Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 505
Текст из файла (страница 505)
кадируккцие последовательности Снз ДНК шарнир Сн2 см интрон интрон интран 3РРгНСКРИ))ЦИЯ й(В з' РНК мРНК Сн2 Скз Сн1 шарнир ТРРЗНСЙЯ((ИЯ' Сн1 шарнир Сн2 Скз ооон н,н = константная область тюкепой цепи Рис. 23.33. Организация последовательностей ДНК, кодирующих константную область тяжелой цепи антитела, например 136.
Кодирующие последовательности (зкзаны) каждого отдельно взятого домена и шарнирной области разделены некодирующими последовательностями (интронвми). Интронные последовательности удаляются в ходе сплвйсингв первичных РНК-трзнскриптов при созревании мРНК. Присутствие интронов в ДНК, квк полагают, облегчило случайные дупликвции сегментов ДНК, давших начало генам антител в ходе эволюции (обсуждалось в главе 4). Последовательности ДНК и РНК, кодирующие переменную область тяжелой цепи, не показаны. 25.2.8. Участок связывания антигена построен из гилервариабельных петель Многие фрагменты антител, равно как и некоторые целые молекулы, были изучены при помощи рентгеноструктурного анализа.
На основании полученных данных мы можем обьяснить принцип образования миллиардов различных участков связывания антигена, обладающих при этом общей структурной основой. Как видно из рис. 25.34, у всех 1д доменов весьма схожая трехмерная структура, напоминающая собой сандвич из двух (3 листов, скрепленных дисульфидным мостиком. Как мы обсудим чуть позже, многие другие белки, находящиеся на поверхности лимфоцитов и иных клеток, многие из которых выступают в роли молекул межклеточной адгезии (рассматривали в главе 19), содержат подобные домены и, следовательно, относятся к необычайно многочисленному суперсеэтейстеу иммуноглобулиное (1д).
бороздка поверхность карман Рис. 25.35. Разнообразие антигенсвязывающих поверхностей антител. Гипервариабельные петли различных Н; и Н„-доменов могут объединяться, образуя большое разнообразие связывающих поверхностей, Антигенные детерминанты и антигенсвязывающие участки антител показаны красным цветом. Для каждого антитела показано только по одному участку связывания антигена.
лет, - какие генетические механизмы позволяют каждому из иас вырабатывать многие миллиарды различных антител? Заипзомемие Антитела защищают позвоночных животных от инфекции, инактиви руя вирусы и микробные токсины, а также привлекая систему компле кента и лейкоциты различных типов на борьбу с вторгаиимися патогенами. Типичная молекула антитела имеет У-образную форму и несет два идентичных участ ка связывания аитигена на кончиках развилки У плюс участки связывания компонентов комплемента и различных рецепторов клеточной поверхности в хвостовой части У. Всякий клон В клеток синтезирует молекулы антитела с уникальным для этого клона участком связывания антигена.
Изначально, во время развития В-клетки в костном мозге, молекулы антитегш внедряются в плазматическую мембрану, где служат рецепторами антигена. Позже, уже в периферическ х лимфоидньсх органах связывание антигена с этими рецепторами, совместно с костимулирующими сигналами от Т хелперов, стимулирует В-клетки к пролиферации и дифференцировке — или в клетки памяти, или в эффекторньге клетки, вырабатывающие антитела. Эффекторные клетки в больших количествах секретируют антитела, обладающие тем же уникальным участком связывания антигена„что и мембраносвязанные антитела.
Типичная молекула антитела состоит из четырех полипептидных цепей: двух идентичных тяжелых цепей и двух идентличных легких цепей. Части тяжелых и легких цепей обычно сочетаются и образуют участки связывания анти- гена. Существует пять классов антител (1дА, 1д11, 1дЕ, 1дСг и 1дМ), каждому из которых присуща своя отличигпельная тяжелая цепь (соответственно а, 2398 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности 4 с, у и р).
Тяжелые цепи формируют тикже хвост (гс-область)антитела, который определяет, кикие другие белки способны связыыаться с этим анти- телом, то есть задает биологические свойства антител данного класса. Легкие цепи обоих типов (к или 2) могут сочетаться с тяжелыми цепями любого класса; данный выбор никак не влияет ни свойства антитела, за исключением его специфичности к антигенам. Все легкие и тяжелые цепи состоят из ряда!д-доменов — ~3-листовых структур, построенных приблизителыю из! 10 аминокислот.
Легкая цепь имеет в своем состаые один вириабельный (1' ) и один константный (С ) домены, тогда как тяжелая цепь — один ыариабельный (1'и) и три или четыре константных (С ) домени. Изменчивость последовительности аминокислот ы вариабельных доменах и легких, и тяжелых цепей сосредоточена ы нескольких маленьких гипервариабельных областях, которые., выпячиваясь ни одном из концоы этих доменов в виде петель, образуют участок сыязывания антигена.
