Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

измом мейотической рекомбинации в рамках модели «двуцепочечный разрыв -репарация» (см. гл. 14). При деградации участка Y в области МЛ Г может возникать брешь, репарируемая за счет генной конверсии при участии последовательностей HML или HMR.

Белки клеточной поверхности у трипаносомы

В клетках трипаносомы могут происходить перестройки ДНК, которые обеспечивают альтернативную экспрессию индивидуальных представителей большого семейства генов, кодирующих различные варианты поверхностных гликопротеинов (VSG). Любая клетка трипаносомы в каждый данный момент времени продуцирует только один из вариантов VSG. Поверхность клетки покрывают от 5 до 10 миллионов молекул VSG, которые предотвращают контакт иммунной системы организ

ма хозяина со всеми остальными белками трипаносомы, которые были бы расценены ею как чужеродные. Прежде чем хозяйский организм успевает выработать эффективный иммунный ответ против данного варианта VSG-антигена, экспрессированного на поверхности потомства инфицирующей клетки трипаносомы, в индивидуальной клетке происходит переключение на продукцию нового варианта VSG. Таким образом, в ходе инфекции реализуется переключение на все новые отличные варианты VSG с частотой, достаточной, чтобы противостоять очередным попыткам хозяина выработать эффективный иммунный ответ. Исход этой конкурентной борьбы для организма-хозяина часто оказывается фатальным.

С помощью методов работы с рекомбинантными ДНК удалось установить, что в геноме трипаносомы содержится более 100 генов, кодирующих различные варианты VSG. Экспрессия данного гена VSG достигается за счет его дупликации и транспозиции копии гена в область экспрессионного центра, расположенного на другом участке генома. Переключение на экспрессию нового гена VSG сопровождается удалением из области экспрессионного центра прежде находившейся там копии гена VSG. Считают, что в экспрессионном центре находится промотор, способный направлять транскрипцию встроившейся очередной копии гена VSG. Такой способ организации существенно отличает экс-прессионный центр трипаносомы от локуса МАТ дрожжей. В случае переключения типа спаривания у дрожжей промоторные участки содержатся непосредственно в рамках перемещающихся последовательностей Ya и Ya. В то же время, как и в случае дрожжевого локуса МАТ, экс-прессионный центр трипаносомы располагается в области хроматина, более чувствительной к ДНКазе I, чем участки хроматиновой структуры, содержащие неэкспрессируемые гены VSG. Интересно, что выработавшаяся у трипаносом система преодоления иммунного ответа хозяина, как будет видно из дальнейшего, механистически очень напоминает саму систему иммунного ответа.

Иммуноглобулиповые гены

Третий и наиболее сложный пример процессов перестройки ДНК связан с организацией иммунной системы млекопитающих и других высших позвоночных. Направленность эволюционного развития иммунной системы определялась необходимостью противостоять инфекции и удалять из организма собственные дефектные клетки, которые могут оказаться раковыми. Иммунная система млекопитающих обладает способностью продуцировать по крайней мере 106 антител с различной специфичностью. Такое разнообразие антител вполне достаточно для того, чтобы обеспечить специфический иммунный ответ по отношению к любой чужеродной молекуле (антигену). Характерно, что антитела к синтетическим антигенам, которые никак не могли фигурировать в эволюционной истории организма, вырабатываются им столь же эффективно, что и антитела к обычным природным антигенам. Антитела продуцируются в крови клетками В-лимфоцитов. Каждый из миллионов покоящихся В-лимфоцитов способен специфически распознавать одну определенную антигенную детерминанту, которая может быть представлена в составе чужеродной молекулы. Присутствие чужеродного

антигена первоначально регистрируется одним или несколькими В-лимфоцитами в популяции, исходно несущими подходящие антитела. Взаимодействие с антигеном индуцирует пролиферацию данных лимфоцитов, которая приводит к образованию клонов клеток, продуцирующих антитела к данному антигену. В ходе установления иммунного ответа вырабатываются иммуноглобулины нескольких различных классов с одинаковой специфичностью к антигену (табл. 16.5). Первыми нарабатываются IgM, антитела, связанные с клеточной мембраной В-лимфо-цитов. Вслед за этим начинается продукция IgD и IgG, причем последние представляют собой основной класс антител, высвобождаемых в кровоток. Некоторые из клеток клональной популяции В-лимфоцитов, активированных антигеном, вырабатывают также IgA и IgE.

Способность организма продуцировать такое колоссальное разнообразие специализированных белков (антител) порождает естественный вопрос: каким образом эти белки кодируются в ДНК? В последние десять лет благодаря развитию методов работы с рекомбинантными ДНК на этот вопрос удалось получить достаточно исчерпывающий ответ. Важнейшим фактором, определяющим разнообразие антител, является способность лимфоцитов к перегруппировке и комбинированию определенных сегментов ДНК с образованием тысяч различных возможных вариантов структуры соответствующих генов.

