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
сегментов; б) смещения рекомбинационной рамки при соединении V и J
сегментов. Нельзя исключить, что определенный вклад в разнообразие может
вносить соматический мутагенез. Во всяком случае, наличие этого механизма
показано для генов H-цепей лягушки (Zezza et al., 1992).
ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОВ L-ЦЕПЕЙ ИГ
Согласно наиболее популярной в настоящий момент гипотезе гены ИГ и Т-
клеточных рецепторов произошли от одного предкового гена, кодировавшего
один домен путем различных вариантов последовательных дупликаций (рис. 7).
В эволюции генов ИГ можно выделить три основных события.
1. Разделение предкового V-подобного гена на V и J сегменты и
возникновение механизма генерации разнообразия путем соматической
рекомбинации. Предпологается, что это событие связано с внедрением
транспозона в предковый ген и осуществилось до разделения ИГ и Т-клеточных
рецепторов у предков хрящевых рыб (Gilbert, 1990). Наличие в геноме акул и
скатов слитых VJ генов в локусах L-цепей классов I и II, является, по-
видимому, вторичным событием и, возможно, обусловлено фиксацией генов,
кодирующих антитела строго определенной специфичности (Anderson et al.,
1995).
2. Возникновение механизмов соматического мутагенеза генов ИГ. У
млекопитающих соматический мутагенез обеспечивает как минимум половину
разнообразия антител, являясь основой аффинного созревания антител при
вторичном иммунном ответе (Пол, 1987). Достаточно выражен соматический
мутагенез также у птиц (Thompson and Neiman, 1987; Reynaund et al., 1987).
Ряд данных позволяет предполагать, что соматический мутагенез может
осуществляться у хрящевых рыб и у амфибий, но эти результаты нуждаются в
более тщательном изучении. В частности, у хрящевых рыб получение
достоверных свидетельств затруднено наличием множественых кластеров генов,
что не позволяет надежно соотносить данные по геномной структуре и
структуре кДНК (Litman et al., 1993).
3. Переход от кластерной к сегментарной организации генных сегментов.
Сегментарная организация может иметь несколько преимуществ. Во-первых,
увеличивается разнообразие продуцируемых антител за счет дополнительных
возможностей комбинирования разных V и J сегментов. Во-вторых, уменьшается
размер локуса за счет
Рис. 7. Гипотетическая схема эволюции структурной организации локусов
генов L-цепей ИГ позвоночных. (Anderson et al., 1995; Gilbert, 1990).
Обозначения: - сигнальные олигомеры, фланкирующие V и J сегменты.
резкого сокращения количества C генов. В-третьих, подобная организация
позволяет упростить регуляцию экспрессии различных локусов.
Ключевым принципом функционирования иммунной системы является принцип
клональной селекции иммунокомпетентных клеток, несущих рецептор
определенной специфичности. Ряд косвенных данных позволяет считать, что у
акул гуморальный иммунный ответ клонально ограничен (Shankey and Clem,
1980). Однако неизвестно, каким образом и насколько эффективно
осуществляется это ограничение (Flajnik, 1996). У млекопитающих принцип
“одна клетка - одно антитело” обеспечивается благодаря изотипическому и
аллельному исключению. При сегментарной организации генов продуктивная
перестройка в одном из локусов ведет к блокированию перестройки других
локусов и, тем самым к их инактивации. Однако, в случае наличия
множественных VJC кластеров, в части из которых VJ сегменты слиты в
зародышевой ДНК, механизмы контроля выборочной экспрессии могут быть более
сложными или не столь эффективными. Таким образом, переход от кластерной к
сегментарной форме организации генов ИГ мог иметь принципиальное значение
для формирования полноценной системы гуморального иммунитета.
Вопрос о том, на каком этапе филогенеза произошел этот переход
остается открытым. Уже у амфибий гены ИГ L- и Н-цепей организованы
сегментарно. При этом, в случае L-цепей наблюдается два основных типа
организации: каппа-подобный (один С ген, семейство J сегментов и семейство
V сегментов) и лямбда подобный (несколько пар JC и семейство V сегментов).
По всей видимости, различные типы L-цепей амфибий произошли от различных
типов L-цепей хрящевых рыб, однако относительно невысокая гомология по
первичной структуре не позволяет утверждать этого с определенностью
(Gilbert, 1990).
У сомика и радужной форели, представителей костистых рыб, организация
генов L-цепей и Н-цепей отличается. Гены Н-цепей костистых рыб организованы
подобно млекопитающим сегментарно (Bengten et al., 1991). Организация генов
L-цепей имеет кластерный характер. В то же время, в отличие от хрящевых
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
