ИММУНОЛОГИЯ - Ройт А. - Мир 2000

Глава 8. Источники разнообразия антигенраспознающих структур

ГЕНЫ КОНСТАНТНОЙ ОБЛАСТИ ТЯЖЕЛЫХ ЦЕПЕЙ

Для кодирования иммуноглобулинов всех классов используется один и тот же набор генов вариабельной области. «Переключение» изотипа в зрелой клетке, образующей антитела, заключается всею лишь в смене функционального гена константной области. Это удалось выяснить при анализе двойных миелом, в сыворотке носителей которых одновременно содержатся моноклональные антитела двух изотипов. Например, у больного множественной миеломой были обнаружены IgM и IgG с идентичными легкими цепями и Vн-областями — IgG отличались от IgM только заменой цепей μ на γ. Подобно этому, на поверхности одного лимфоцита часто одновременно присутствуют IgM и IgD и, несмотря на разные изотипы, эти мембраносвязанные иммуноглобулины имеют идентичные антигенсвязывающие центры.

Все гены константной области расположены в хромосоме ниже J-сегментов. У мыши имеется по одному гену константной области для каждого класса иммуноглобулинов — IgM, IgE, IgD и IgA(Сμ, Сε, Сδ, и Сα) - и для каждого из подклассов IgG (Cγ1, Сγ2а, Сγ2b и Сγ3) (рис. 8.18). За исключением Сδ, перед каждым С-геном расположена последовательность переключения, S (от англ. switch) (рис. 8.19).

Рис. 8.18. У мыши гены константной области расположены на 8,5 т.п.н. ниже перестроенных сегментов V-D-J. Перед каждым С-геном, за исключением Сδ, расположены (один или несколько) участки переключения (красные кружки), повторяющие нуклеотидную последовательность, которая предшествует 5' концу Сμ-гена. Эти участки переключения позволяют любому из С-генов рекомбинироваться с генами V-D-J. Перестройки Сδ-генов, по-видимому, происходят с участием тех же участков переключения, что и в случае Сμ-генов, но при образовании РНК для IgD транскрипт Сμ-гена вырезается из первичного РНК-транскрипта. В нижнем ряду на развернутых схемах организации генов Сμ и Сγ2а показаны интроны, расположенные между экзонами для каждого домена (С1, С2 и т. д.). Гены Сγ также имеют отдельный экзон, кодирующий шарнирную область γ-цепи (Н), и во всех этих генах содержится один или несколько дополнительных экзонов, необходимых для кодирования мембраносвязанной формы иммуноглобулина (М).

Рис. 8.19. 1. Первичная иммунизация вызывает образование антител преимущественно изотипа IgM; повторное введение антигена стимулирует образование антител в основном изотипа IgG. Механизм переключения изотипа схематично представлен справа. 2. При первичном ответе рекомбинированный участок V-D-J считывается вместе с Сμ-геном. После удаления нитронов при процессинге первичного РНК-транскрипта образуется мРНК для секретируемой формы IgM. В процессе «созревания» иммунного ответа происходит переключающая изотип рекомбинация между участком Sμ и расположенным ниже С-геном (в данном случае Сγ3). Разделяющий их участок ДНК образует петлю, а затем вырезается. В результате происходит утрата генов Сμ и Сδ, а два участка переключения (Sμ и Sγ3) соединяются.

Расположение С-генов локуса IgH человека и порядок их переключения представлены на рис. 11.23.

Переключение изотипа может происходить либо в результате рекомбинации генов, либо вследствие дифференциального сплайсинга мРНК

Переключение изотипа, весьма существенное для «созревания» иммунного ответа, могут предварять или сопровождать соматические мутации генов иммуноглобулинов. Вначале полностью транскрибируется весь отрезок ДНК, включающий рекомбинированный Vн-ген, а также Сμ- и Сδ-гены; затем из первичного транскрипта в результате дифференциального сплайсинга могут образоваться молекулы мРНК двух разных типов — с последовательностями, комплементарными одному и тому же Vн-гену, но разным С-генам - Сμ или Сδ. Высказано предположение, что так иногда транскрибируются и намного более длинные отрезки ДНК, после чего путем дифференциального сплайсинга формируются мРНК для других изотипов Ig с одинаковыми Vн-областями (рис. 8.20). Подобный процесс наблюдается в клетках, одновременно синтезирующих IgM и IgE.

