Гены иммуноглобулинов

Зародышевые гены иммуноглобулинов. У здорового человека В-лимфоциты в течение жизни создают несколько миллионов вариантов AT, связывающих разные Аг (потенциально 1016 Аг). Никакой геном физически не несёт столько различных структурных генов. Количество наследуемого от родителей генетического материала (ДНК), определяющего биосинтез AT, не так уж и велико — немногим более 120 структурных генов. Это наследуемое множество генов — зародышевые гены Ig (зародышевая конфигурация генов).

Гены вариабельных доменов
Во всех соматических клетках, включая СКК, гены Ig находятся именно в зародышевой конфигурации, где гены V-участков представлены в виде отдельных сегментов, расположенных друг относительно друга на уловимом расстоянии и сгруппированных в несколько кластеров: собственно V (вариабельный), J (связующий), а у тяжёлых цепей также D (от англ. Diversity — разнообразие).

Процесс генерации разнообразия структурных генов для миллионов вариантов V-участков молекул Ig продолжается в течение всей жизни в процессе дифференцировки В-лимфоцитов и является запрограммированы случайным.


В его основе лежат три механизма, свойственные только генам Аг-связывающих молекул (Ig, TCR): соматическая рекомбинация, неточность связи V—D—J и гипермутагенез.
• Соматическая рекомбинация. Феномен соматической рекомбинации ДНК заключается в том, что на самом раннем этапе дифференцировки лимфоцитов начинается сложный генетический процесс объединения сегментов ДНК, предназначенных для кодирования разных частей молекулы Аг-связывающих молекул — V-и С-доменов. В непрерывную последовательность ДНК соединяются по одному сегменту из V-, D- и J-областей, при этом в каждом отдельном В-лимфоците возникает уникальная комбинация VDJ для тяжёлой цепи и VJ — для каждой из лёгких цепей. Вся оcтальная ДНК зародышевого гена выбрасывается из генома в виде кольцевых ДНК.
♦ Число возможных комбинаций можно подсчитать. Для к-цепи из 40 V-сегментов и 5 J-сегментов может получиться 40x5 = 200 вариантов V-области; для l,-цепи — 30x4 = 120 вариантов; всего для лёгких цепей 320 вариантов; для тяжёлой цепи 50Vx30Dx6J = 9000 вариантов Аг-связывающих областей. В цельной молекуле Ig разные лёгкие и тяжёлые цепи объединяются в тетрамер также случайным образом (по крайней мере теоретически).


Число случайных сочетаний из 320 и 9000 — около ЗхЮ6.
♦ Рекомбиназы. Рекомбинацию ДНК Ig катализируют специальные ферменты — рекомбиназы. Они же катализируют рекомбинацию ДНК генов TCR в Т-лимфоцитах, т.е. рекомбиназы — уникальные ферменты лимфоцитов. Но в В-лимфоцитах эти ферменты не «трогают» гены TCR, а в Т-лимфоцитах «обходят» гены Ig. Следовательно, до начала процесса перестройки ДНК в клетке уже существуют регуляторные белки — различные у Т- и В-лимфоцитов.
• Неточность связи V—D—J. Под неточностью связи V—D—J понимают тот факт, что при формировании этих связей происходит добавление лишних нуклеотидов. Их два «сорта»: Р-нуклеотиды и N-нуклеотиды.
♦ Нуклеотиды Р (от англ. Palindromic sequences — зеркальные последовательности) возникают на концах сегментов при вырезании одноцепочечных петель ДНК и «достройки хвостов» ферментами репарации ДНК.
♦ Нуклеотиды N (от Nontemplate-encoded — нематрично кодируемые), характерные только для тяжёлых цепей, случайным образом пристраиваются к ДНК специальным ферментом — терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой.
♦ С учётом присоединения N- и Р-нуклеотидов число вариантов антигенсвязывающих областей цельных молекул Ig оказывается порядка 1013.


Если учесть аллельные варианты V-, D- и J-сегментов, то мыслимое разнообразие составит около 1016 (вдействительности это число меньше, так как в организме нет такого количества лимфоцитов).
♦ «Платой» за эти попытки увеличить разнообразие Аг-связывающих областей AT в 2/3 случаев является непродуктивная рекомбинация генов, т.е. сдвиг рамки считывания, делающий невозможной трансляцию белка.
• Гипермутагенез — запланированное повышение частоты точечных мутаций — отличает гены иммуноглобулинов даже от генов TCR. Гипермутагенез имеет место только в В-лимфоцитах во время иммуногенеза (т.е. после состоявшегося распознавания Аг и начавшегося иммунного ответа) в лимфоидных фолликулах периферических лимфоидных органов и тканей (лимфатических узлов, селёзенки, диффузных скоплений). Частота точечных мутаций в генах V-lg достигает одного нуклеотида из 1000 на один митоз (т.е. каждый второй В-лимфоцит клона в зародышевом центре приобретает точечную мутацию в V-Ig), тогда как для всей остальной ДНК она на 9 порядков ниже.

Гены константных доменов
Структурные гены константных частей полипептидных цепей Ig расположены в тех же хромосомах, что и V-, D- и J-гены, «ниже по течению», т.е.


к З'-концу от J-сегментов.
• Лёгкая цепь. Для лёгких к- и /„-цепей существует по одному С-гену — Ск и Сl. «Стыковка» нуклеотидного кода для V- и С-частей лёгких цепей происходит на уровне не ДНК, а РНК — по механизму сплайсинга первичного транскрипта РНК.
• Тяжёлая цепь каждого изотипа иммуноглобулинов также кодируется отдельным С-геном. У человека такие гены расположены в следующем порядке, считая от J-сегмента к З'-концу: С , Сb, СyЗ, Сy1, wC (псевдоген е-цепи), Ca1, Сy2, Сy4, Сe, Са2. Завершившие лимфопоэз В-лимфоциты (независимо от Аг-специфичности) экспрессируют иммуноглобулины только классов М и D (IgM и IgD). При этом мРНК транскрибируется в виде непрерывного первичного транскрипта с перестроенных генов VDJ и Сu-Сb. При этом ДНК остальных С-генов других изотипов остаётся целой и невредимой. В результате альтернативного сплайсинга первичного транскрипта образуются мРНК отдельно для тяжёлых цепей IgM и IgD, которые и транслируются в белок. Этим процессом заканчивается полноценный лимфопоэз В-лимфоцитов.Переключение изотипов иммуноглобулинов

В процессе развития иммунного ответа, т.е. после распознавания Аг и под воздействием определённых цитокинов и молекул клеточной мембраны Т-лимфоцитов может происходить переключение синтеза Ig на другие изотипы — IgG, IgE, IgA. • Переключение изотипа тяжёлой цепи тоже идёт по механизму рекомбинации ДНК: к ранее перестроенной комбинации VDJ присоединяется один из С-генов тяжёлой цепи (либо Сy1, либо Сy2, либо Су3, либо Сy4, либо Се, либо Са1, либо Сa2). При этом ДНК разрывается по областям переключения — SR (Switch Region),расположенным в интронах перед каждым С-геном (за исключением Сb). ДНК С-генов, предшествующих задействованному, элиминируется в виде кольцевых структур, поэтому дальнейшее переключение изотипа возможно только по направлению к З'-концу.


Оцените статью: (11 голосов)
4.18 5 11
Вернуться в раздел: Иммунология / Иммунная система
2007-2017 © Copyright ООО «МЕДКАРТА». Все права на материалы, находящиеся на сайте medkarta.com,
охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах.