Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 67
Текст из файла (страница 67)
33.24). Где же находится ДНК, котораякодирует последние 13 остатков вариабельной области? В эмбриональных клеткахэтот отрезок ДНК локализован в неожиданном месте: вблизи гена С. Указанный отрезок ДНК назвали геном J (от англ. join - соединять), потому что в дифференцированныхклетках он соединяет гены V и С.
В сущности, в эмбриональных клетках вблизи генаС локализована целая группа расположенных тандемом генов J (рис. 33.25). Придифференцировке клеток, продуцирующихантитела, происходит транслокация гена Vв участок, расположенный рядом с геном С;эта транслокация осуществляется путемвнутрихромосомной рекомбинации. Приэтом ген V сращивается (сплайсинг) с геномJ и формируется общий ген, полностью кодирующий вариабельный участок. Каждыйиз указанных генов содержит короткую палиндромную (разд. 24.27) последовательность, расположенную рядом с участком рекомбинации. Эти палиндромы служат, вероятно, элементами узнавания в процессерекомбинации.Гены J вносят большой вклад в разнообразие антител, так как они кодируют33. Иммуноглобулины251ние генов V и J, вносит дополнительныйвклад в разнообразие антител в организме.Похоже, что иммунная система получаетудовольствие от мелких погрешностей!В каждом данном лимфоците экспрессирован только один из двух аллельных генов.Следовательно, все участки, связывающиеантиген, продуцируемые отдельной клеткой, одинаковы.
Обнаружена структурнаяоснова такого избирательного выражениягена (называемого аллельным исключением).Как показал анализ фрагментов, полученных после рестрикции, неполный ген Vправильно соединяется с геном J тольков одной из двух гомологичных хромосом;экспрессируется же только правильно рекомбинированный ген иммуноглобулина.Рис. 33.26.Неточность места соединениягенов V и J служит еще однимисточником разнообразия антител.частьпоследнегогипервариабельногоучастка L- и Н-целей. При формированииполного гена Vχ любой из нескольких сотенгенов V может присоединиться к любому изпяти генов J.
Например, в результате комбинации 300 неполных генов V с пятью генами J может образоваться 1500 вариантовполного (непрерывного) гена V. Следовательно, соматическая рекомбинация этихгенных сегментов усиливает разнообразие,заложенное уже в клетках зародышевогопути.33.22. Соединение генов V и Jв различных рамках также способствуетразнообразию антителВторое удивительное открытие состоялов том, что набор из пяти генов J обеспечивал синтез не пяти, а большего числа последовательностей аминокислот для соответствующих областей легкой цепи.
Анализпоследовательностей аминокислот и оснований показал, что рекомбинация генов Vи J происходит не абсолютно точно. Какоказалось, рекомбинация этих генов можетиметь место по тому или иному из оснований вблизи кодона, детерминирующегоостаток 95 (рис. 33.26). Следовательно, различие рамок, в которых происходит сращива252Часть V.Молекулярная физиология33.23. мРНК для L- и Н-цепей образуютсяпутем сращивания (сплайсинга) первичныхпродуктов транскрипциимРНК легких χ-цепей содержит около 1250оснований (рис. 33.27).
Как и в другихмРНК эукариот, в ней содержатся poly(A)последовательность, присоединенная к3'-концу, и нетранслируемые последовательности на 3'- и 5'-концах. Лидерная последовательность вблизи 5'-конца мРНК χ-цепикодируетгидрофобнуюN-концевуюобласть синтезируемой χ-цепи. Образующаясясигнальнаяпоследовательность(рис. 33.28) направляет рибосому к эндоплазматическому ретикулуму и определяетспособность новосинтезированной полипептидной цепи иммуноглобулина проходитьчерез мембрану ЭР в просвет его трубочек(разд. 29.30).
Далее на внутренней сторонемембраны ЭР происходит отщепление сигнальной последовательности под действиемпептидазы. Вариабельная и константнаяобласти легкой цепи кодируются смежнойобластью мРНК, которая следует непосредственно за лидерной последовательностью.Первичный продукт транскрипции, из которого образуется эта мРНК, содержит двевставочные последовательности (рис.
33.29).Одна из них отделяет лидерную последовательность от начала мРНК, кодирующейвариабельную область, а вторая расположена между дистальным концом последовательности, комплементарным гену J, и началом последовательности, комплементарнойгену С (т.е. кодирующей константный участок). При превращении первичного продуктав мРНК (процессинг) происходит удалениеэтих вставочных последовательностей.
Любопытно, что ген J несет информацию дляРис. 33.27.Рис. 33.28.Структура мРНК,щей L-цепь.кодирую-Сигнальнаяпоследовательность новосинтезированнойL-цепи. Желтым цветом отмечены гидрофобные остатки.сплайсинга (сращивания) двух типов:одно - на уровне ДНК (слияние генов V и J)и другую - на уровне РНК (соединение Jи С-участков).Какова структура гена, кодирующего тяжелую цепь? Вспомним, что Н-цепь состоитиз четырех доменов: VH, С H 1, СH2 и CH3.Недавно было осуществлено клонированиефрагмента ДНК, определяющего константную область тяжелой цепи IgG. Электронно-микроскопические исследования показали, что С H 1, СH2 и СH3 кодируютсяразными участками ДНК (рис. 33.30). Ещеодин участок ДНК кодирует шарнирное соединение между СH1 и С H 2.
