Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 226
Текст из файла (страница 226)
42 Сл2 таз СЛа .И....Х..Й .. некоторые гены которого обладают высокой степенью родства, тогда как другие — только незначительной гомологией. Если мы предположим. что существует 50 изотипов, каждый из которых кодируется в среднем б генами, то в эмбриональных клетках будет исходно содержаться около 300 Ч„-генов. За счет комбинации любого из 300 Ч„-генов с любым из четырех 3-сегментов геном мыши может потенциально образовать примерно 1200 каппа-цепей.
Однако в некоторых случаях количество белков в каком-либо изотипе, по-видимому, превышает число соответствующих Ч„-генов. Новые гены образуются за счет соматических изменений в индивидуальных генах зародышевой линии (но не за счет рекомбинации между уже существующими Ч„-генами). Механизм этого процесса будет обсуждаться в последующих разделах. К сожалению, далеко не все известно об организации этих генов в клетках зародышевой линии. Считается, что Ч„-гены занимают огромный участок хромосомы, находящийся на неизвестном расстоянии от 5'-конца гена константной области.
При этом не удивительно, если несколько близкородственных генов организованы в субкластеры, образовавшиеся в результате дупликации и дивергенции генов-предшественников. Следует отметить, что в организации лямбда-генов у мыши и человека наблюдаются значительные различия, Число Ул-генов у мыши необычайно мало по сравнению с количеством соответствующих областей у человека (число которых сравнимо с каппа). Дело в том, что в геноме мыши содержится только два Ул-гена.
Предполагается, что в прошлом у этого организма в области Чл-генов произошла обширная делеция, и, возможно, поэтому ббльшая часть легких цепей у мыши относится к каппа-типу. Лямбда-гены мыши образуют две группы, вероятно возникшие в результате дупликации первоначальной генной единицы. Каждый из Ул-генов связан с двумя константными областями, причем каждая из этих областей образует 3 — С-структуру.
Ген Ул, может соединиться либо с 3--Слзэ либо с Х вЂ” Сл,-областями. Следовательно, этот Ч-ген выбирает один из двух 3-сегментов. (В этом его принципиальное отличие от каппа-гена, где несколько разных 3-сегментов связаны с одним С„-геном.) Ген Чл обычно соединяется только с 3 Сл,. Область Сл не ис- Часть Х. Динамичность генома: постоянное изменение ДНК 508 Ч-гены в.еегменты Ьеегменты С-гены 300 Чн.гмии 4ЯЬ Уз У1 У2ь Уяа к о 10 Поопедоеетельнооть гена Ч 41 ССТССС Рекомбиненианные рамки Т 0 0 1 0 0 Паоледоеетельнаьть оегменте зв ; —,~с С 0 т 0 0 Рю тгр ;т-С С 1 т 0 0 — Ре тгр П,С С1С 00 РМ Дгя —,с с т с С 0 '"!3 Рго Рпт ,--, С С 1 С С С Рю Рм Аминакиолате 95 эб Ряс.
39,7. Воя информация для сборки гена тяжелой цепи имму- ноглобулияа мыши заложена в ее единственном генном кластере. пользуется, поскольку ее 4-сегмент имеет несовершенную структуру. Иногда Чх объединяется с 1 — С1„нлн 1 — С1, . Относительное расположение обеих групп лямбда-генов неизвестно; возможно, они локализуются рядом. У человека имеется не только большее число Чмгенов; установлено существование по крайней мере шести Сь генов, которые расположены з.андемно, занимая область ДНК в 25 т.
п. н. (Дополнительное разнообразие возникает благодаря соматическим мутациям; например, обнаружено несколько вариантов Чхы) Локус генов тяжелой цепи состоит из нескольких отдельных участков. Их структура показана на рнс. 39.7. В геноме мыши содержится около 300 Чн-генов. На некотором расстоянии от них расположен кластер 13-сегментов. Возможно, не очень далеко от него находится кластер сегментов К Далее в пределах 170 т.п,и. ДНК расположены все Сн-гены. За счет комбинаций из 300 Чн-генов, десяти Гз-сегментов и четырех 4-фрагментов геном мыши может потенциально обеспечить 12000 вариабельпых участков, каждый из которых присоединяется к любому из Сн-генов. Хотя все восемь Сн-гепов мыши функциональны, обычно только один из них экспрессируется в данной клетке.
