Genetic_of_Ig

1

2 3 4 S

M1 M2

C

5’

1

C

5’

1

C

5’

1

C

5’

1

C b

5’

1

C a

5’

1

3’

H		3	S			M1 M2

3’

H 2 3 S								M1 M2

3’

H 2 3 S						M1		M2

3’

H 2 3 S						M1 M2

3’

H 2 3 S						M1 M2

3’

2 3 4 S

M1 M2

C

5’ 3’

1 H 2 3 S

M1

C

3’

5’

Рис.7. Будова генів важких ланцюгів імуноглобулінів миші

Гени важких ланцюгів мають модульну структуру (рис.7). Всі С-

послідовності складаються з екзонів, розділених інтронами. 1,2,3,4 – екзони,

що кодують відповідні домени білка, S-екзони обумовлюють форму антитіла,

що секретується, М-екзони – мембранозв’зану форму, Н-екзон відповідає за синтез шарнірної ділянки (hinge).

11

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Де розташовані локуси важких і легких ланцюгів антитіл у людини?

2.Які послідовності входять до складу локусів легких ланцюгів?

3.Які послідовності входять до складу локусів важких ланцюгів?

4.У якому порядку розташовані сімейства нуклеотидних послідовностей в локусах легких та важких ланцюгів антитіл людини?

5.Назвіть регуляторні ділянки в локусах генів антитіл.

6.Завдяки чому забезпечується ідіотипове різноманіття імуноглобулінів?

7.Які генетичні причини лежать в основі формування алотипових відмінностей імуноглобулінів?

12

ТЕМА №3

Рекомбінація в генах легких і важких ланцюгів імуноглобулінів

D1-12

C

V1-1000

J1-4 C C

C 3 C 28

L1 L2 L1000

C 1

C 2a

C

5’

3’

D

Рекомбінація

J

V

DJ

Рекомбінація

C

VDJ

Cплайсинг

VDJ-C

Рис.8. Рекомбінація генів, що кодують важкі ланцюги імуноглобулінів

Перша рекомбінаційна подія – об’єднання однієї з 12-ті D-

послідовностей з однією з 4-х J-послідовностей. Ця перебудова відбувається як на материнській, так і на батьківській хромосомі. Потім на одній з пари хромосом проходить V-DJ-рекомбінація. Якщо вона виявиться непродуктивною, то V-DJ-рекомбінація відбувається на сестринській хромосомі – це друга рекомбінаційна подія. У даному випадку сайт-

специфічної рекомбінації з’єднання нуклеотидних послідовностей буває неточним – на кінцях сегментів часто втрачаються нуклеотиди, що підвищує різноманіття імуноглобулінів. З’єднання ДНК-сегментів проходе за інверсійно-делеційним механізмом – коли частина ДНК вирізається й переноситься в іншу ділянку хромосоми. Первинний транскрипт, що синтезується у пре-В-клітині експресує µ-ланцюги. Такий транскрипт містить інтрон між J- і С-сегментами, який вирізається у процесі сплайсингу при дозріванні РНК.

13

А

Б

Рис. 9 Механізм рекомбінації генних сегментів легких (А) та важких (Б) ланцюгів

Сплайсинг, що має місце під час рекомбінації V-J та V-D-J

послідовностей, здійснюється завдяки взаємодії специфічних сигнальних послідовностей ДНК – гептамерної і наномерної, а також двох спейсерів, що складаються з 12 нуклеотидів та 23 нуклеотидів. Білки RAG1 RAG2

сприяють впізнаванню послідовностей ДНК та утворенню синаптичного комплексу, після чого відбувається вирізання утворених «шпильок» і

замикання їх у кільце. Цитокін – інтерлейкін-7, що синтезується стромальними клітинами кісткового мозку, регулює активність білків RAG1 RAG2.

Наступний етап перебудови у генах імуноглобулінів відбувається в генетичному локусі легких капа-ланцюгів і передбачає VJ-рекомбінацію спочатку одного алеля, а потім іншого, поки VJ-рекомбінація не виявиться продуктивною. У некомітованій В-клітині гени, що кодують -ланцюг,

віддалені один від одного на значну відстань. Рекомбінація починається з об’єднання однієї з V-послідовностей (V 2) з однією з J-послідовностей –

(J3). В результаті формується -локус, що контролює незрілу пре-мРНК ядра.

14

При дозріванні такої РНК відбувається сплайсинг і з’єднання VJ з С -

послідовністю за рахунок делеції інтрона. Зріла мРНК являє собою єдину

інформаційну ділянку

(LV 2J3C ), на

якій транслюється первинний -

ланцюг. При дозріванні -ланцюга лідерна послідовність (L) вилучається, що

призводить до формування повноцінного

-ланцюга антитіла.

