|
тоесть не привела к появлению полноценного гена, то рекомбинация происходит
в каппа локусе на гомологичной хромосоме. В случае повторной абортивной
перестройки аналогично происходят перестройки в лямбда локусах. Если в
клетке непродуктивно перестроились все четыре локуса, то она превращатся в
0-клетку и подвергается апоптозу. Если же перестройка одного из локусов
привела к образованию функционального гена, то рекомбинация остальных
локусов блокируется. Детали механизма блокирования неизвестны, однако
установлено, что необходимым условием для него является транскрипция
продуктивно перестроенного гена. В результате в каждом индивидуальном
лимфоците синтезируется только один тип L-цепей, каппа или лямбда, и
экспрессия гена происходит только на одной из двух гомологичных хромосом.
Эти феномены, называемые изотипическим и аллельным исключениями лежат в
основе ключевого принципа функционирования иммунной системы - принципа
клональной селекции (Пол, 1987; Strob, 1987).
В организме млекопитающих генерируется свыше десяти миллионов
вариантов антител, хотя в геноме содержится значительно меньшее количество
генных сегментов, которые могут участвовать в формировании вариабельных
доменов. В случае L-цепей, основным источником разнообразия является
комбинативное сочетание V и J сегментов. Дополнительным источником является
смещение рекомбинационной рамки в месте их соединения. Кроме того, V генные
сегменты могут обмениваться участками ДНК с псевдогенами посредством генной
конверсии. Очень существенный вклад в разнообразие специфичностей антител
вносит соматическое мутирование вариабельных генных сегментов в сайтах,
участвующих в формировании антигенсвязывающего центра. Соматическое
разнообразие генерируется при вторичном иммунном ответе путем включения
гипермутационного механизма в клетках памяти в зародышевых центрах
лимфатических узлов (Tonegawa 1983; Roitt et al., 1993).
ГЕНОМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ L-ЦЕПЕЙ ИГ У НИЗШИХ
ПОЗВОНОЧНЫХ
Хрящевые рыбы.
Гуморальный иммунный ответ в виде специфических антител
обнаруживается только у позвоночных. Наиболее примитивными видами, у
которых обнаружена способность синтезировать ИГ, являются хрящевые рыбы.
Представители трех основных таксонов (акулы, скаты и химеры) продуцируют
антитела в ответ на введение широкого спектра антигенов. Однако, в отличие
от млекопитающих, гетерогенность сывороточных антител у хрящевых рыб
выражена очень слабо. Кроме того, у них не обнаружено созревание иммунного
ответа - при вторичном введении антигена спектр антител не меняется
(Flajnik, 1996). Результаты исследований последних лет продемонстрировали,
что организация генов ИГ у хрящевых рыб также имеет ярко выраженные
особенности.
У хрящевых рыб обнаружены гены трех типов L-цепей, локализующиеся в
разных локусах. В каждом локусе геные сегменты организованы в кластеры,
имеющие по одному V, J и C генному сегменту (рис. 4). Таких кластеров
содержится несколько десятков или даже сотен в одном локусе на расстоянии
12-15 тпн друг от друга (Rast et al., 1994).
Гены первого типа найдены у разнозубой акулы (Heterodontus francisci)
(Shamblott and Litman, 1989) и малого ската (Raja erinacea) (Anderson et
al., 1995). У акулы кластеры имеют размер 3-6 тпн. V и J, J и C генные
сегменты разделены примерно 0,5 и 4 тпн соответственно. У ската V и J
сегменты слиты в зародышевой ДНК.
Гены второго типа обнаружены у пятнистой химеры (Hydrolagus colliei)
(Maisey, 1984), песчаной акулы (Carcharhinus plumbeus) (Hohman et al.,
1992; Hohman et al., 1993), разнозубой акулы и малого ската (У всех
изученных видов в кластерах этого типа V и J генные сегменты соединены уже
в зародышевом геноме. V и C гeнные сегменты разделены 2-3 тпн.
Рис. 4. Схема строения локусов генов L-цепей ИГ у акулы.
Организация генов у акулы имеет кластерный тип. Каждый кластер имеет
размер 3 - 6 тпн и содержит по одному VL, JL и CL генному сегменту.
Обнаружено три типа генов L-цепей ИГ. Локусы генов первого и третьего
типов имеют схожую организацию. В этом случае VL и JL, JL и CL сегменты
разделены примерно 0,5 и 4 тпн соответственно (А) (Rast et al., 1994).
В локусе генов второго типа VL и JL сегменты соединены уже в
зародышевом геноме (Б).