25.3. Происхождение разнообразия антител Даже в отсутствие стимуляции антигеном, у человека может, по имеюШимся оценкам, вырабатываться Гюлее 10ы различных молекул антител, которые составляют его преиммунный, или первичный, репертуар антител. Первичный репертуар состоит из антител 1ХМ и 1КР и, очевидно, достаточно велик для того, чтобы в нем всегда нашелся подходящий участок связывания антигена для почти любой потенциально возможной антигенной детерминанты (хотя бы и с низким сродством). (Антигенсвязывающие участки многих антител могут перекрестно реагировать со множеством близких, но различающихся антигенных детерминант, благодаря чему такой первичный защитный арсенал антител становится еще более внушительным.) После стимуляции антигеном (и Т-хелперами) В-клетки могут переключиться с синтеза 1ХМ и 1я1) на создание антител других классов — этот процесс получил название переключения класса.
Вдобавок к этому, с течением времени сродство антител к своему антигену постепенно усиливается — этот процесс был назван чсозреванием аффинностиж Таким образом, стимуляция антигеном порождает вторичный репертуар антител, обладающий сильно возросшим разнообразием и классов 1я, и участков связывания антигена. Как известно, антитела — это белки, а белки кодируются генами. Поэтому разнообразие антител ставит перед генетикой трудный вопрос: каким образом живогное может вырабатывать больше антител, чем имеется генов в его геноме? (Например, в геноме человека обнаружено лишь около 25000 генов.) Однако этот парадокс не столь уж трудноразрешим, как может показаться на первый взгляд. Вспомним, что вариабельные области легких и тяжелых цепей антител обычно сочетаются между собой, когда образуют участок связывания антигена. Таким образом, у животного с, положим, 1000 генов, кодирующих легкие цепи, и 1000 генов, кодирующих тяжелые цепи, продукты этих генов, в принципе, могли бы образовывать миллион (1000 1000) различных комбинаций, т.е.
10ь различных участков связывания антигена (хотя в действительности при формировании участка связывания антигена не любая легкая цепь может сочетаться с люГюй тяжелой цепью). Тем не менее, совершенно очевидно, что в ходе эволюции появились уникальные генетические механизмы, позволяюШие системе приобретенного иммунитета порождать практически неограниченное число различных легких и тяжелых цепей на удивление экономичным спосоГюм. 25.3. Происхождение разнообразия антител 2399 Не все представители позвоночных используют одинаковые генетические механизмы разнообразия своих антител, есть существенные различия даже в механизмах, применяемых разными представителями млекопитающих. Мы рассмотрим используемые мышью и человеком механизмы, позволяющие приумножать разнообразие антител в два этапа.
В первую очередь, еще до стимуляции антигеном, в развивающихся В-клетках отдельные аеиные сегменты в составе клеточной ДНК соединяются между собой, с тем чтобы получить гены, кодирующие первичный репертуар низкоаффинных антител 1дМ и 1я(). Во-вторых, уже после стимуляции антигеном, скомпонованные гены, кодирующие антитела, могут подвергнуться двум дальнейшим изменениям — мутациям, которые могут увеличить сродство антигенсвязывающего участка к лиганду, и перестройкам ДНК, которые переключают класс вырабатываемых антител. Сочетание этих изменений позволяет получить вторичный репертуар высокоаффинных антител 1дС, 1йА и 1йЕ.
Этот раздел мы начнем с обсуждения механизмов, используемых В-клетками для создания первичного репертуара антител, и завершим рассуждениями о механизмах, к которым они прибегают для получения вторичного репертуара. 25.3.1. В процессе развития В-клеток происходит сборка генов антител из отдельных генных сегментов У человека и мыши первичный репертуар антител производится за счет сборки генов антител из отдельных генных сегментов в процессе развития В-клеток. Каждый тип цепей антител — легкие к-цепи, легкие ).-цепи и тяжелые цепи — кодируется отдельным локусом на отдельной хромосоме. Каждый локус содержит большое число генных сегментов, кодирующих Ч-область полипептидной цепи антитела, и один или несколько генных сегментов, кодирующих С-область. В процессе развития В-клетки в костном мозге (или печени плода) происходит сборка (путем сайт-специфической генетической рекомбинации, которую мы обсуждали в главе 5) полной кодирующей последовательности каждой из двух цепей антитела, которые предстоит синтезировать.
Вдобавок к соединению отдельных сегментов гена в последовательность гена антитела, такие перестройки также активируют транскрипцию с промотора гена (за счет изменения относительных положений воздействующих на этот ген энхансеров и сайленсеров). Таким образом, полноценная цепь антитела может быть синтезирована лишь после того, как произойдет перестройка ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
