Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Различные классы иммуиоглобулииов человека, возникающих в ходе иммунного ответа подкласс Легкая цепь Субьелпнхяпий сосгаа Тяжелая цепь Класс х или Л хилиЛ ((ь к ха) 5 ВьяЛа)я (тахй (ТяЛя) (хана)иа.з (иаЛя)иг,з (Ьахя) (бяЛа) (а.ха) (ааЛа) 1КМ Тк Та ТЗ Те ао аа 1бА х или Л 1бЕ антнгена первоначально регистрируется одним или несколькими В-лимфоцитами в популяции, исходно несущими подходящие антитела. Взаимодействие с аитигеном индуцирует пролиферацню данных лимфоцитов, которая приводит к образованию клонов клеток, продуцирующих антитела к данному антигену. В ходе установления иммунного ответа вырабатываются иммуноглобулины нескольких различных классов с одинаковой специфичностью к антигену (табл. 16.5). Первыми нарабатываются 1йМ, антитела, связанные с клеточной мембраной В-лимфоцитов.
Вслед за этим начинается продукция 1й(л и 1йСя, причем последние представляют собой основной класс антител, высвобождаемых в кровоток. Некоторые из клеток клональной популяции В-лимфоцитов, активированных антигеном, вырабатывают также 1яА и 1йЕ.
Способность организма продуцировать такое колоссальное разнообразие специализированных белков (антител) порождает естественный вопрос: каким образом эти белки кодируются в ДНК? В последние десять лет благодаря развитию методов работы с рекомбинантными ДНК на этот вопрос удалось получить достаточно исчерпывающий ответ.
Важнейшим фактором, определяющим разнообразие антител, является способность лимфоцитов к перегруппировке и комбинированию определенных сегментов ДНК с образованием тысяч различных возможных вариантов структуры соответствуюшнх генов. Для молекул антител характерна димерная структура, в которой каждый из мономеров состоит из двух различных полипептидных цепей, которые в соответствии с размером называют тяжелыми (Н) и легкими (Ь). Цепи соединены между собой дисульфидными мостиками, как показано на рис.
16.20 для молекулы 1йО. Удалось определить аминокислотную последовательность для целого ряда различных Н- и Ещепей, которые были получены из крови человека или мыши, страдающих множественной миеломой, болезнью, при которой сверхпролиферация определенного клона антителй-продуцирующих лимфоцитов происходит без всякой индукции антигеном. Эти исследования показали, что как Н-, так и (,-цепи иммуноглобулинов содержат так называемые вариабельные (У) и константные (С) участки последовательности.
То есть при сравнении аминокислотных последовательностей множества различных 1.-цепей оказывается, что различия в аминокислотной последо- 239 16. Регуляция экспрессии генов у эукариот Лвтиттнльлтыьнлнттт нтитры 5 — 5 5 — 3 5 3 5 5 ! ! 5 5 соо- лает собой лимер, состоящий из ипентичных субъединнц 1. и Н, со- единенных лисульфилными связями. Показаны также внутрицепочечные дисульфидные связи, существенные для формирования пространственной структуры молекулы. Символом СНО- показаны углеводные остатки, связанные с тяжелыми цепями. Рис. 16.20. Схематически представлена структура молекулы 1йО (антитела млекопитающих). Показаны вариабельные (белые) и константные (цветные) участки легких (Ь) и тяжелых (Н) полипептядных цепей. Отмечены также участки цепей, кодируемые представителями различных семейств генов — Чн, 1Э, )н, Сн, Ч„, 1~ и Сь.
Каждая молекула представ- вательности локализуются главным образом в Чьн а не в Сь-участке цепи. Аналогичным образом различия в последовательностях Н-цепей иммуноглобулинов данного класса также сосредоточены в соответствующих участках (Чн).
Антигенная специфичность индивидуальных антител определяется аминокислотными последовательностями их Чьи Ч„-участков. В этом отношении особенно важную роль играют аминокислотные остатки, расположенные в области так называемых ги~ервариабельных участков (рис. 16.20). Антиген-связываюшие центры иммуноглобулинов находятся между Ч„- и Чыучастками цепей. Каждая димерная молекула антител, образуемых одним клоном лимфоцитов, состоит из идентичных Н- и 1.-цепей, и каждый данный клеточный клон продуцирует антитела одного типа. Ь-цепи кодируются двумя основными группами генов, обозначаемых Х и н, расположенными на различных хромосомах. В состав каждой группы входят три различных типа генов: семейство генов уы кодирующих первые 97 аминокислотных остатков с )т)-конца цепи; небольшое семейство генов ус (от англ. )о!и!пд — соединяющие), кодирующих следующие 1Π— 12 остатков, и один или несколько генов Сь, кодирующих С-концевую половину 1.-пипи.
На рис. 16.20 помечены участки цепи, кодируемые генами каждого из этих семейств. У человека каждое из се- 240 мейств ~; и 1'„состоит из 200 — 300 генов, а каждое из семейств .1, и 1„ содержит по 5 генов. Таким образом, комбинирование представителей этих семейств генов в каждом случае может приводить к образованию 1000 (5.200) различных )гсучастков. У мыши семейство е'„насчитьы вает около 300 генов, а семейство У„состоит из 4 генов.
В то же время семейства )гх и г, каждое содержат лишь 1-2 гена. Фрагменты Н-цепей кодируются одной группой генов, локализованной на хромосоме, отличной от обеих хромосом, содержащих гены 1.- цепей. Как показано на рис. !6.20, вариабельный участок Н-цепи кодируют три различные семейства генов: Ин (около 300 представителей); 2) (не менее 1О представителей) и ун (4 гена!. Нз них может быть составлено около ! 2000 комбинированных генов тяжелых цепей.
