Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Установлено, однако, что иммуноглобулин Е опосредует аллергические реакции и тем самым оказываетвредное действие.248Часть V.Молекулярная физиологияСтруктурная гомология доменов иммуноглобулинов указывает на характер их происхождения в эволюции. Выше уже рассматривался вопрос о том, что сходство последовательностей аминокислот в молекулах химотрипсина, трипсина, эластазы и тромбинасвидетельствует о происхождении этихферментов от общего предшественника(разд. 8.11). Аналогичным образом внутренняя гомология в молекуле иммуноглобулина свидетельствует о появлении антител в процессе дупликации генов и ихпоследующей дивергенции (видоизменения).Ген-предшественник кодировал, вероятно,примитивную молекулу антитела, состоящую примерно из 108 аминокислотныхостатков.
Далее, по всей вероятности, происходила дупликация гена-предшественника; в результате дивергенции образовавшихся новых генов возникли разные типывариабельных и константных областей. Аллен Эдмундсон (Allen Edmundson) высказалпредположение, что димер L-цепи выполнялфункциюпримитивногоантитела(рис. 33.22).Рис. 33.21.Способ связывания фосфорилхолина (показан синим цветом)с антителом в участке, связывающем антиген. [Padlan E.A.,Davies D. R., Rudikoff S., Potter M., Immunochemistry, 13,945 (1976).]Рис. 33.22.Вероятные этапы эволюциипримитивных антител. Ген, кодирующий одну полипептидную цепь (А) из 108 аминокислотных остатков, удваиваетсяи дает два идентичных домена(Б), соединенных короткой линейной полипептидной цепью.В результате дивергентнойэволюции образовавшихся приудвоении генов аминокислотный состав двух доменовстановится различным и возникают (В) вариабельная (V)и константная (С) области,перевернутые одна по отношению к другой.
При соединенииэтих молекул формируется (Г)примитивныйFab-фрагмент,обладающий участком связывания антигена. (Capra J. D.,Edmundson А. В., The antibodycombiningsite,ScientificAmerican, Inc., 1976.)33.18. Вариабельные и константные областикодируются разными, но соединившимисягенамиКак организованы и как функционируютгены иммуноглобулина? Обнаружение четкого различия между вариабельными и кон-стантными областями в L- и Н-цепях далооснование думать, что гены иммуноглобулинов, так же как и кодируемые ими полипептиды, имеют необычную архитектуру.Ранее уже упоминалось, что константныеобласти χ-цепей идентичны по всем положениям, кроме 191, где можег стоять либо лейцин, либо валин. Как показал анализ родословной, указанные два варианта (аллотипа)наследуются в соответствии с классическимправилом Менделя, а это служит веским доводом в пользу того, что константнаяобласть χ-цепей кодируется только однимгеном.
Что касается вариабельных областей, то по данным генетического анализаоникодируютсямножествомгенов.В 1965 г. Уильям Дрейер и Клод Беннетт(William Dreyer, Claude Bennett) выдвинулипредположение, что в половых клетках множественные гены V пространственно отделены от одиночного гена С. Согласно этойгипотезе, в процессе дифференцировки клетки, продуцирующей антитело, один из геновV соединяется с геном С. Позднее стало известно, что действительно возможно сращивание ДНК (сплайсинг), аналогичное тому,которое имеет место, например, при включении ДНК фагав геном.Окончательная проверка этой гипотезытранслокации сможет быть произведенатолько после того, как будет выделена чистая мРНК иммуноглобулина и будут разработаны методы анализа сложных геномов млекопитающих.
Особенно интереснов этом отношении использование рестриктаз, расщепляющих большие хромосомы наспецифические фрагменты ДНК, которыенетрудно далее подвергнуть анализу. Распределение генов V и С в этих фрагментахДНК можно определить путем гибридизации их с фрагментами мРНК, специфичными в отношении либо вариабельной, либоконстантной области. В 1976 г.
Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa), используя этотподход, определил, что в ДНК половых клеток гены V и С расположены далеко друг отдруга, а в клетках, продуцирующих антитела, они тесно связаны. Следовательно, в ходедифференцировки лимфоцитов происходитперемещениегеновиммуноглобулина(рис.
33.23).33. Иммуноглобулины2494Рис. 33.23.При дифференцировке клеток,продуцирующих антитела, генV транслоцируется, соединяясьс геном С.33.19. Как возникает разнообразиеспецифичности антител?Организм животного обладает способностью к синтезу больших количеств специфических антител спустя несколько недельпосле введения практически любой чужеродной детерминанты. Число различных видов антител, которые могут синтезироваться в организме животного, огромно - вероятно, оно превышает миллион. Как мыуже видели, структурной основой специфичности антител служат последовательностиаминокислот в вариабельных областях легких и тяжелых цепей.
