Genetic_of_Ig

ТЕМА №4

Переключення класів імуноглобулінів

ВАЖКИЙ ЛАНЦЮГ

1.Рекомбінація D-J

2.Рекомбінація V-DJ

3.Транскрипція VDJ-

4. Трансляція і

ЛЕГКИЙ ЛАНЦЮГ

5.Рекомбінація V-J

6. Транскрипція

VJабо VJ-

7. Трансляція або

8. m IgM та m IgD

Перший контакт з АГ

9. IgM, що секретується

Імунізація Т-залежним АГ

10. Переключення на синтез

IgG, IgA або IgE

Рис.12. Загальна схема продукування молекул імуноглобулінів у В-клітині

У пре-В-клітинах періодично ініціюються спроби рекомбінації D- i J-

сегментів, а потім V-сегмента для отримання функціонального V-D-J-гена важкого ланцюга, який транскрибується разом з С - і С -поялідовностями і транслюється у - та -ланцюги мембранозв’язаних Ig. В свою чергу -

ланцюги індукують рекомбінації в локусах легких ланцюгів. Клітина

21

намагається створювати функціональні ланцюги, використовуючи локуси то материнської, то батьківської хромосоми, поки не досягне успіху або не закінчаться не перебудовані набори генних сегментів. Неможливість синтезу функціонально активного імуноглобуліну призводить до усунення даного клону В-клітин. Таким чином кожна В-клітина вибирає не тільки між - і λ-

пулами легких ланцюгів, а також між материнськими та батьківськими хромасомами. Експресія тільки материнського або тільки батьківського алеля в даній клітині носить назву алельного виключення.

Клітина-попередниця

Материнські Батьківські

Н Н

Пре-В-клітина

Материнські Батьківські

Н

Н

Відібраний

генний пул

Н-ланцюгів

Відібраний

В-клітина

генний пул

Материнські

Батьківські

L-ланцюгів

Н Н

Батьківський Н-лацюг

Материнський Н-лацюг

Антитіло

Рис. 13. Схема алельного виключення

22

Зрілі В-клітини експресують мембранозв’язані IgM і IgD. Після первинної антигенної стимуляції ці клітини набувають здатності синтезувати

IgM, що секретується. Після імунізації Т-залежним антигеном В-клітини можуть за допомогою Т-клітин перемикатися на синтез IgG IgA IgE. На цій стадії часто виникають соматичні мутації V-генів.

Вторинне введення антигену

Первинне введення антигену

Утворення

антитіл

Первинна відповідь Вторинна відповідь

IgM

Дозрівання

IgG

C

C

Втрата послідовностей

C C

C 3

C 3

VDJ

VDJ

Первинний транскрипт

Первинний транскрипт

C

C 3

VDJ

VDJ

мРНК

мРНК

Рис.14. Механізм переключення ізотипів імуноглобулінів при вторинній імунізації

23

При первинній імунній відповіді рекомбінована ділянка V-D-J

зчитується разом з С -геном. Після видалення інтронів за процесингу первинного РНК-транскрипту утворюється мРНК для секретуючої форми

IgМ. У процесі «дозрівання» імунної відповіді відбувається рекомбінація, що перемикає ізотип, між ділянкою С і розташованою далі послідовністю С (у

даному випадку С 3). Розділяюча ділянка ДНК утворює петлю, а потім

вирізається. В результаті втрачаються гени С і С

(рис. 14).

C

мРНК IgD

VDJ

полі-А

C

C

Первинний

VDJ

РНК-транскрипт

C

полі-А

мРНК IgM

VDJ

Рис.15. Переключення ізотипу шляхом диференціального сплайсингу

Деякі В-клітини синтезують антитіла кількох ізотипів, використовуючи один довгий первинний РНК-транскрипт (рис. 15). Поліаденілові ділянки,

розташування яких може бути різним, визначають вид диференційного сплайсингу, за якого утворюється мРНК для синтезу відповідного класу імуноглобуліну.

24

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Що є індуктором рекомбінації у локусах легких ланцюгів?

2.Які антитіла експресують зрілі В-клітини до стимуляції антигеном?

3.Коли В-лімфоцити починають секретувати IgМ?

4.Яка подія спричиняє переключення В-клітин на синтез інших класів антитіл?

5.Як відбувається переключення класів імуноглобулінів на генному рівні?

6.Яким чином одна В-клітина може синтезувати імуноглобуліни різних класів?

7.Дайте визначення поняттю алельне виключення.