Этот кластер эволюционировал за счет обычных процессов дупликацин, дивергенции и перераспределения экзонов при помощи неравного кроссинговера нли генной конверсии. По-видимому, наиболее близки между собой четыре гамма-гена, что следует из анализа их белковой структуры. У человека имеется большее число Сн-генов, среди которых гены мю и дельта представлены в единственном числе; имеются четыре копии гамма-генов, обозначенных 1-4, и один гамма-псевдоген; кроме того, в геноме человека присутствует три эпсилон-гена, из которых по крайней мере один — псевдоген, и два альфа-гена. Реакция объединения генных сегментов — дополнительный источник разнообразия антител Известно, что разнообразие антител может быль обусловлено комбинацией соответствующих компонентов легкой или тяжелой цепей, но и сама по себе реакция воссоединения этих участков служит источником соматических изменений. В случае легких цепей пограничный район между Ч- и 1-сегментами относится к третьей гипервариабельной области.
Первый кодон у 1-сегментов различен, хотя в целом все они в значительной мере кон- 00 100 160 200 т.п.н. сервативны; гомологичны 1О позиций из ! 3 (допуская незначащие замены третьего нуклеотида в кодоне). Конец Х-сегмента соответствует четвертой каркасной области вариабельного участка, Точка соединения Ч вЂ” 3 сегментов каппа-цепей попадает на последовательность, кодирующую аминокислотные остатки 95 и 96, Если точка стыковки сегментов не фиксирована, а может сдвигаться на несколько пар нуклеотидов, то в районе каждой потенциальной Ч вЂ Врекомбинации могут образовываться разные аминокислоты. Эта ситуация показана на ряс. 39.8.
Использование пяти возможных рекомбинационных рамок приводит к появлению трех различных аминокислот в позиции 96, одна из которых (аргинин) исходно ле кодировались геномом. Поскольку другие Ч„и Ю имеют в этих позициях разные кодоны, точка соединения сегментов может быть мощным источником разнообразия. Интересно, что аминокислота 96 участвует в формировании той области молекулы антитела, которая связывает антигеи, а также в образовании контактов между легкой и тяжелой цепями.
То же самое относится и к местам стыковок с 3-сегментами у легких лямбда н тяжелых цепей. Рнс. 39.3. Изменение рекамбянацианяых рамок между линейно расположенными сегментами Ч и 1 приводит к образованию новых тряпяетов, кадирующих аминокислоты 95 и 9б лот хай пони каппа-типа. Аналогичная ситуация имеет место я при объединении Ч вЂ” 3 и Ч вЂ” 13 --1 других типов цепей. 39. Как формируется многообразие антител 509 схсрата ататсас l аатгтттат ссйххххсй схсхата ататсйс хсаххййсс татттттаа > 12 л.н ун Палннжамн йа та ар СЗ 12 нанамар Ц:,,;вца,Д слайлар Еще большее разнообразие может возникнуть в том случае, если рекомбинации не связана с положением пер. воначальных рамок считывания, а происходит между любой парой нуклеотидов в соответствующих Ч- и Х-областях.
Доказано, что такие события имеют место в действительности. Иногда это приводит к делеции кодона из соматического гена. В других случаях Ч- и 3-сегменты соединяются таким образом, что трансляция Лпоследовательности происходит в неправильной рамке считывания. В результате образуется нефункциональный ген, который не экспрессируется из-за появления бессмысленного кодона.
Не известно, какая часть актов соединения приводит к образованию неполноценных генов. Возможно, это зависит от того, существуют ли преимущества для каких-то определенных видов реакций. Однако само по себе появление непригодных генов является дорогой ценой, которую клетка платит за увеличение разнообразия, получаемое ею в результате регулировки сайта рекомбинации, Подобным образом, но в значительно большей степени вносят разнообразие реакции соединения с участием О-сегмента тяжелой цепи. Однако и в этом случае остается та же проблема появления нефункциональных генов за счет тех актов рекомбинации, которые нарушают фазу считывания последующих 3- и С-сегментов.