Для молекул антител характерна димерная структура, в которой каждый из мономеров состоит из двух различных полипептидных цепей, которые в соответствии с размером называют тяжелыми (Н) и легкими (L). Цепи соединены между собой дисульфидными мостиками, как показано на рис. 16.20 для молекулы IgG. Удалось определить аминокислотную последовательность для целого ряда различных Н- и L-це-пей, которые были получены из крови человека или мыши, страдающих множественной миеломой, болезнью, при которой сверхпролиферация определенного клона антитела-продуцирующих лимфоцитов происходит без всякой индукции антигеном. Эти исследования показали, что как Н-, так и L-цепи иммуноглобулинов содержат так называемые вариабельные (V) и константные (С) участки последовательности. То есть при сравнении аминокислотных последовательностей множества различных L-цепей оказывается, что различия в аминокислотной последо

вательности локализуются главным образом в VL-, а не в CL-участке цепи. Аналогичным образом различия в последовательностях Н-цепей иммуноглобулинов данного класса также сосредоточены в соответствующих участках (VH). Антигенная специфичность индивидуальных антител определяется аминокислотными последовательностями их VL-и Ун-участков. В этом отношении особенно важную роль играют аминокислотные остатки, расположенные в области так называемых гипервариабельных участков (рис. 16.20). Антиген-связывающие центры иммуноглобулинов находятся между VH- и VL-участками цепей. Каждая димерная молекула антител, образуемых одним клоном лимфоцитов, состоит из идентичных Н- и L-цепей, и каждый данный клеточный клон продуцирует антитела одного типа.

L-цепи кодируются двумя основными группами генов, обозначаемых X и х, расположенными на различных хромосомах. В состав каждой группы входят три различных типа генов: семейство генов VL, кодирующих первые 97 аминокислотных остатков с N-конца цепи; небольшое семейство генов JL (от англ. joining-соединяющие), кодирующих следующие 10-12 остатков, и один или несколько генов CL, кодирующих С-концевую половину L-цепи. На рис. 16.20 помечены участки цепи, кодируемые генами каждого из этих семейств. У человека каждое из се

мейств V% и VK состоит из 200-300 генов, а каждое из семейств Jx и /и содержит по 5 генов. Таким образом, комбинирование представителей этих семейств генов в каждом случае может приводить к образованию ~ 1000 (5-200) различных Т^участков. У мыши семейство VK насчитывает около 300 генов, а семейство Jx состоит из 4 генов. В то же время семейства Vx и Jk каждое содержат лишь 1-2 гена.

Фрагменты Н-цепей кодируются одной группой генов, локализованной на хромосоме, отличной от обеих хромосом, содержащих гены L-цепей. Как показано на рис. 16.20, вариабельный участок Н-цепи кодируют три различные семейства генов: VH (около 300 представителей); D (не менее 10 представителей) и JH [4 гена]. Из них может быть составлено около 12000 комбинированных генов тяжелых цепей. Таким образом, при случайном попарном сочетании различных вариантов легких и тяжелых цепей можно получить 24-106 (12000-2000) различных видов антител. Кроме того, С-концевая область Н-цепей кодируется различными генами Сн, которые соответствуют различным классам иммуноглобулинов, перечисленным в табл. 16.5 (рис. 16.21).

В течение многих лет было совершенно непонятно, каким образом направляется синтез Н- и L-цепей, содержащих идентичные С-участки и различные V-участки. Предполагали, что С- и V-участки кодируются различными генами, а для интерпретации процессов объединения этих участков в единую полипептидную цепь выдвигали ряд различных гипоРис. 16.21. Субъединичная структура различных классов иммуноглобулинов человека. Различия в структуре целиком определяются различиями в константных участках тяжелых цепей (см. табл. 16.5). (По Hood L. Е., Weissman I. L, Wood W.B., 1978. Immunology, Benjamin Cummings, Menlo Park, Calif.)

тез. В 1976 г. Тонегава и его коллеги показали, что гены VK и Си, кодирующие легкую цепь иммуноглобулинов мышиной миеломы, примыкают друг к другу в составе ДНК миеломных клеток, но находятся гораздо дальше друг от друга в ДНК эмбриональных клеток или клеток спермы. Авторы предположили, что в ходе дифференциации лимфоцитов выбор пути синтеза данного варианта L-цепи сопровождается перемещением данной пары генов VK и Сх, которое приводит к согласованной транскрипции обоих генов с образованием общей мРНК, кодирующей данную разновидность цепи. В других миеломных опухолях наблюдалась перегруппировка генов Vx и Сх легких цепей. Выбор пути образования иммуноглобулиновых цепей данного типа, основанный на комбинации данных генов \х и Сх> исключает продуктивное использование комбинаций генов Vx и Си. Верно и обратное. Более того, в каждом случае в продуктивном комбинировании семейств генов X или х принимают участие только гены, расположенные на одной из гомологичных хромосом. Это явление получило название аллелъного исключения.

Эксперим

страница 51
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.10.2019)