25

ТЕМА №4

Механізми, що забезпечують високу різноманітність антитіл

ДНК

	1.Множинність	2. Соматичний	3. Соматичні	4. Генна конверсія	5.Вставка додаткових
	гаметних генів	мутагенез	рекомбінації		нуклеотидів

V1	V2	V	V			V	V
	V3	Мутація	+ J1 J2 Jn	+	псевдо V -гени		+ J1 J2 Jn
V4				рV1 рV2		рV3 рV4 рVn	+ нуклеотиди
V5			Рекомбінація				Рекомбінація
V6	Vn
		V	V J2			V	V J2
			V-області імуноглобулінів

Рис. 16 Джерела різноманітності пратопів

Потенційна різноманітність антигенів безмежна. Які із них стануть реальними компонентами імунної системи, наперед передбачити не можна.

Тому в ході еволюції хребетних була сформована імунна система, здатна протиставити гігантській кількості антигенних детермінант (епітопів)

настільки ж потужний репертуар специфічних антитіл (паратопів). На сьогодні встановлено механізми, що забезпечують таке різноманіття. У

вищих хребетних (птахів, рептилій, ссавців) це і множинність зародкових генів, і соматичний гіпермутагенез в результаті мутації гаметної V-

послідовності у різних В-клітинних клонах, і соматичні рекомбінації J-

сегментів, що з’єднуються з основною частиною V-послідовності, і генна конверсія (частини псевдо V-генів можуть копіюватися у функціональній V-

послідовності, змінюючи її структуру), і вставка додаткових нуклеотидів перед з’єднанням V-і J-сегментів ДНК.

26

Рис. 17. Біосинтез і різноманітність антитіл

Визначити механізми формування різноманітності антитіл допомагають їх філогенетичні дослідження. У багаточисельних працях було показано, що в організмі ссавців існує велика група імуноглобуліноподібних білків (більше 20), багато з яких виконують не лише імунологічні функції. До цієї групи належать антитіла, однодоменні диференціровочні антигени Thy-1,

РО-білок мієлину, β2-мікроглобулін (β2М) та ін. Припускають, що їх попередником був однодоменний білок. В результаті тандемних дуплікацій нуклеотидів його гена утворилося два гени, від яких почалася еволюція V- і

С-доменів антитіл. Наступні дуплікації з підвищенням мінливості варіабельних і константних генів привели до формування великого різноманіття доменів.

27

С2

M

1

2

3 1

2 1 2

С С С С С С С С С V

V V V V Thy-1 P

2

H

0

Cсавці

Птахи

СIgM

СIgV

Рептилії

Амфібії

1

2 3 1 2 1 2 С С С С СH

VH V V V V

Костисті

риби

C

C

VH

VL

H

L

Круглороті

CMHCI

CMHCII

CTCR

CIg

VIg

VTCR

Голкошкірі

CMHCI

CMHCII

CTCR

Анеліди

VTCR

Кишковопо-

рожнинні

CMHCI

С

V

губки

Архаічні

CMHC

2M

С2

багато-

клітинні

Thy-1

Одно-

P0

клітинні

Спільний попередник

Рис. 18. Філогенез доменів суперсімейства імуноглобулінів у тварин

28

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Яким чином обмежена кількість генів імуноглобулінів може кодувати антитіла для практично необмеженої кількості антигенів?

2.Що таке соматичний мутагенез і як він впливає на імунну відповідь?

3.Як здійснюється генна конверсія при синтезі імуноглобулінів?

4.Коли і в якому місці можлива вставка додаткових нуклеотидів у локусі, що кодує антитіло?

5.Як здійснюється соматична рекомбінація в онтогенезі В-клітин?

6.Назвіть відомі вам білки, що входять до суперсімейства імуноглобулінів.

7.На якому етапі філогенезу трапилося розділення доменів імуноглобулинового попередника на С- та V-типи?

8.Охарактеризуйте поняття «епітоп» і «пара топ».

29

ЛІТЕРАТУРА

1.Галактионов В.Г. Эволюция суперсемейства иммуноглобулинов // Успехи соврем.биологии. – 1992. – Т.112. Вып.1. – С.29-34.

2.Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология. – М: Мир, 2000. – 592

с.

3.Молекулярная биология клетки: в 3 – х т. / Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис и др. – [ред. акад. Г. П. Георгиев и д-р биол. наук. Ю. С. Ченцов]. – Т. 3. – М.: Мир.– 1994. – С. 215 - 282.

4.Плейфэр Дж. Наглядная иммунология. – М: Мир, 1999. – 96 с.

5.Тоцький В. М. Генетика: Підручник для студентів біологічних спеціальностей університетів. – Одеса: Астропринт, 2008. – 710 с.

6.Tonegawa S. Nature. – 1983. – № 102. – Р. 572-581.

30