Уже давно известно, что комплексы антиген—антитело, а также денатурированные нагреванием иммуноглобулины могут опосредовать выполнение некоторых функций, например фиксацию комплемента, тогда как свободные иммуноглобулины не способны к этому. Другие функции, такие как связывание клеточных Fc-рецепторов, предпочтительно осуществляются комплексами, а не свободными IgG. Выполнение этих функций происходит при участии Fc-районов иммуноглобулинов. В то же время связывание антигена осуществляется вариабельным участком Fab-фрагмента, находящимся на противоположном конце молекулы. Здесь возникает принципиальный вопрос: каким образом связывание антигена может активировать эффекторные функции антитела? Для объяснения данного явления были выдвинуты две различные теории. В одной из них предполагается, что в основе всех изменений, приводящих к фиксации комплемента, может лежать агрегация иммуноглобулинов в результате связывания с неким поливалентным лигандом. Другая теория основывается на предположении о том, что антиген действует как истинный аллос-терический эффектор, т.е. что связывание антигена само по себе вызывает кон-формационные изменения, распространяющиеся через всю молекулу от домена к домену и в конце концов приводящие к конформационной перестройке Fc-участка. Вопрос о том, какой из двух теорий следует отдать предпочтение, сводится в основном к экспериментальной проверке принципиальной возможности активации этих процессов путем связывания истинно моновалентного лиганда. Данной проблеме было посвящено большое количество работ, выполненных многочисленными исследователями, однако вопрос до сих пор остается открытым. Мы попытаемся осветить наиболее важные результаты, полученные в этом направлении. Для более детального изучения предмета читатель отсылается к обзорам Мецгера [123, 124] и Кату [125].

В 60-х годах было сделано несколько важных открытий. Борсос и Рапп [126, 127] обнаружили, что одна молекула IgM (представляющая собой пента-мер) способна активировать комплемент, тогда как если такую активацию проводить с помощью IgG, то требуется, чтобы по крайне мере две молекулы иммуноглобулинов находились в тесном контакте друг с другом. Иными словами, при активации с помощью IgG агрегация молекул, если и не достаточна, то уж во всяком случае необходима, тогда как при активации с помощью IgM она вообще не является обязательной. Конечно, даже в случае IgM в принципе можно было бы понять, что опосредует эффекторную функцию — сшивка ан-тигенсвязывающих центров в одном пентамере или аллостерический эффект, вызываемый ассоциацией одной молекулы моновалентного лиганда с одним антигенсвязывающим центром. Генни и Ишизака [128] обнаружили, что когда молекулы IgG агрегировали в результате связывания антигена или каких-то неспецифических взаимодействий, то на их поверхности появлялись новые антигенные детерминанты. В то же время получить с помощью физических методов доказательства наличия конформационных изменений, индуцируемых только одним моновалентным антигеном, оказалось довольно трудным делом [123]. Фактически на сегодняшний день не известно ни одного случая, когда бы можно было с уверенностью утверждать, что свободный гаптен индуцировал конформационные измерения в Fc-районе антитела или фиксацию комплемента.

В то же время было показано, что несколько более крупные по размеру моновалентные лиганды вызывают в структуре Fc-участка определенные из-менения, обнаруживаемые с помощью кривой поляризации флуоресценции [129, 130]. Хотя следует указать, что изменения, обнаруживаемые этим методом, не всегда коррелируют со способностью фиксировать комплемент. Браун и Кошланд [131] для регистрации конформационных изменений использовали другой подход. Они определяли антигенные детерминанты J-цепи, которые в нормальном сосотоянии были запрятаны внутрь молекулы IgM, но в результате связывания моновалентного лиганда оказывались на поверхности. При связывании молекулы рибонуклеазы с ирикрепленным одним гаптеном наблю-далось небольшое, но вполне ощутимое (в 1,4 раза) увеличение экспонирован-ности J-цепи. Если же этот антиген был поливалентным, то даже в условиях его избытка, когда по идее вероятность межмолекулярной сшивки сведена к минимуму, экспонированность увеличивалась сильнее (в 1,9 раза). Те же авторы, кроме того, наблюдали фиксацию комплемента, индуцируемую связыванием тем же моновалентным антигеном с IgM-антителами [132]. Однако концентрации, при которых фиксация комплемента имела место, были при этом на два-три порядка ниже концентраций, необходимых для наблюдения эффекта