Третий тип генов L-цепей найден у акулы-няньки (Gynglimostoma
cirratum) (Greenberg et al., 1993) и разнозубой акулы (Rast et al., 1994).
В кластерах этого типа V и J, J и C генные сегменты разделены, как и в
кластерах первого типа, примерно 0,5 и 4 тпн соответственно. V и J генные
сегменты фланкируются сайтами специфической рекомбинации со спейсерами 12 и
23 пн, что соответствует конфигурации спейсеров в локусах каппа типа
млекопитающих. По первичной структуре гены третьего типа тоже наиболее
близки к генам каппа типа высших позвоночных (гомология по аминокислотной
последовательности составляет около 60%).
Гены этих трех типов имеют между собой низкую степень гомологии:40-
50% по нуклеотидной последовательности С сегментов и 50-60% по
последовательности V сегментов (Hohman et al., 1993).
Полученные данные показывают, что у хрящевых рыб имеется очень
большое количество генных сегментов. Однако специфика организации генов
исключает комбинативное сочетание сегментов. Все разнообразие антител у
хрящевых рыб формируется только за счет экспрессии большого количества
кластеров.
Данные о нуклеотидных последовательностях из разных локусов выявили
низкую гетерогенность генов (85-95%), что указывает на отсутствие
соматического мутагенеза (Rast et al., 1994).
Костистые рыбы.
Анализ сывороточных антител пещерного сомика (Ictalurus punctatus)
показал наличие трех типов L-цепей с различными молекулярными массами: 26,
24 и 22 кДа. Два вида антител мыши, 3F12 и 1G7, захватывают более 90% от
общего количества иммуноглобулинов в реакции иммунопреципитации. При этом
3F12 антитела связываются с молекулами, содержащими L-цепи массой 24 и 22
кДа, а 1G3 антитела с другой субпопуляцией, содержащей L-цепи массой 26
кДа. На основе этих данных L-цепи разделяют на два класса, называемые F и G
(Lobb et al.,1984).
Геномная организация локуса L-цепей G типа имеет кластерный тип (рис.
5). В каждом кластере содержится по одному J и C сегменту и два V сегмена.
Вариабельные генные сегменты расположены всегда в противоположной
транскрипционной полярности к J и C сегментам . В ряде геномных клонов один
V сегмент располагался с 3' стороны от C генного сегмента. Размер кластера
равен примерно 3 тпн, расстояние между кластерами около 6 тпн (Ghaffari and
Lobb, 1993; Bengten, 1994).
Хотя гены L-цепей сомика имеют низкую гомологию с генами других
позвоночных (40-50% по нуклеотидной последовательности), их можно отнести к
каппа типу высших позвоночных, так как сходство по первичной структуре с
лямбда типом ниже. Кроме того, конфигурация спейсеров имеет характер каппа
типа: 12 пн спейсер ассоциирован с V, 23 пн спейсер с J сегментом (Ghaffari
and Lobb, 1993).
У радужной форели (Oncorhynchus mykiss), представителя другого
семейства костистых рыб, также обнаружены два типа L цепей (Daggfeldt et
al., 1993). Один из них (L1) высокогомологичен G типу сомика по структуре V
и C областей и соответствующий локус имеет сходную организацию.
По-видимому, у этих видов объединение V и J сегментов происходит
только за счет инверсий с восстановлением единой полярности транскрипции.
Разнообразие вариабельных доменов образуется в результате комбинативного
сочетания V и J сегментов в пределах одного кластера. Не исключается, что в
перестройки могут вовлекаться и соседние кластеры.
Интересной особенностью костистых рыб является очень высокая
пропорция мРНК, представляющей так называемые стерильные транскрипты
(Ghaffari and Lobb, 1993). Эти транскрипты включают в себя только С-
сегменты и фланкирующие их 5’и 3’-нетранслируемые участки. Количество
стерильных транскриптов у сомика и форели в 5 раз превышает количество
полных VJC-транскриптов.
Рис. 5. Геномная организация локуса генов L-цепей ИГ у пещерного
сомика.
Генные сегменты организованы в кластеры. Каждый кластер содержит два
VL и по одному JL и CL сегменту и имеет размер около 5 тпн. Расстояние
между JL и CL около 1000 пн, VL сегменты удалены от 5' конца JL сегмента на
3 тпн. VL сегменты всегда расположены в противоположной транскрипционной
полярности по отношению JL и CL сегментам (Ghaffari and Lobb, 1993).
