клінічно здорових жінок.

Проаналізувати спорідненість синтетичних та природних чинників, здатних утворювати комплекси із ауто-АТ сироватки крові і молока людини, та дослідити їхній вплив на каталітичну активність абзимів.

Отримати очищені препарати антитіл із різною антигенною специфічністю із сироватки крові та молока людини і дослідити їхній вплив на ріст та виживання клітин in vitro.

У межах цих напрямків дослідження у роботі вирішували наступні завдання:

Дослідити вплив препаратів імуноглобулінів, отриманих із сироватки крові здорових донорів, хворих на розсіяний склероз і молозива породіль, на ріст і виживання клітин in vitro.

Розробити методи очистки ауто-АТ та абзимів із сироватки крові та молока людини.

Визначити антиген-зв’язувальні, каталітичні та регуляторні центри ауто-АТ та абзимів із використанням афінної модифікації молекул АТ реакційно здатними аналогами нуклеотидів та олігонуклеотидів.

Вивчити закономірності регуляції каталітичної активності абзимів сироватки крові та молока людини:

а) за допомогою різних речовин біологічного походження (нуклеотиди, ДНК, РНК, полісахариди, конкурентні інгібітори протеїназ);

б) за допомогою синтетичних речовин (модифіковані аналоги нуклеотидів та олігонуклеотидів, хімічні модифікатори амінокислотних залишків білків).

Встановити закономірності впливу ауто-АТ та абзимів, виділених із сироватки крові клінічно здорових людей та молока породіль, на ріст та виживання ракових і трансформованих клітин in vitro.

Об’єкт дослідження – аутологічні антитіла сироватки крові і молока людини.

Предмет дослідження – виявлення і очистка аутологічних антитіл різної антигенної специфічності із сироватки крові і молока людини та дослідження їхньої функціональної активності, зокрема, впливу на ріст і виживання клітин.

Методи дослідження. У роботі використано методи препаративної та аналітичної біохімії білків і нуклеїнових кислот (осадження білків сульфатом амонію, діаліз, іонообмінна хроматографія, електрофорез у поліакриламідному та агарозному гелі, ізоелектричне фокусування білків, високоефективна рідинна хроматографія). Проведено комп’ютерний аналіз рівня гомології між первинними структурами протеїнкіназ та білків надродини імуноглобулінів. Застосовано методи дослідження цитотоксичної дії чинників на клітини ссавців in vitro (визначення кількості живих і мертвих клітин у культурі, виявлення апоптозу електрофоретичним аналізом нуклеосомної фрагментації ДНК та електрофорезом індивідуальних клітин у гелі агарози (метод ДНК-комет)). Крім того, застосовано імунологічні методи (імуноензимний і цитохімічний аналіз антигенної специфічності антитіл молока людини), а також методи статистичної обробки результатів дослідження.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі розробленої схеми очистки антитіл із заданою антигенною специфічністю із сироватки крові хворих на аутоімунні захворювання (системний червоний вовчак (СЧВ), розсіяний склероз) та молока клінічно здорових жінок уперше очищено каталітично активні антитіла (абзими) класу IgG та IgA зі спорідненістю до АТР (анти-АТР АТ), дволанцюгової ДНК (анти-ДНК АТ) і гістону Н1 (антигістонові АТ). Встановлено, що анти-АТР АТ сироватки крові хворих на системний червоний вовчак і молока клінічно здорових жінок володіють фосфотрансферазною (протеїнкіназною і ліпідкіназною) активністю, анти-ДНК АТ молока людини володіють РНК-азною, ДНК-азною та протеїнкіназною активністю, тоді як антигістоновим АТ сироватки крові хворих на розсіяний склероз і молозива породіль властива протеазна активність щодо деяких лужних білків.

Вперше виявлено чинники, які впливають на каталітичну активність абзимів. Показано, що дезоксирибоолігонуклеотиди стимулюють протеїнкіназну активність sIgA-абзимів молока людини, тоді як нуклеотидтрифосфати інгібують їхню нуклеазну активність.

Виявлено, що імуноглобуліни сироватки крові та молока клінічно здорових людей індукують загибель клітин лейкемії шляхом апоптозу. Разом із тим, у сироватці крові окремих хворих на розсіяний склероз присутні імуноглобуліни, здатні індукувати проліферацію лейкемічних клітин людини.

