А.А. Ярилин - Иммунология (1112185), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Структура локусов иммуноглобулиновых генов (IG) человекаСхема локуса TRAV/TRDV (TCR α и δ) человека. Хромосома 14q – 1000 тыс. пар основанийL Vα1 Vα2 Vα3 Vα4Vα51 Vα52 Vα53 Vα54Vδ1 Vδ2 Vδ3Jα 1: 61Dδ1:3 Jδ1:3 Cδ1Схема локуса TRBV (TCRβ) человека. Хромосома 7q – 620 тыс. пар основанийLVβ1 Vβ2 Vβ3 Vβ4 Vβ5Vβ63 Vβ64 Vβ65 Vβ66 Vβ67 Vβ68Dβ1 Jβ1 1:6Cβ1Dβ2Jβ2 1:7Схема локуса TRGV (TCRγ) человека. Хромосома 7р – 160 тыс. пар основанийLVγ1 Vγ2 Vγ3 Vγ4 Vγ5 Vγ6 Vγ7 Vγ8 Vγ9 Vγ10 Vγ11 Vγ12Jγ1 1:3Сγ1 Jγ2 1:2Сγ2Рис. 3.13.
Структура локусов, кодирующих Т-клеточный рецептор (TR) человекаварьирует — от 3 (в TRDV ) до 129 (в IGHV ). Некоторые V-сегменты не экспрессируются (псевдогены), так что реальное число кодирующих геновзначительно меньше (для IGНV — 45). V-сегменты и C-гены пространственно разобщены. Между ними на значительном расстоянии от V-сегментоврасположены короткие сегменты — J (соединительные — от Joining), содержащие 35–50 пар оснований, а в некоторых кластерах (Н, B, D) — такжеD-сегменты (от Divеrsity). Число сегментов J и D варьирует (J — от 4 до 61,D — от 2 до 12).Между V-, D- и J-сегментами расположены рекомбинационные сигнальные последовательности (RSS — Recombination signal sequences).
С 3’-конца(«справа» — см. рис. 3.12 и 3.13) от V-гена расположена консервативнаяпоследовательность из 7 нуклеотидных остатков (гептамер) 5’CACAGTG3’,далее — соединительный участок (спейсер), содержащий 12 или 23 основания, и нонамер (5’ACAAAAACC3’). И гептамеры, и нонамеры имеютпалиндромные последовательности (при считывании в обоих направлениях254Глава 3. Адаптивный иммунитетони оказываются комплементарными). После участка с «нерегламентированной» последовательностью следует нонамер, участок из 23 или 12 оснований, гептамер и J- или D-сегмент. «Правило 12/23» соблюдается всегда:если правее (на 3’-конце) первого кодирующего участка (например, V)расположен 12-членный спейсер, то левее (на 5’-конце) второго участка (например, J) должен располагаться 23-членный спейсер, и наоборот.Последовательности рассмотренных участков для кластеров иммуноглобулиновых генов представлены на рис.
3.14. Кластеры генов TCR организованы аналогичным образом.Приведенное выше строение кластеров рецепторных генов характернодля всех клеток, кроме зрелых лимфоцитов. Описанную конфигурациюгенов называют зародышевой, и V-сегменты, кодирующие V-домен без3-го гипервариабельного участка, также называют зародышевыми. В зрелыхлимфоцитах эти участки организованы иначе — они содержат зрелый V-ген,кодирующий полный V-домен (образован за счет присоединения к зародышевому V-сегменту одного из DJ-сегментов). Описанные выше упорядоченные участки между сегментами V и DJ удаляются в результате глубокойперестройки структуры генетических кластеров, кодирующих рецепторныегены, называемой реаранжировкой ( рекомбинацией) генов. Этот процесспроисходит при дифференцировке в каждом лимфоците независимо, чтоприводит к формированию зрелого V-гена, уникального для данной клетки.Случайно отобранные V- и DJ-сегменты соединяются, при этом неиспользуемый генетический материал удаляется.Vλ:ген в зародышевой конфигурацииГептамер cпейсер, нонамер21 пар осн.V17239V2Нонамер спейсер, гептамер21 пар осн.237V39723 99127J17J2Реаранжировка V:гена.