Удивителен тот факт, что в некоторых тяжелых цепях имеются аминокислоты, находящиеся в соответствующих районах, но не относящиеся ни к одному из известных ГУ-сегментов. Для объяснения этого факта были выдвинуты две гипотезы. Возможно, что новые Гу-сегменты образуются в соматических клетках в результате Гу — Еьрекомбинации. Эта рекомбинация может контролироваться иным механизмом, чем тот, который обеспечивает соединение Ч вЂ” ГУ вЂ” Х Другая гипотеза предполагает, что в процессе рекомбинации в места стыковок Ч вЂ” О или 13 — 3 могут внедряться дополнительные нуклеотиды. Эта версия основана на том, чзо включение новых нуклеотидов происходит благодаря активности фермента дезоксинуклеозидтрансферазы (известно, что этот фермент активен в лимфоцитах), который использует образующиеся при этом свободные 3'-концы.
Во всех случаях существование новых последовательностей указывает на наличие особого механизма образования разнообразия. Рис. 39.9. Каждая пара рехомбивируюших сайтов содержит канонические последовательности, ориентированные в противоположных направлениях. У одйото из членов пары эти послелова- Рекомбинации между Ч- и С-генами вызывает делеции и перестройки последовательностей ДНК По-видимому, сборка частей иммуноглобулиновых генов как легких, так и тяжелых цепей происходит посредством одного и того же механизма, хотя количество фрагментов различно в каждом случае. Использование того же самого механизма подтверждается присутствием одинаковых канонических последовательностей, находящихся на границах всех иммуноглобулиновых сегментов зародышевой линии, участвующих в сборке. Каждая такая последовательность состоит из семинуклеотидного палиндрома, отделенного от девятнчленной нуклеотидной последовательности участками из 12 или 23 пар оснований.
На рис. 39.9 показана взаимосвязь канонических последовательностей в 1я-локусе мыши. В каппа-локусе за каждым Ч„-геном следует последовательность со спейсером из 12 пар нуклеотидов. Перед каждым 3„-сегментом расположена каноническая последовательность, имеющая спейсер из 23 пар оснований. Последовательности, прилежащие к Ч- и Лсегмептам, находятся в щвтивоположных ориентациях. В лямбда-покусе обнаружена обратная организация: за каждым геном следует каноническая последовательность, со спейсером из 23 нуклеотидов, в то же время перед каждым 3х-сегментом расположена последовательностгь разделенная спейсером из 12 пар нуклеотидов.
Сравнение этих двух случаев указывает на существование правила, по которому происходит реакция соединения. Каноническая последовательность, имеющая спейсер одного типа, может соединиться только с последовательностью с другим типом спейсера. Поскольку канонические последовательности при Ч- и Лсегментах могу~ располагаться в любом порядке, то разные типы спейсеров не вносят какой-либо определенной информации. Однако они служат для того, чтобы препятствовать рекомбинации как между Ч-генами, так и между у-сегментами.
Структура компонентов генов тяжелых цепей подтверждает это положение. За каждым Чи-геном следует каноническая последовательность со спейсером из тельвости разделяются спейсером из 12 нухлеотидов. у друго- го -спейсером из 23 нухлеотидов 510 Часть Х. Динамичность генома: постоянное изменение ДНК / l ! I / / / Чп / ! ! / Че Ы т — чг — чз л Нм амер ~ ~ И* очер Гепуамер ~ ~ Гепупиер Фун ционапьнмо сен ча — ч2 — чэ ч2 — л — с депееировенньсй фрасмеис Функцио апьн и сен Инверсия Ш-Чг — ЧЗ вЂ” ЧЕ- — — — Ч - — — — — — — -Фя-ЧŠ— Чу — Л вЂ” С ЧŠ— — — — — — — Чп — — — — — — ЧЬ вЂ” ЧС 23 пар оснований. Канонические последоватедьности, фланкирующие Р-сегменты, имеют 12-нуклеотидный спейсер, а те, что располагаются перед )-участками, несут спейсер из 23 п.
н. Таким образом, Ч-геи должен быть соединен только с 1)-сегментом, а 13 в свою очередь только с 1. Ч-ген не может непосредственно соединиться с 3, поскольку они имею~ канонические последовательности одного типа. Расстояние между компонентами канонической последовательности почти точно соответствует одному или двум виткам двойной спирали. Эта особенность может отражать тот факт, что некоторые геометрические соотношения используются в рекомбинационных реакциях. Например, рекомбинацнонный белок )или белки) может присоединиться к одной стороне ДНК, что напоминает взаимодействие с другими сигнальными элементами генома, такими, как промоторы и операторы (гл. ! 1 и 14). Употребляя термин «рекомбинациял для описания процесса сборки иммуно|лобулиновых генов, мы не считаем, что эта реакция является реципрокной и происходит между гомологичными последовательностями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
