вариабельные домены, объединяются в различных сочетаниях, образуя матрицу
для экспрессии L- и H-цепей (Seidman et al., 1979; Durdik et al., 1984).
ГЕНОМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ L-ЦЕПЕЙ ИГ У МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Различные виды млекопитающих имеют сходную схему организации и
экспрессии генов ИГ. Одним из наиболее изученных в этом отношении видов
является человек. Лямбда и каппа цепи ИГ у человека кодируются генами,
расположеными в разных локусах и на разных хромосомах. Каппа локус состоит
из большого количества V( генных сегментов, собраных в группы, пяти J( и
одного С( сегмента.. Такой тип организации называется сегментарным (рис.
2). Лямбда локус состоит из группы V( сегментов, точное количество которых
неизвестно, и семи пар J(-C( сегментов. Три из них (JC(4 - JC(6) являются
псевдогенами (Hieter et al., 1981; Roitt et al., 1993).
В процессе развития В-лимфоцита в кроветворных органах один из V
сегментов соединяется с одним из J сегментов посредством сайтспецифической
рекомбинации (Schatz et al., 1992). В этот процесс вовлекаются специальные
олигомерные последовательности: гепта- и нонамеры, фланкирующие с 3'
стороны V сегмент и с 5' стороны J сегмент (рис. 3) (Aguilera et al., 1987;
Hesse et al., 1989). Отличительной особенностью лямбда и каппа локусов
является конфигурация промежутков между гепта- и нонамерами, называемых
спейсерами. С V и J генными сегментами лямбда типа ассоциированы 23 пн и 12
пн спейсеры соответственно, а с V и J сегментами каппа типа - 12 пн и 23 пн
спейсеры (Durdik et al., 1984; Stavnezer et al., 1985).
л
Рис. 2. Схема строения лямбда и каппа локусов генов L-цепей ИГ
человека.
Лямбда локус содержит много V( сегментов и семь пар
близкорасположенных J(-C(. Три из них яляюся псевдогенами ((). Каппа локус
содержит много V( пять J( и один C( генный сегмент (Hieter et al., 1981;
Roitt et al., 1993).
Обозначения: - сигнальные олигомеры.
Рис. 3. Схема расположения олигонуклеотидных последовательностей,
задействованных в сайтспецифической рекомбинации в каппа локусе
млекопитающих. Эти последовательности фланкируют с 3‘ стороны VL сегмент и
с 5’ стороны JL сегмент. Во время рекомбинации гептамер и нонамер одного из
VL сегмента объединяются с гептамером и нонамером одного из JL сегмента.
Это делает возможным соединение VL и JL сегментов без нарушения рамки
трансляции (Aguilera et al., 1987; Hesse et al., 1989).
Последовательность, в которой рекомбинируют локусы L-цепей, строго
упорядочена во времени. Показано, что первыми перестраиваются локусы каппа
типа, причем если в одной хромосоме перестройка оказалась нефункциональной,
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
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