Рис. 8.20. Некоторые В-клетки образуют антитела нескольких изотипов, используя один длинный первичный РНК-транскрипт. Здесь представлен транскрипт, содержащий последовательности Сμ и Cδ. От расположения полиаденилатных участков (которое может быть различным) зависит вид дифференциального сплайсинга, создающего мРНК для синтеза либо IgD (вверху), либо IgM (внизу). Дополнительные полиаденилатные участки в пределах этой же области РНК-транскрипта определяют форму, мембраносвязанную или секрети руемую, в которой будет транслирован иммуноглобулин.

Наиболее часто механизмом переключения изотипа служит рекомбинация между S-участками (путем образования петли ДИК и ее последующего вырезания), в результате которой другой С-ген занимает место рядом с перестроенным геном V-D-J (рис. 8.19 и 11.23).

Образование мембраносвязанной и секретируемой форм иммуноглобулинов определяется дифференциальным сплайсингом РНК-транскриптов для тяжелых цепей

Мембраносвязанная форма иммуноглобулина (антигенраспознаюший рецептор) идентична его секретируемой форме (антитело), за исключением того, что содержит добавочную С-концевую последовательность в составе тяжелой цепи. Поэтому мембраносвязанные иммуноглобулины несколько крупнее своих растворимых аналогов. Дополнительная аминокислотная последовательность пронизывает клеточную мембрану и «заякоривает» молекулу в липидном бислое. Например, в случае мембраносвязанного IgM между расположенными по две стороны мембраны гидрофильными аминокислотными остатками находятся гидрофобные (липофильные) остатки (рис. 8.21), которые предположительно образуют внутри мембраны α-спиральный участок цепи. Мембраносвязанные иммуноглобулины существуют только в форме основной четырехцепочечной единицы; их молекулы не полимеризуются.

Рис. 8.21. До 556 позиции С-концевые аминокислотные последовательности μ-цепей секретируемого и мембраносвязанного IgM идентичны. После 556 остатка μ-цепь секретируемого IgM насчитывает 20, а мембраносвязанного - 41 остаток. У секретируемой формы к остатку аспарагина в 563 позиции присоединена углеводная единица, а остаток цистеина в 575 позиции участвует в образовании межцепочечного дисульфидного мостика. Мембраносвязанная форма IgM содержит расположенный между заряженными (гидрофильными) остатками участок из 26 гидрофобных аминокислотных остатков (с 568 по 595), который способен двумя витками α-спирали проникать сквозь клеточную мембрану. Короткий положительно заряженный хвостовой сегмент тяжелой цепи погружен в цитоплазму.

Синтез двух форм иммуноглобулинов возможен благодаря дифференциальной транскрипции гаметного С-гена (рис. 8.22). Считается, что тип РНК-транскрипта зависит от полиаденилатной (поли-А) последовательности, поточный механизм этой регуляции неизвестен.

Рис. 8.22. Схематическое изображение части генных элементов, кодирующих IgM. Показаны зкзоны для доменов Сμ3 и Сμ4 (Н3 и Н4), а также для трансмембранного и цитоплазматического сегментов (М) μ-цепи мембраносвязанного IgM. На 3'-конце экзона Н4 и дополнительного трансмембранного сегмента М имеется нетранслируемая последовательность (показана серым цветом). S — стоп-кодоны. Транскрипция ДНК может происходить двумя путями. Если она заканчивается на S, транскрипт с полиаденилатным хвостом (поли-А) в результате процессинга превращается в мРНК секретируемой формы IgM. Если транскрипция идет дальше, включая экзоны трансмембранных сегментов, то при последующем процессинге транскрипта будут удалены кодоны С-концевых аминокислот и стоп-кодон Н4. В результате транслируемый белок будет иметь иную С-концевую последовательность.