Теоретичне значення одержаних результатів. Вперше обґрунтовано механізм промітогенної дії IgG-абзимів на клітини ссавців, а також механізм каталізу антитілами фосфотрансферазної реакції. Запропоновано модель внутрішньоклітинної нейтралізації вірусів у епітеліальних клітинах за участю sIgA-абзимів.

Практичне значення отриманих результатів. У роботі проведено аналіз антигенної специфічності, каталітичної та цитотоксичної активності імуноглобулінів, отриманих із молозива клінічно здорових породіль. На основі отриманих результатів зроблено висновок про те, що функціональні властивості імуноглобулінів молозива залежать від індивідуальних особливостей стану гуморального імунітету у породіль. Ці властивості важливо врахувати під час комплексного визначення показників ранніх аутоімунних порушень у жінок, пов’язаних із їхньою вагітністю та пологами.

Особистий внесок здобувача. Авторові належить формулювання теми й мети досліджень, вибір об’єктів, а також вибір і розробка методів дослідження, постановка експериментів. Експериментальні визначення, обробка даних, їхній теоретичний аналіз виконані автором самостійно, або за його безпосередньою участю. Автором проведено аналіз даних літератури за темою роботи, сформульовано та обґрунтовано висновки та узагальнення.

Науковим консультантом здійснювалося загальне керівництво проведенням досліджень та обговорення отриманих результатів у період роботи дисертанта в Інституті біології клітини НАН України.

Апробація одержаних результатів. Основні результати дисертації обговорювались на ІІ міжнародній конференції “Catalytic Antibodies and Antibody Engineering” (Шантілі, Франція, 1996); X міжнародному імунологічному конгресі (Нью-Делі, Індія, 1998); Кістоунському симпозіумі з молекулярної і клітинної біології (Брекенрідж, США, 1999); III Парнасівській конференції “Mechanisms of cellular signal transduction and communication” (Львів, 2000); Міжнародній конференції “RNA as Terapeutic and Genomic Target” (Новосибірськ, Росія, 2001); конференції НАТО “Frontiers in autoimmunity: fundamental aspects and clinical perspectives” (Кеслей, Угорщина, 2002); Установчому з’їзді українського товариства клітинної біології (Львів, 2004); V Парнасівській конференції (Київ, 2005); XI Українському біохімічному з’їзді (Харків, 2006); ІІІ Міжнародній конференції “Фундаментальные науки – медицине” (Новосибірськ, Росія, 2007); ІІ з’їзді українського товариства клітинної біології (Київ, 2007).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 38 наукових робіт, із них 25 статей у фахових вітчизняних і міжнародних журналах, 1 огляд та тези 12 доповідей на наукових конференціях.

Зміст та обсяг роботи. Дисертація включає вступ, огляд літератури, матеріали і методи, результати власних досліджень, що складаються із 9 розділів, аналіз та узагальнення результатів досліджень, висновки, список використаної літератури, який нараховує 300 найменувань. Текст дисертації викладено на 290 сторінках машинописного тексту і проілюстровано 118 рисунками і 5 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали і методи дослідженя. Отримання електрофоретично гомогенних препаратів антитіл є однією із найбільш важливих умов дослідження їхньої функціональної активності. У першу чергу, це стосується каталітично активних антитіл, які володіють аналогічною із ензимами каталітичною активністю. Виділення та очистка абзимів є досить складним завданням. Це зумовлено сукупністю факторів. Відомо, що сумарні препарати імуноглобулінів є поліклональними, складаються із різноманітних за ізотипом антитіл, які мають спорідненість до великої кількості різноманітних антигенів, серед яких є й ензими. Останні можуть знаходитися у комплексі із антитілами, що може бути причиною артефактів при дослідженні їхньої каталітичної активності. Тому на перших стадіях очистки ауто-АТ необхідно відділити антитіла від різноманітних антигенів, у першу чергу від білків. Наступним кроком повинно бути виділення фракції антитіл, яка володіє спорідненістю до антигену – потенційного субстрату каталітичної реакції.

На рис.1 наведено узагальнену схему очистки ауто-АТ із сироватки крові та молока людини, яка дозволяє отримати препарати антитіл із заданою антигенною специфічністю, збагачені каталітично активними антитілами.