Формирование петли между V1 и J2V3V2Сигнальное кольцо(удаляется)J199V3122377J2V1Перестроенный V:генV1J2V2J199122377Рис. 3.14. Схема перестройки V-генов иммуноглобулинов на примере генов λ-цепи3.1. Молекулы, распознающие антигены255Реаранжировка генов рецепторов лимфоцитов начинается с экспрессиипод влиянием дифференцировочных стимулов генов V(D)J-рекомбинационного комплекса. Это комплекс содержит 6 компонентов:– димер рекомбиназ (экзонуклеаз) RAG-1/RAG-2;– ДНК-зависимую протеинкиназу;– ДНК-лигазу IV;– терминальную дезоксинуклеотидилтрансферазу (TdT), кодирующуюнематричный синтез олигодезоксинуклеотидов;– гетеродимер HMG 1/2;– гетеродимер Ku70/Ku80.При наличии сегмента D (гены H-цепи иммуноглобулинов, β- и δ-цепейTCR) сначала происходит перестройка на участке между D- и J-сегментами с формированием тандема DJ. Далее перестройка захватывает участокмежду V- и DJ-сегментами.
В обоих случаях сначала происходит реорганизация пространства между перестраиваемыми участками с помощьюRSS. Этот процесс начинается с экспрессии генов RAG. Молекулы RAG-1и RAG-2 присоединяются к концам последовательностей 12 и 23 соединяемых участков гена. Затем субъединицы RAG димеризуются и происходит сближение связанных с ними участков.
Этому способствует комплементарное взаимодействие пар гептамеров и нонамеров, основанное напалиндромности этих последовательностей (см. рис. 3.14). Этот процессосуществляется с участием гетеродимера HMG1/2. В местах примыканияRSS к кодирующим последовательностям происходит разрыв двух нитейДНК (он катализируется рекомбиназой RAG), причем не в точно определенной позиции, а с возможными отклонениями в несколько нуклеотидныхостатков. Разорванные нити ДНК замыкаются друг на друга. В результатеформируется «шпилька», в которой ведущая нить ДНК переходит в комплементарную ей нить (рис. 3.15). Вырезанный отрезок, содержащий RSS,замыкается при соединении разорванных нитей. В результате формируетсякольцевая структура — рекомбинационное вырезанное кольцо (REC — отRecombination excision circle).На следующем этапе происходит «разрешение» шпилек с обеих сторон отместа разрыва: при участии ДНК-зависимой протеинкиназы эндонуклеазаповторно разрывает ДНК, но не на вершине «шпильки», а сбоку, образуемыепри этом отрезки ДНК различаются по длине.
Более длинная нить разворачивается, и на ней комплементарно достраивается вторая. Описанные событияприводят к появлению в составе ДНК новой последовательности, палиндромной по отношению к исходной. Такую последовательность называют«Р-вставка» (от Palindromic) (рис. 3.16). В этот же очень короткий промежутоквремени с участием TdT происходит добавление на свободных концах ДНКолигонуклеотида случайного состава. Поскольку синтез этого олигонуклеотида происходит не на матрице ДНК, такой вариант вставки называютN-вставкой (от Nоn-template).
Протяженность N-вставок не превышает 20 нуклеотидов (обычно меньше 10). Только после этого происходит воссоединение нитей ДНК с 5’- и 3’-концов. В процессах репарации ДНК участвуютДНК-лигаза IV, ДНК-зависимая протеинкиназа и димер Ku70/Ku80. На этомпроцесс реаранжировки конкретного гена завершается. Сформированный256Глава 3. Адаптивный иммунитетИсходная конфигурация сегментов V и D. Экспрессия рекомбиназRAG:1 и RAG:2VRAG:2RAG:1JДимеризация рекомбиназ RAG :1/RAG:2Фор мирование разрывов ДНК, «шпилек» и сигнального кольцаРис.