экспонирования J-цепи. Кроме того, метод, использованный для получения моногаптенной рибонуклеазы, несмотря на весьма тщательные предосторожности, не позволял полностью исключить присутствие бивалентного лиганда в концентрации, меньшей порогового уровня обнаружения. Эта и другие причины вынуждали Чиянга и Кошланда [133, 134] упорно совершенствовать технику своих экспериментов, которые, по-видимому, наиболее убедительно демонстрируют возможность с помощью моновалентного лиганда индуцировать фиксацию комплемента IgM-антителами. Для получения истинно моногаптенного антигена Чиянг и Кошланд воспользовались тем, что в ферменте папаине имеется всего одна активная сульфгидрильная группа. Кроме того, для предотвращения возможной агрегации белковых молекул лизино-вые остатки папаина были сукцинилированы. Полученный в результате реагент, как и ожидалось для моновалентного лиганда, оказался неспособным преци-питировать антитела. В то же время он, как и поливалентные лиганды, индуцировал фиксацию комплемента специфичными к гаптену IgM-антителами. Более того, при этом наблюдалась поразительная корреляция между размером носителя и способностью конъюгата этого носителя с моновалентным ли-гандом индуцировать фиксацию комплемента. Этот результат был получен с помощью набора различающихся по размеру протеолитических фрагментов папаина, несущих сульфгидрильную группу с присоединенным к ней гаптеном. Экстраполируя в сторону уменьшения размера фрагмента, получим,что предельно допустимый лиганд, который еще будет обладать активностью, должен состоять из пяти или шести аминокислотных остатков и гаптена. Этот вывод согласуется с результатами многих других исследований. Свободный гаптен не вызывал фиксации комплемента. Было высказано предположение о том, что в антигене, способном индуцировать конформационные изменения, приводящие, как считается, к фиксации комплемента, размеры переносчика должны быть больше размеров свободного гаптена.
Если моновалентный лиганд вызывает конформационные изменения, рас-пространяющиеся от антигенсвязывающего центра к Fc-участку и вызывающие фиксацию комплемента, то возникает следующий вопрос: как эти изменения могут передаваться от одного домена к другому? Было обнаружено, что тран-с-контакт между цепями значительно сильнее, чем ^ас-контакты между доменами в пределах одной цепи, и что шарнирный участок отличается особенной гибкостью вблизи своих концов [124]. Чиянг и Кошланд [134] предположили, что присоединение объемного лиганда, даже если он моновалентен, может приводить к значительному уменьшению подвижности Fab-субъединиц или, наоборот, индуцировать напряжение в Fab, вызывающее переход междоменных сегментов полипептида из подвижной нерегулярной конформации в более жесткую конформацию обратимого р-изгиба. Развивая эту идею, Чир-коло и Борсос [135] на основе экспериментов, устанавливающих связь среднего расстояния между гаптенами на поверхности эритроцитов и способности IgG-антител производить комплементзависимый лизис, предположили, что для фиксации комплемента требуется иммобилизация Fab-субъединиц под определенным углом по отношению друг к другу. Некоторые данные, противоречащие этой гипотезе, получены недавно Гленни и Стивенсоном [136]. Путем избирательного удаления из молекулы кроличьего IgG только одного Fab-фра-гмента они приготовили моновалентный Fab/c-фрагмент, состоящий из интакт-ных Fc- и одного Fab-субъединиц. Такие фрагменты все еще были способны опосредовать комплементзависимый лизис клеток. Однако неясно, оказывает ли удаление одного Fab-фрагмента на оставшуюся часть молекулы эффект, эквивалентный иммобилизации в определенном положении угла между двумя Fab-фрагментами. Основываясь на данных о неоперативности связывания первого компонента комплемента, Хоффманн [137] выдвинул гипотезу «аллостери-ческого кластера», согласно которой агрегация служит для усиления истинных аллостерических эффектов. Следует, однако, заметить, что ни один из предложенных механизмов строго не доказан.

По-видимому, можно утверждать, что для IgG агрегация является необ-ходимым условием, тогда как в случае IgM, представляющих собой пентамеры, межмолекулярная агрегация оказывается необязательной, а аналогичные из-менения, приводящие к активации эффекторной функции (фиксации комплемента), может вызывать либо сшивка антигенсвязывающих центров, либо присоединение объемных моыовалентных дигандов. Не исключено, что причина, по которой для индукции подобных изменений нужен не свободный гаптен, а объемный лиганд, связана с необходимостью ограничить подвижность Fab-фрагментов, аналогично тому, как это происходит при сшивке данных фрагментов с помощью поливалентного лиганда. Таким образом, требуемые конформационные перестройки в Fc-районе, судя по всему, возникают из-за ограничения подвижности Fab-субъединиц, а не вследствие локальных конформа-ционных изменений в антигенсвязывающем центре, распространяющихся затем последовательно от домена к домену. Для осуществления некоторых других функций, например активации тучных клеток при связывании IgE с рецепторами, специфичными к Fc-району данного изотипа иммуноглобулинов, сшивка, по-видимому, оказывается решающим сигналом [138]. Возможно, что подобные эффекторные функции могут реализоваться другим способом по сравнению с тем, как происходит фиксация комплемента. Итак, несмотря на значительный прогресс, достигнутый за последние восемь лет, точный механизм, с помощью которого антиген вызывает активацию эффекторных функций в Fc-районе, не установлен.