На першій стадії очистки імуноглобуліни осаджували 50% сульфатом амонію. Це дозволяє відділити фракцію імуноглобулінів від основної маси білків сироватки крові чи молока. Наступна стадія включає афінну хроматографію на колонці, яка містить протеїн A - або протеїн G - агарозу (або сефарозу). Для видалення домішок колонки промивали розчинами із підвищеною концентрацією NaCl (0,3–0,5 М) у присутності неіонних детергентів (NP-40, тритон Х-100). Елюцію імуноглобулінів із колонки проводили буфером із низьким значенням рН (1 M оцтова кислота або 0,1 М гліцин-HCl, рН 2,6). Використання цих сорбентів дозволяє уже на перших стадіях очистки отримати препарати, які на 90-95% складаються із імуноглобулінів. Для подальшої очистки антитіл або їхнього розділення на субкласи (наприклад, sIgA та IgG молозива) використовували іонообмінну хроматографію або напівпрепаративну гель-фільтрацію (Невинский та ін., 2000). Препарати антитіл, очищені таким методом, є електрофоретично гомогенними (рис.1А, Б) і придатні для виділення антитіл зі спорідненістю до певних антигенів чи субстратів каталітичної реакції.

Отримані препарати імуноглобулінів у подальшому слугували для виділення моноспецифічних поліклональних антитіл із сироватки крові і молока людини афінною хроматографією на колонках, які містять сорбенти із ковалентно зв’язаними лігандами. Сорбентами слугували: АТР-сефароза, ДНК-целюлоза, гістон Н1-сефароза. Залежно від спорідненості до сорбентів, антитіла елюювали градієнтом концентрації 0–1 М NaCl (анти-АТР IgG сироватки крові хворих на системний червоний вовчак), 3,5 M MgCl2 (анти-АТР sIgA молозива породіль), 50 мМ NaOH (анти-ДНК sIgA молозива породіль), 0,1 М гліцин-HCl, рН 2,6 (антигістонові АТ субкласів IgG та sIgA сироватки крові хворих на розсіяний склероз і молозива породіль).

Визначення протеїнкіназної активності. Для аналізу протеїнкіназної активності АТ і rsCD4 донором фосфату був (g-32P) ATP (5000 Ki/ммоль, “Изотоп”, Російська Федерація). Реакційне середовище містило 0,3 – 3 мкг білка,20 мМ трис-HCl, рН 7,4, 5-10 мМ MgCl2, 25 мкКі (g-32P) ATP. У деяких випадках, у реакційне середовище додатково додавали АТР, казеїн коров’ячого або людського молока. Реакцію фосфорилювання проводили впродовж 30 хв при 37 °С і зупиняли додаванням денатуруючого розчину (65 мМ трис-HCl, рН 6,8, 1% Ds-Na, 2% 2-меркаптоетанол, 10% гліцерин) або 10% ТХО. Білки розділяли електрофорезом у 12% ПААГ, або у градієнті 6-16,5% ПААГ у присутності 0,1% DS-Na. Гелі фарбували Coomassie R-250, висушували і піддавали авторадіографії протягом 20 год.

Визначення ліпідкіназної активності. Для аналізу використовували препарати IgG і sIgA різного ступеня очистки. Реакцію фосфорилювання проводили у середовищі, яке містило 20 мM трис-HCl, pH 7,5, 3 мМ MgCl2 і 20 мкКі (g-32P) ATP.32Р-мічені ліпіди екстрагували розчином хлороформ: метанол (2: 1) і розділяли на пластині Kieselgel 60 у системі хлороформ: метанол: 7М NH40H (60: 35: 5). Пластину висушивали і піддавали авторадіографії.

Визначення нуклеазної активності. Нуклеазну активність імуноглобулінів визначали згідно раніше описаної методики (Shuster et al., 1992). Як субстрат використовували надспіралізовану та лінійну форми плазмідної ДНК, тотальну РНК E. coli або рибосомну РНК клітин аденокарциноми людини лінії A549. Для аналізу зразки, які містили 1-5 мкг білка, інкубували із 3-5 мкг нуклеїнових кислот у 20 мМ трис-HCl, 75 мМ NaCl, 10 мМ MgCl2 протягом 1 год при 37 °С. Ефекторами реакції слугували 0,1-3 мМ АТР або 1 мМ GTP, СТР, TTP, dATP, dGTP, dCTP, dTTP. Продукти реакції розділяли електрофорезом у 1% агарозі у трис-борат-ЕДТА буфері, рН 8,3 у присутності 0,001% бромистого етидію. Гель фотографували при ультрафіолетовому освітленні.