В целом доменнаяструктураиммуноглобулинов(разд. 33.14) является отражением архитектуры соответствующих генов. Благодаря сплайсингу организмы оказались спо-Рис. 33.29.Первичный транскрипт - предшественник мРНК L-цепи.собными создавать в ходе эволюции новыебелки путем объединения участков ДНК, кодирующих разные домены.33.24.
Разные классы антител образуютсяв результате перескока генов VHКак уже упоминалось, существует пятьклассов иммуноглобулинов. Клетки, продуцирующие антитела, сначала продуцируютIgM, а затем IgG, IgA, IgD или IgE той жесамой специфичности. При этом переключении от IgM на другой класс иммуноглобулинов легкая цепь остается неизменной. Более того, неизменной остается и вариабельная область тяжелой цепи.
Меняетсятолько константная область тяжелой цепи, и потому этот этап дифференцировкиклетки, продуцирующей антитела, называют С H -переключением (рис. 33.31).В эмбриональных клетках мыши гены, кодирующие константные области μ-, γ- и αтяжелых цепей (и обозначаемых соответственно Сμ, Сγ и Cα), расположены в ряд,один за другим (рис. 33.32). Как оказалось,существует четыре гена константных участков γ-цепей, что полностью соответствуетданным генетического анализа, выявившегочетыре подкласса IgG. Рядом с геном Сμ локализуется набор расположенных тандемногенов J, кодирующих последний гипервариабельный участок вариабельной области.Полный ген тяжелой цепи IgM образутсяпутем транслокации гена VH к гену JH(рис.
33.33). В результате этой транслокациигены VH, JH и Cμ соединяются в функционально единый ген. Вставочные последовательности между лидерным отрезком и на-33. Иммуноглобулины253Рис. 33.30.Три домена константной (С)области тяжелой цепи и шарнирный участок кодируютсяразными участками гена.чалом гена вариабельной области, междуконцом гена JH и началом гена Сμ, а такжев пределах гена Сμ выстригаются в ходе превращения первичного траскрипта в мРНКдля μ-цепи.Как показал анализ продуктов рестриктазного расщепления ДНК из эмбриональных и миеломных клеток, СH-переключение происходит на уровне ДНК,а не РНК. Так, при переключении отIgМ к IgA ген V H J H , расположенный рядомс геном Сμ, перемещается в участок, расположенный рядом с геном Cα (рис.
33.34).При этой рекомбинации гены между Сμ и Cαобразуют петлю и выстригаются. Не исключено, что участки ДНК, претерпевающие рекомбинацию, несут палиндромную последовательность. Именно транслокация всегогена VHJH лежит в основе того факта, чтоIgA, продуцируемый определенной клеткой,идентичен по антигенной специфичностиIgM, синтезированному той же клеткой наболее ранней стадии развития. Каким образом клетка выбирает для транслокацииодин из нескольких генов СH, остается неизвестным.БиологическоезначениеСH-переключения состоит в том, что весьдомен, ответственный за узнавание (вариабельный домен), перемещается от первоначальной константной области (Сμ) к другим константным областям, кодирующимполипептидные цепи с иными эффекторнымифункциями.33.25.
Разнообразие антител обусловленосоматической рекомбинацией многих геновклеток зародышевого путии соматической мутациейРис. 33.31. Синтез различных классов иммуноглобулинов. В результатетого, что ген VH-области сначала соединяетсясгеномСμ-области, а затем с каким-либо другим из генов С-области,формируются Н-цепи разныхклассов иммуноглобулинов.254Часть V.Молекулярная физиологияПодытожим теперь те механизмы, которыеобеспечивают разнообразие антител. Клетки зародышевого пути содержат довольнобольшой набор генов вариабельных областей. Легкая цепь х кодируется несколькимисотнями (скажем, 300) генов V и пятью генами J.
Существует по крайней мере три рамки, в которых происходит соединение геновV и J. Отсюда следует, что общее число полных генов Vχ, образующихся при всех возможных сочетаниях генов V и J, составляет300•5•3 = 4500. Подобным же путем можетвозникнуть аналогичное число вариантовРис. 33.32.Гены константных областей μ-,γ- и α-цепей расположены в ряд,один за другим. Положение генов Cδ и Cε еще не установлено.тяжелых цепей. Соединение 4500 L-цепейс 4500 Н-цепями дает 4500•4500 = 2•107 различных по антигенной специфичности антител. Это число достаточно велико, чтобыобеспечить то большое разнообразие антител, которое образуется в организме животного.Как упоминалось выше, генов Vλ гораздоменьше, чем генов Vχ. Так, у мышей имеется, по-видимому, только 2 гена Vλ. Однакосоответствующих этому гену последовательностей аминокислот обнаружено намного больше.
Представляется вероятным,что разнообразие легких цепей λ возникаетв результате соматических мутаций. В целом, как мы видим, природа используеткаждый из трех обсуждавшихся выше(разд. 33.19)источниковразнообразия большой набор генов клеток зародышевогопути, соматические рекомбинации и соматические мутации: в итоге возникает тот богатейший набор антител, который необходим для защиты организма от вторжениячужеродных веществ.33.26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