Это подводит наск ключевому вопросу: каким образом возникают различные последовательности аминокислот вариабельных областей? Можносформулировать в связи с этим и более конкретные вопросы.1. Когда возникает разнообразие? Напротяжении жизни животного (соматически)или на протяжении эволюции (генетически)?2. Как возникает разнообразие? В результате случайных мутаций в ходе эволюции,путем соматической рекомбинации или путем соматической гипермутации?Обилие данных относительно последовательностей аминокислот миеломных иммуноглобулинов позволило иммунологам разработать несколько гипотез относительнотого, как возникло разнообразие антител.Были предложены три возможных механизма.1. Гипотеза клеток зародышевых линий.Согласно этой модели, разнообразие свойственно уже клеткам зародышевых линий (иэмбриональным клеткам), содержащим250Часть V.Молекулярная физиологияочень большое число (>10 ) генов, кодирующих вариабельные области антител. Каждой уникальной последовательности вариабельных областей соответствует участокДНК в клетках зародышевого пути.
Такимобразом, эта гипотеза предполагает, чторазнообразие возникло на протяжении эволюции в результате случайных мутацийи отбора.2. Гипотеза соматических рекомбинаций.Согласно этой гипотезе, существует тольконебольшое число (порядка 100) генов, кодирующих вариабельные области антител.Эти гены, сходные между собой, но не идентичные, на протяжении жизни индивидуумапретерпевают многократные рекомбинациив клетках, продуцирующих антитела.
Предполагается, что кроссинговер идет внутрихромосомно. Расчеты показали, что рекомбинация 10 генов может привести к появлению 106 разных последовательностей аминокислот.3. Гипотеза соматических гипермутаций.Согласно этой модели, разнообразие возникает в результате точковых мутаций одного-единственного гена вариабельной области данного подкласса. Однако тольконеобычайно высокая частота мутаций могла бы создать на протяжении жизни индивидуума все разнообразие специфичностиантител.
Было высказано предположение,что в клетках, продуцирующих антитела(или в соответствующих клетках-предшественниках), увеличение скорости мутацийобеспечивается механизмомрепарацииДНК, действие которого в данном случаенаправлено на производство ошибок.33.20. Вариабельные участки L- и Н-цепейкодируются несколькими сотнями геновРеволюция в методах изучения ДНК, произошедшая в последние годы, сделала вопрос о происхождении разнообразия антител доступным для экспериментальногоанализа. Особенно ценными в данном случае оказались методы клонирования генови быстрого определения последовательности протяженных участков ДНК. Благодаряиспользованию этих методов за короткийсрок была получена информация, необходимая для ответа на два узловых вопроса:сколько генов вариабельных областей содержится в клетках зародышевого пути?Меняется ли последовательность основанийв процессе дифференцировки клеток, продуцирующих антитела?Ответ на первый вопрос сводится к тому,что существует несколько сотен генов вариабельных областей х-легких ( V χ ) и тяжелых цепей ( V H ) .
300 генов Vχ и 300 геновV H , соединяясь в различных комбинациях(300 х 300), способны были бы кодировать49•10 вариантов молекул антител, различающихся по специфичности. Этот рас4четный максимум (9•10 ) намного нижереального числа антител различной специфичности, синтезирующихся в организмеживотного; считается, что число таких анти6тел значительно превышает 10 .
Расхождение между расчетом и реальной величинойеще выше в отношении легких цепей λ, которые, как было показано, кодируются менее, чем 10 генами Vλ. В целом число геноввариабельных областей в клетках зародышевого пути оказалось слишком малым, чтобыполностью обеспечить все разнообразие антител. Очевидно, в ходе дифференцировкилимфоцитов на протяжении жизни животного появляются какие-то дополнительныефакторы, повышающие степень разнообразия.33.21. Открытие генов J (соединяющих) дополнительного источника разнообразияантителСледующий шаг в изучении механизма,обеспечивающего разнообразие антител,был сделан при определении последователь-Рис.
33.24.Ген V, выделенный из эмбриональных клеток, укорочен. Онне кодирует последние 13 аминокислотных остатков вариабельной (V) области полипептидной цепи.Рис.33.25.Расположениетандемомгруппы генов J, кодирующихчасть последнего гипервариабельного участка вариабельной области; гены J локализованы вблизи гена С.ностей оснований клонированных генов, кодирующих иммуноглобулины в эмбриональных и миеломных клетках. Эти исключительно продуктивные исследования былипроведены Тонегавой, Филиппом Ледероми Лероем Худом (Tonegawa, Philip Leder.Leroy Hood). Прежде всего, совершенно неожиданно выяснилось, чем в эмбриональныхклетках гены V кодируют вариабельные области L- и Н-цепей вовсе не целиком. Ген V эмбриональных клеток (и клеток зародышевого пути) заканчивается кодом для аминокислотного остатка 95, а не 108, которыйсоставляет конец вариабельной областиполипептидной цепи иммуноглобулина(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