Визначення протеазної активності. Для аналізу протеазної активності АТ субстратами слугували гістони тимусу теляти і цитохром С („Fermentas”, Литовська Республіка). Реакцію гідролізу проводили у буфері, який містив 20 мМ трис-HCl, pH 7,5 у присутності 3 мг/мл білка і 0,05 – 0,3 мг/мл АТ упродовж 1-3 год при 37 °С. Реакцію зупиняли додаванням у реакційне середовище 4-кратного денатуруючого буферу (0,2 М трис-HCl, рН 6,8, 4% Ds-Na, 8% 2-меркаптоетанол, 40% гліцерин) і білки розділяли електрофорезом у 12% ПААГ у присутності 0,1% Ds-Na. Гелі фарбували Coomassie G-250.

Аналіз каталітичної активності АТ після розділення гель-фільтрацією за умов дисоціації імунних комплексів (рН-шок). Препарати АТ піддавали гель-фільтрації на колонці розміром 180 x 5 мм, яка містила Toyopearl TSK HW-55 („Toyo Soda”, Японія). Білки препаратів АТ попередньо осаджували 50% сульфатом амонію й осад розчиняли в 0,1 М гліцин-HCl, рН 2,6 або 50 мМ NaOH. Елюцію білків проводили цими ж розчинами. Хроматографічні фракції (300 мкл) збирали, нейтралізували і діалізували проти буферу, що містив 20 мМ трис-HCl, pH 7,5, 0,1 М NaCl протягом 18 год. Вміст білків аналізували електрофорезом у градієнті ПААГ (7 – 18,5%) у присутності 0,1% Ds-Na. Для аналізу каталітичної активності від хроматографічних фракцій відбирали аліквоти (30 мкл), додавали 6 мкг субстрату (плазмідна ДНК, гістон Н1) й інкубували 2 год при 37 °С. Продукти реакції розділяли електрофорезом залежно від природи субстрату.

Афінна модифікація білків реакційно здатними аналогами АТР і олігонуклеотидів. Для виявлення АТР - і ДНК-зв’язувальних ділянок на молекулах білків використовували реакційно здатні похідні АТР(ClR-Р-ppA) і (g-32P) ATP(ClR-32Р-ppA), а також 32Р-мічений 14-мірний дезоксириботимідилат (ClRCH2NHp(T) 14), які були синтезовані к. б. н. Якубовим Л.А. (Інститут хімічної біології і фундаментальної медицини, Новосибірськ, Російська Федерація). Реакційною групою слугувала алкілуюча сполука 4- ((N-2-хлоретил-N-метил) аміно) бензиламін, приєднана до 5'-кінцевої фосфатної групи олігонуклеотиду або g-фосфату (g-32P) ATP (рис.2).

Афінну модифікацію білків (sIgA, rsCD4) проводили у забуференому фізіологічному розчині (ЗФР: 0,14 М NaCl, 10 мМ NaН2РО4, рН 7,5) у присутності 10 мкМ алкілуючого реагенту протягом 45 хв при 37 °С. Конкурентами у реакції слугували: ДНК тимусу теляти, сумарна РНК E. coli і гепарин у концентрації 1 мг/мл або 30 мкМ d(T) 14. Після завершення інкубації до реакційного середовища додавали денатуруючий буфер (2% Ds-Na, 50 мМ трис-НCl, рН 6,8, 4% 2-меркаптоетанол, 20% гліцерин) і білки розділяли електрофорезом у 10% ПААГ у присутності 0,1% Ds-Na. Гелі висушували і проводили їхню авторадіографію.