3.15. Роль рекомбиназ RAG-1 и RAG-2 в начальных событиях перестройкиV-геновРазрыв двутяжевой,ДНК, катализируемыйкомплексом RAG:1/RAG:2Т G C TА C G AТ GА CФормирование «шпильки»и однонитевой разрыв,катализируемый эндонуклеазойТG C A«Разрешение» «шпильки» —разворачивание нити ДНКс формированием Р:вставкиG C A C G A GДостройка нематричногоолигонуклеотида,катализируемая TdTc формированием N:вставкиТ G C A C G A GA C G T G C T CДостройка парной цепи ДНКТР:вставкаN:вставкаРис.
3.16. Образование P- и N-вставок при реаранжировке V-генов3.1. Молекулы, распознающие антигены257Перестройка(реаранжировка)ТранскрипцияСплайсингТрансляцияβ:цепь TCRαβ семейства Vβ3БелокРис. 3.17. Схема перестройки V-генов T-клеточного рецептора на примере геновβ-цепи. На рисунке в общих чертах отражены результаты перестройки рецепторныхгенов на уровне РНК и белказрелый ген может транскрибироваться. После сплайсинга мРНК с нее транслируется белок — цепь иммуноглобулина или молекулы TCR (рис.
3.17).Описанные процессы происходят в 3’-концевой части V-гена — в участке, сформированом при участии DJ-сегментов. Эта область соответствуеттретьему гипервариабельному участку — CDR3. В результате этот участокзначительно превосходит по вариабельности CDR1 и CDR2, структура которых при реаранжировке V-генов не изменяется.Реаранжировка происходит с соблюдением правил, обеспечивающихвысокую упорядоченность этого сложного процесса.
Прежде всего, запускперестройки V-генов в кластерах, кодирующих антигенраспознающиеструктуры BCR и TCR, происходит под влиянием дифференцировочныхсигналов. Лишь «подготовительная» перестройка в регионе D- и J-сегментов может проходить в других клетках (кроме Т- и В-лимфоцитов),например в естественных киллерах, родственных по своему происхождениюТ-лимфоцитам. Перестройка конкретного V-гена всегда начинается в однойхромосоме. При ее успешном завершении прекращается экспрессия геновRAG, что означает прекращение перестройки (ген на второй хромосоме остается неперестроенным и не функционирует). Неудачи при реаранжировкегенов чаще всего связаны со сдвигом рамки считывания, происходящимв 2/3 случаев.
При подобном нарушении перестраивается V-ген на другойхромосоме аллельной пары. При успешном завершении реаранжировкион оказывается единственным функционирующим геном. Таким образомпроисходит «аллельное исключение», т.е. достигается моноспецифичностьантигенраспознающих рецепторов. Поскольку в лимфоците всегда присутствует только 1 полноценно перестроенный ген, аллельное исключениезатрагивает и C-гены. Именно поэтому иммуноглобулиновые рецепторылимфоцитов однородны также по изотипу и аллотипу.
При неудачнойперестройке генов иммуноглобулинов на обоих хромосомах клетка погибаетпутем апоптоза. Это происходит примерно в 45% случаев.Все антигенраспознающие рецепторы состоят из 2-х типов цепей, участвующих в формировании активного центра рецептора. Перестройке258Глава 3. Адаптивный иммунитетподвергаются V-гены всех цепей, формирующих клеточный рецептор, ноне одновременно, а последовательно: в В-клетках сначала перестраиваются гены Н-, а затем — L-цепей; в αβТ-клетках — сначала гены β-, а затемα-цепей.
Только в γδТ-клетках перестройка V-генов γ- и δ-цепей происходитпочти одновременно. Условия перестройки 1-й цепи, как правило, болеежесткие, чем аналогичные условия для 2-й цепи. Сначала перестраиваютсяV-гены κ-, а затем λ-цепей; при этом в каждом случае последовательно перестраиваются гены сначала на одной, а потом на другой хромосоме. Именнопоэтому вероятность успешной перестройки увеличивается в 2 раза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