Амфибии.
У шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) выявлено три семейства генов L-
цепей ИГ, кодирующих три различных изотипа: L1 (ро), L2 (сигма) и L3 (рис.
6).
Все три локуса имеют сегментарный характер организации. L1 локус
содержит множественные VL1 сегменты, разделенные в геноме 2.1 - 3.6 тпн,
пять JL1 сегментов, три из которых идентичны, и один CL1 генный сегмент
(Stewart et al., 1993). JL1 и VL1 сегменты фланкируются каноническими гепта-
и нонамерными сигнальными последовательностями, разделенными 12 пн у VL1 и
23 пн у JL1 сегментов (Sakano et al., 1980).
Локус генов второго типа разделяется на два семейства, (1 и (2,
которые в геноме располагаются отдельно. Геном лягушки содержит
множественные V(1 и несколько V(2 геных сегментов, одну пару J(1-C(1 и пару
J(2-C(2 (Schwager et al., 1991). Расположение генов этого типа друг
относительно друга точно не определено.
Недавно был обнаружен третий тип генов L-цепей у лягушки. В геноме
лягушки содержится шесть семейств V сегментов этого типа. Общее количество
VL3 элементов составляет по меньшей мере 30 копий. Каждый VL3 элемент может
рекомбинировать с одной из двух пар JCL3 генных сегментов (Haire et al.,
1996).
Гены трех типов значительно различаются: гомология на аминокислотном
уровне составляет приблизительно 30% (Zezza et al., 1991). В то же время,
ряд признаков позволяет соотнести гены L1 и L3 типа с каппа и лямбда типами
млекопитающих.
Семейство генов первого типа можно отнести к каппа типу по нескольким
причинам (Zezza et al., 1992): а) высокая гомология первичной структуры
(более 50%); б) существенное сходство геномной организации локуса (много
VL1 и один CL1 генный сегмент); в) кофигурация спейсеров между гепта- и
нонамерыми соответствует каппа типу; г) JL1 и CL1 генные сегменты разделены
примерно 3.5 тпн, что приблизительно равно расстоянию между JL( и CL(
элементами человека (Sakano et al., 1979; Hieter et al., 1982) и
значительно больше чем расстояние между JL( и CL( млекопитающих (Blomberg
et al., 1982; Udey, 1987).
Рис. 6. Геномная организация локуса первого и третьего типов генов L-
цепей ИГ у шпорцевой лягушки.
Локус семейства L1 содержит множественные VL1 сегменты, пять JL1
сегментов один CL1 генный сегмент. Расстояние между VL1 равно 2.1 - 3.6
тпн. Локус семейства L3 имеет около 30 VL3 сегментов, располагающихся
группами, JL3 и CL3 сегменты располагаются парами: JCL31 и JCL32 (Stewart
et al., 1993; Haire et al., 1996).
Третий тип генов L-цепей лягушки более близок к лямбда типу
млекопитающих: а) более высокая гомология с генами лямбда типа
млекопитающих (около 50% с (- и 30-40% с (-типом по аминокислотной
последовательности); б) JL3 и CL3 генные сементы экспрессируются всегда
парами JL31-CL31 и JL32-CL32, что напоминает ситуацию в лямбда локусе
человека и мыши (Haire et al., 1996).
Гены второго типа L-цепей лягушки незначительное и приблизительно
одинаковое сходство с генами каппа и лямбда типов млекопитающих (30-40% и
25-40% по нуклеотидной последовательности, соответствено) (Schwager et al.,
1991).
Генетическое разнообразие у лягушки достаточно велико и сравнимо с
разнообразием генов у млекопитающих. Однако репертуар антительных
специфичностей в сыворотке крови значительно уступает репертуару высших
позвоночных (Hsu et al., 1991). Этот парадокс можно объяснить наличием
механизма соматической селекции клонов В-лимфоцитов, который элиминирует
клетки, несущие антитела, специфичные к собственным антигенам организма, а
также те клетки, которые продуцируют несколько типов антител (Wilson et
al., 1992).
Основной вклад в формирование разнообразия L-цепей антител у лягушки
дают первое и третье семейства генов, имеющие высокий комбинативный
потенциал и большое разнообразие зародышевых V генных (Haire et al., 1996).
Второе семейство имеет несколько слабо отличающихся друг от друга VL2
элементов и не играет существенной роли в формировании разнообразия
(Stewart et al., 1993). Таким образом, разнообразие генов L-цепей у лягушки
а создается посредством: а) комбинативного соединения V и J генных
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|