Імуноензимний аналіз (ІЕА). ІЕА проводили згідно описаної нижче методики. Для сорбції антигенів у лунки 96-лункового планшету для імунологічних аналізів вносили 30 мкл розчину, який містив 2 мкг гістонів або дволанцюгову ДНК у 0,1 М K2CO3/KHCO3, pH 8,6, й інкубували протягом 18 год при 4 °С. Лунки промивали (3 рази) 200 мкл буферу А (1% БСА у ЗФР), додавали 15 мкг антитіл у 200 мкл буферу А й інкубували протягом 2 год при 37 °С. Лунки тричі промивали 200 мкл буферу А, додавали 50 мкл розчину кон’югату білок А – пероксидаза хрону ("Sigma", США) у розведенні 1: 500 й інкубували протягом 1 год при 37 °С. Лунки планшету тричі промивали 200 мкл ЗФР у присутності 0,05% Twin-20 і фарбували розчином діамінобензидин/Н2О2 протягом 30 хв при 37 °С. Реакцію зупиняли 1 М ортофосфорною кислотою. Оптичну густину розчину визначали при довжині хвилі 492 нм на спектрофотометрі NanoDrop ND 1000 („NanoDrop Technologies”, США). Рівень ауто-АТ у лунках вираховували за величиною оптичного поглинання розчину забарвлених продуктів пероксидазної реакції. Визначення проводили у трьох паралельних дослідах.

Клітини та їхнє культивування. У роботі використовували клітинні лінії, одержані з колекції Інституту експериментальної патології, онкології та радіобіології НАН України: Jurkat – лейкемічні Т-лімфоцити периферичної крові людини, Namalwa – В-лімфоцити людини (лімфома Беркіта); L1210 – лейкемічні В-лімфоцити миші, L929 – трансформовані фібробласти миші. Клітини культивували у середовищі RPMI-1640 або DMEM („Sigma”, США) у присутності 10% сироватки крові ембріонів ВРХ („Sigma”, США) і 50 мкг/мл гентаміцину.

Аналіз цитотоксичної активності препаратів антитіл. Клітини інкубували із препаратами АТ (кінцева концентрація 0,7 мг/мл) протягом 24, 48 або 72 год. Фарбування клітин проводили 0,1% водним розчином трипанового синього. Кількість незабарвлених живих і забарвлених мертвих клітин підраховували у гемоцитометричній камері під світловим мікроскопом Биолам Р (ЛОМО, Російська Федерація). Індекс життєздатності (IЖ) визначали за формулою: IЖ = O/C x 100, де О – кількість живих клітин у культурі під впливом АТ, С – кількість живих клітин у культурі у відсутності АТ.

Аналіз субклітинної локалізації антигенів ауто-АТ. Клітини відмивали ЗФР від культурального середовища, готували цитологічні мазки, фіксували їх метанолом протягом 90 сек і висушували при кімнатній температурі. Після цього мазки інкубували з препаратами Ig (розведення 1: 75) при 4 °C протягом ночі. Після інкубації мазки промивали ЗФР двічі по 10 хв та інкубували із FITC-міченими IgG кози, специфічними до Н-ланцюгів IgA людини, або кон’югованими із пероксидазою хрону IgG кролика, специфічними до Н-ланцюгів IgG людини („Sigma”, США), у розведенні 1: 50 протягом 1,5 год при 37 °С. Мазки промивали ЗФР, фарбували флуоресцентним барвником DAPI (1 мкг/мл) протягом 1 хв, знову промивали ЗФР, дистильованою водою і фотографували під мікроскопом Микмед К-2-12 („ЛОМО”, Росія) при відповідних довжинах хвилі збудження та емісії для виявлення флуоресценції. У випадку, коли для детекції використовували кон’югати АТ із пероксидазою хрону, комплекси антиген-АТ фарбували розчином діамінобензидин/Н2О2 у присутності 100 мМ NiCl2 протягом 30 хв при 37 °С і виявляли мікроскопією у видимій області спектру.