L V 1 L V 2 LV 200

J1 J2 J3J4

C

5’

3’

ДНК в некометованій клітині

Рекомбінація

J3 J4

C

L V 1 LV 2

3’

5’

локус

Транскрипція

J3 J4

C

L V 1 LV 2

пре-мРНК

Сплайсинг

V 2 C

мРНК

L J3

Транскрипція

V 2 C

Первинний -ланцюг

L J3

Вилучення лидеру

-ланцюг Ig, що секретується

Рис.10. Рекомбінація нуклеотидних послідовностей, що кодують -ланцюг імуноглобулінів

15

Якщо ж обидва акти рекомбінації капа-ланцюга не призведуть тієї послідовності нуклеотидів, що необхідна для транскрипції, то аналогічна рекомбінація відбувається в алельних ДНК лямбда-ланцюгів.

ЕМБРІОН

L V1 L V2

LVn

J1C1 J2 C2

J3 C3

J4 C4

J5 C5

J6 C6

5’

3’

ДНК стовбурової клітини

В-КЛІТИНА

L

V1

V2 J3

C3

L

5’

3’

ДНК В-клітини

Транскрипція і сплайсинг РНК

V2 C3

L J3

мРНК

Синтез білка

Пептидний легкий ланцюг

Рис.11. Механізм реалізації інформації генних сегментів -ланцюга імуноглобуліну

16

Реорганізація генів імуноглобулінів здійснюється по мірі диференціювання В-лімфоцитів і розпочинається ще у стовбурових клітинах

зародка (табл. 1).

Таблиця 1

Реорганізація імуноглобулінових генів у процесі диференціювання В-

клітин у кістковому мозку

		Стовбурова	Рання про-	Пізня про-	Пре-В-	Незріла
		клітина	В-клітина	В-клітина	клітина	В-клітина
	Послідов-	Зародкова	Реоганізація	Реоганізація	Реоргані-	Реоргані-
	ності				зований	зований
		організація	D-J	V-DJ
	Н-ланцюга				VDJ	VDJ
	Послідов-	Зародкова	Зародкова	Зародкова	Реоганіза-	Реогані-
	ності					зований
		організація	організація	організація	ція V-J
	L-ланцюга					VJ
					µ-ланцюг у	Експресія
					цитоплазмі
	Поверхне-					IgM на
		Відсутній	Відсутній	Відсутній	та на
	вий Ig					поверхні
					поверхні
						клітини
					клітини

На першому етапі диференціювання стовбурова кровотворна клітина перетворюється у лімфоцитарний попередник, який є спільним для Т і В-

лімфоцитів. Від нього утворюється рання про-В-клітина. Потім за участю цитокінів у кістковому мозку рання про-В-клітина перетворюється у пізню про-В-клітину, яка диференціюється у пре-В-клітину. Заключною клітинною формою диференціювання у кістковому мозку є незріла В-клітина, що експресує на своїй поверхні IgM. Під час цих процесів визначається форма майбутнього антитіла – секреторна або мембраноз’вязана (рецепторна).

17

Секреторний IgM

			рАс	рАm
L	C 1	C 2 C 3 C 4 S		M1 M2

5’ VDJ 3’

Рекомбінована ДНК

Пре-мРНК

мРНК

Білок (мембраннозв’ язаний -ланцюг)

Мембраннозв’язаний IgM

			рАс	рАm
L	C 1	C 2 C 3 C 4 S		M1 M2

5’ VDJ 3’

Рекомбінована ДНК

Пре-мРНК

мРНК

Білок (мембраннозв’язаний -ланцюг)

Рис.11. Реорагізація локусу, що контролює утворення секреторної або мембранної форми IgM

18

У реорганізований локус рекомбінантної ДНК входять лідерна послідовність, екзони, що кодують константні домени важкого ланцюга (у

даному випадку IgM), екзон, що контролює секреторний компонент,

термінальна послідовність рАс (поліаденін секреторного шляху організації),

два екзони М, один з яких контролює трансмембранну, а інший – цитоплазматичну послідовність амінокислотних залишків рецепторного імуноглобуліну. Завершує структуру термінальна послідовність рAm –

поліаденін мембранного шляху розвитку. Якщо первинний транскрипт (пре-

мРНК) містить екзони М, синтезується µ-ланцюг мембранного імуноглобуліну. При цьому S і рАс делетуються за сплайсингу пре-мРНК.

Якщо первинний транскрипт не містить послідовності М і рAm, але зберігає

S і рАс – синтезується µ-ланцюг секреторного імуноглобуліну. Зазначений механізм утворення рецепторних і секреторних форм притаманний і іншим класам імуноглобулінів.

19

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.У локусах яких ланцюгів відбувається перша рекомбінантна подія і в чому вона полягає?

2.На якому етапі починають рекомбінуватися послідовності гена капа-

ланцюга?

3.Якими ділянками гена визначається секреторна або мембраннозв’язана форма антитіл і де вони розташовані?

4.Який клас імуноглобулінів синтезується першим?

5.Як визначається тип майбутнього легкого ланцюга?

6.На якому етапі закінчується диференціювання В-лімфоцита у кістковому мозку?

7.Які білки приймають участь в сплайсингу під час рекомбінації V-J

та V-D-J послідовностей?

20