Таким образом, при случайном попарном сочетании различных вариантов легких и тяжелых цепей можно получить 24. 104 (12000. 2000) различных видов антител. Кроме того, С-концевая область Н-цепей кодируется различными генами Си, которые соответствуют различным классам иммуноглобулинов, перечисленным в табл. 16.5 (рис. 16.2!). В течение многих лет было совершенно непонятно, каким образом направляется синтез Н- и Ь-цепей, содержащих идентичные С-участки и различные 'Ч-участки. Предполагали, что С- и 3г-участки кодируются различными генами, а для интерпретации процессов объединения этих участков в единую полипептидную цепь выдвигали ряд различных гипо- 1вы !всз 1вС4 1ве Рис. 16,21. Субъелиничная структура различных классов иммуиоглобуяинов человека.
Различия в структуре целиком определяются различиями в константных участках тяжелых цепей (см табл. 16.5). (По НооЫ Д. Е., И'епхтап 1. Ь, И'ооЫ ИгВ., !978. !пилило!ову, Веи)ат)и Сигат)ивх, Меи1о Раг14, Сайб) Экспрессия генетического материала 16. Регуляция экспрессии генов у эукариогя тез. В 1976 г. Тонегава и его коллеги показали, что гены У'„и С„, кодирующие легкую цепь иммуноглобулинов мышиной миеломы, примыкают друг к другу в составе ДНК миеломных клеток, но находятся гораздо дальше друг от друга в ДНК эмбриональных клеток или клеток спермы.
Авторы предположили, что в ходе дифференциации лимфоцитов выбор пути синтеза данного варианта Ь-цепи сопровождается перемещением данной пары генов (г„и С„, которое приводит к согласованной транскрипции обоих генов с образованием общей мРНК, кодирующей данную разновидность цепи. В других миеломных опухолях наблюдалась перегруппировка генов У; и С„ легких цепей. Выбор пути образования иммуноглобулиновых цепей данного типа, основанный на комбинации данных генов Ч„и С„исключает продуктивное использование комбинаций генов Ч„и С„.
Верно и обратное. Более того, в каждом случае в продуктивном комбинировании семейств генов Х или и принимают участие только геньц расположенные на одной из гомологичных хромосом. Это явление получило название аллельиого исключения. Экспериментальные данные о процессах перегруппировки генов, кодирующих константные и вариабельные участки иммуноглобулиновых цепей, были получены с помощью методов, основанных на применении рекомбинантных ДНК. Для этого из фракции полисом выделяли мРНК, кодирующую Ь-цепь миеломьь на ее основе с помощью обратной транскрнптазы получали кДНК, которую клонировали на плазмидном векторе. Наработанную в значительных количествах клонированную кДНК расщепляли подходящей рестриктазой таким образом, чтобы получить два фрагмента, соответствующих Ч- и С-участкам Ь.-цепи. Фрагменты ДНК разделяли препаративно с помощью электрофореза, вводили радиоактивную метку с помощью ник-трансляции, денатурировали и использовали в качестве зондов для идентификации фрагментов рестрикции ДНК из миеломных нли эмбриональных клеток, содержащих последовательности, комплементарные последовательностям зондов.
Наиболее существенно, что, как показано на рис. 16.22, в ДНК клеток миеломы оба Ч- и С-кодирующих участка локализуются на одном и том же Есой1-фрагменте, в то время как в эмбриональной ДНК они находятся на различных Его К1-фрагментах. Это означает, что на каком-то этапе развития между эмбриональной клеткой и дифференцированным лимфоцитом происходит специфическая перестройка ДНК, которая в данном случае привела к удалению Есо н1-сайта (или сайтов), находившегося в рамках протяженной области ДНК между Ч- и С-кодирующим участками в эмбриональной ДНК. После такой перестройки эти участки оказались расположенными в непосредственной близости друг к другу. Комбинация генов Ь-цепи, возникшая при их перегруппировке в ходе дифференциации лимфоцита, прн его последующем митотическом делении устойчиво наследуется дочерними клетками.
Обпгая организация группы генов Ь-цепн показана на рнс. 16.23. Число генов (г точно неизвестно и находится в диапазоне 200 †3. Каждый ген содержит примыкающую к структурной области промоторную последовательность, однако не транскрибируется до тех пор, пока не произойдет продуктивная перестройка ДНК, соединяющая его с одним нз пяти генов э. Гены Ки э' разделяются короткими, одинаково организованными участками последовательности, которые содержат 242 амбр»олив»а» ДНК 3 1 4" г л г л г 11 С 4 г м 4 !1 С 1 1Ссо пд.
Обе»ее» Д25К подпеиама» деле»И» лнк р и 25 14 13 12 15 ДНК прелого »»МЕ4»2»ЪП 5(4 14 13 2 —~~Я22: — — 13) — -(~~4 — -~5! — Я с )-ь .' Ркк грен г л2 П,,22, С )-Э М»»помпе» ДНК Рис. !6.22. Организация последовательностей ДНК Хь-легких цепей в зародышевых и дифференцированных миеломных клетках мыши. Пронумерованные стрелки указывают положения Есо К)сайтов. мРНК, соответствующая легкой полипептидной цепи, состоит из лидерной последовательности (Ьь последовательности вариабельных участков (е' и 1) и последовательности константного участка (С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