Виділення фрагментованої ДНК та її електрофорез у гелі агарози. Клітини після культивування із препаратами АТ осаджували центрифугуванням при 2000 об/хв протягом 5 хв. До осаду клітин додавали 0,5 мл холодного ЗФР та фіксували, поступово додаючи до суспензії клітин 5 мл холодного розчину 70% етанолу. Клітини залишали на 12 год при - 20 °С (деякі зразки зберігали при даній температурі протягом 3-4 тижнів). Після цього клітини центрифугували при 2000 об/хв протягом 5 хв. Осад клітин (2-3 млн. клітин) ресуспендовували у 40 мкл фосфат-цитратного буферу, який містив 192 частини 0,2 М Na2HPO4 та 8 частин 0,1 М лимонної кислоти, рН 7,8, та залишали при кімнатній температурі на 30 хв. Після центрифугування при 3000 об/хв протягом 5 хв надосадову рідину переносили у свіжу пробірку типу Еппендорф та додавали 3 мкл 0,25% водного розчину NP-40 („Sigma”, США) та 2 мкл РНК-ази А (розчин 10 мг/мл у воді). Після 1-годинної інкубації при 37 °С до суспензії додавали 5 мкл протеїнази К („Merck”, Німеччина) (розчин 1 мг/мл у воді) та інкубували 1 год при 37 °С. Після інкубації до препарату ДНК додавали 12 мкл буферу, який містив 0,25% бромфенолового синього, 50 мМ трис-HCl, рН 7,5, 50% гліцерину і розділяли в 1% гелі агарози у присутності 0,005% етидію броміду при напрузі 4 В/см протягом 2 год. Фрагменти ДНК виявляли при ультрафіолетовому освітленні і фотографували цифровою камерою Nikon Coolpix 4200.

Мікроелектрофорез ДНК окремих клітин у гелі агарози (метод ДНК-комет). Аналіз здійснювали, як описано (Камінський та ін., 2005). Для формування гелю, предметні скельця покривали плівкою агарози шляхом нанесення 2 мл 1% тугоплавкої агарози („Serva”, Німеччина) і висушування у термостаті при 37 °С.40 мкл суспензії клітин вносили у пробірку типу Еппендорф і поміщали у водяну баню при 40 °С, змішували із 120 мкл розчину легкоплавкої агарози („Serva”, Німеччина) (кінцева концентрація агарози становила 0,75%), швидко наносили на теплі предметні скельця 150 мкл такої суміші і покривали теплим покривним скельцем. Після застигання агарози обережно знімали покривне скельце і вносили у лізувальний буфер (2% лаурил саркозинат, 0,5 М ЕДТА, рН 7,5, 0,3 мг/мл протеїнази К). Гелі інкубували при 4о С упродовж 1 год, а потім 20 год при 37 °С. Гелі витримували тричі по 20 хв у буфері ТБЕ (90 мМ трис, 90 мМ борної кислоти та 2 мМ ЕДТА, рН 8,5), після чого вносили в електрофоретичну камеру і заливали цим же буфером (2-3 мм буферу над скельцем). Електрофорез здійснювали при напрузі 0,6 В/см протягом 25 хв, причому електричне поле скеровували поперек предметного скельця. Після лужного електрофорезу препарати нейтралізували у 0,4 М трис-HCl, рН 7,5. Гелі висушували і фарбували водним розчином етидію броміду у концентрації 2 мкг/мл.

Комп’ютерний аналіз рівня гомології послідовностей амінокислот імуноглобулінів і рецептора СD4 та протеїнкіназ. Амінокислотну послідовність рецептора СD4 та Fc-фрагментів імуноглобулінів було отримано із бази даних Swiss-Prot. Для аналізу рівня гомології використовували банк генів протеїнкіназ KinBase та програми порівняння Kinom Blast Server (www. kinase. com). Аналіз доменної організації рецептора СD4 проводили, використовуючи базу даних SMART (smart. embl-heidelberg. de) та Pfam (pfam. wustl. edu). Пошук функціональних мотивів молекули СD4 здійснювали, застосовуючи базу даних Scansite та програму порівняння Motif Scan (scansite. mit. edu).

Статистична обробка отриманих результатів досліджень. Усі досліди повторювали 3-5 разів. У роботі наведено середні значення величин і стандартні похибки (M±m). Статистичний аналіз проводили, користуючись критерієм Ст’юдента (t). Вірогідними вважали дані у випадку, коли р≤0,05. Побудову графіків та статистичну обробку даних здійснювали за допомогою комп’ютерних програм Origin 4.0 та Excel 97.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Вплив препаратів антитіл сироватки крові та молока людини на ріст і виживання Т-клітин лінії Jurkat. Аналіз впливу препаратів сумарних імуноглобулінів (Ig), отриманих із сироватки крові 22 хворих на розсіяний склероз (РС), і 25 зразків молозива клінічно здорових породіль, отриманих осадженням 50% cульфатом амонію, показав, що залежно від донорів, ці препарати можуть як пригнічувати, так і стимулювати ріст Т-клітин лінії Jurkat in vitro (рис.3). На відміну від Ig хворих на розсіяний склероз, препарати Ig, отримані із сироватки крові здорових донорів, у більшості випадків пригнічували ріст клітин in vitro. Рівень гальмування приросту Т-клітин лінії Jurkat під дією Ig здорових донорів був близьким до рівня гальмування приросту цих клітин під впливом Ig хворих на розсіяний склероз. При цьому жоден із 25 препаратів Ig здорових донорів не володів промітогенною активністю щодо Т-клітин лінії Jurkat. Співвідношення кількості живих і мертвих клітин у цьому досліді вказує на те, що деякі препарати Ig молозива породіль володіють цитотоксичною активністю щодо Т - клітин лінії Jurkat.

Гель-електрофорезом індивідуальних клітин (аналіз ДНК-комет), а також електрофоретичним аналізом міжнуклеосомної фрагментації ядерної ДНК встановлено, що загибель Т-клітин лінії Jurkat під впливом цитотоксичних препаратів Ig молозива породіль відбувається шляхом апоптозу (рис.4).

Наступне дослідження показало, що подібно до Ig молозива породіль, окремі препарати Ig, очищені із сироватки крові хворих на розсіяний склероз і здорових донорів, також індукують апоптоз цих Т-клітин.

Отримані результати вказують на особливості впливу препаратів імуноглобулінів на ріст і виживання Т-клітин лінії Jurkat, що може відображати індивідуальний стан гуморального імунітету донорів. Відмінності у дії препаратів Ig щодо клітин можуть бути пов’язані із присутністю в їхньому складі ауто-АТ певної антигенної специфічності і каталітичної активності. Особливої уваги заслуговує той факт, що досліджені препарати сумарних АТ сироватки крові хворих на розсіяний склероз і АТ молозива пророділь володіли як цитотоксичною, так і промітогенною активністю щодо Т-клітин лінії Jurkat. Ці дані вказують на те, що у молозиві людини можуть бути присутні ауто-АТ, які за своєю антигенною специфічністю і біологічною активністю подібні до ауто-АТ сироватки крові хворих на аутоімунні захворювання.

Ауто-АТ молозива клінічно здорових породіль. Характерною ознакою аутоімунних порушень в організмі людини є поява високоспецифічних ауто-АТ до ядерних антигенів – дволанцюгової ДНК та гістонів. За допомогою ІЕА було проаналізовано 25 препаратів Ig молозива породіль на наявність у них анти-ДНК АТ та анти-гістонових АТ. Як позитивний контроль застосовували препарати IgG сироватки крові хворих на розсіяний склероз, а як негативний – препарати IgG сироватки крові здорових донорів. Встановлено, що вміст анти-ДНК АТ в усіх препаратах Ig молозива породіль, окрім препарату Ig № 4, суттєво не відрізнявся від вмісту анти-ДНК АТ у препаратах IgG, виділених із сироватки крові здорових донорів (рис.5). Вміст анти-ДНК АТ у препараті № 4 був достовірно вищим, ніж в інших препаратах АТ, хоча у цілому, він був нижчим, ніж у препаратах IgG, виділених із сироватки крові хворих на розсіяний склероз.

Анти-гістонові АТ було виявлено у складі 12-ти препаратів Ig молозива породіль (Рис.5). При цьому у 6-ти препаратах їхній рівень був близьким або перевищував рівень анти-гістонових АТ, виявлених у препаратах IgG сироватки крові хворих на розсіяний склероз. Найвищим вмістом анти-гістонових АТ характеризувався препарат № 4, де рівень анти-гістонових АТ у 2,5 рази перевищував їхній рівень у препаратах IgG сироватки крові хворих на розсіяний склероз.

Додатковим підтвердженням наявності ауто-АТ у молозиві породіль можуть слугувати дані аналізу субклітинної локалізації антигенів секреторних імуноглобулінів А (sIgA) у фіксованих препаратах клітин. За допомогою FITC-мічених АТ, специфічних до IgA людини, було виявлено, що препарати сумарних імуноглобулінів молока містять s