Организация и экспрессия генов иммуноглобулинов

Структура антитела (или иммуноглобулина) состоит из двух тяжелых цепей и двух легких цепей . Эти цепи удерживаются вместе дисульфидными связями . Расположение или процессы, которые объединяют различные части этой молекулы антитела, играют важную роль в разнообразии антител и производстве различных подклассов или классов антител. Организация и процессы происходят во время развития и дифференцировки В-клеток . То есть контролируемая экспрессия генов во время транскрипции и трансляции в сочетании с перестановками сегментов генов иммуноглобулинов приводит к генерации репертуара антител во время развития и созревания В-клеток.

Развитие B-клеток

Во время развития В-клеток ген иммуноглобулина претерпевает последовательности реаранжировок, которые приводят к формированию репертуара антител. Например, в лимфоидной клетке происходит частичная перестройка гена тяжелой цепи, за которой следует полная перестройка гена тяжелой цепи. Здесь, на этом этапе, образуются Pre-B-клетка, тяжелая цепь mμ и суррогатная легкая цепь. Окончательная реаранжировка гена легкой цепи приводит к образованию незрелых В-клеток и mIgM. Описанный здесь процесс происходит только в отсутствие антигена. Зрелая В-клетка, образующаяся в результате изменений процессинга РНК, покидает костный мозг и стимулируется антигеном, а затем дифференцируется в плазматические клетки, секретируемые IgM. Также сначала зрелые В-клетки экспрессируют мембраносвязанные IgD и IgM. Эти два класса могут переключаться на секреторные IgD и IgM во время процессинга мРНК.

Наконец, происходит дальнейшее переключение классов, поскольку клетка продолжает делиться и дифференцироваться. Например, IgM переключается на IgG , который переключается на IgA , который в конечном итоге переключается на IgE.

Мультигенная организация генов иммуноглобулинов

Исследования и прогнозы, такие как Дрейер и Беннетт, показывают, что легкие и тяжелые цепи кодируются отдельными мультигенными семействами на разных хромосомах . Они называются сегментами генов и разделены некодирующими областями. Перестройка и организация этих генных сегментов во время созревания В-клеток производят функциональные белки. Весь процесс перестройки и организации этих сегментов генов является жизненно важным источником, благодаря которому иммунная система нашего организма получает возможность распознавать различные антигены и реагировать на них.

Мультигенное семейство легкой цепи

Ген легкой цепи имеет три генных сегмента. К ним относятся: сегменты гена вариабельной области легкой цепи (V), соединительной области (J) и константной области (C). Таким образом, переменная область света кодируется перестановкой сегментов VJ. Легкая цепь может быть либо каппа, κ, либо лямбда, λ. Этот процесс происходит на уровне процессинга мРНК. Случайные перестройки и рекомбинации сегментов гена на уровне ДНК с образованием одной легкой каппа- или лямбда-цепи происходят упорядоченным образом. В результате «ген функциональной вариабельной области легкой цепи содержит два кодирующих сегмента, которые разделены некодирующей последовательностью ДНК в неперестроенной ДНК зародышевой линии» (Barbara et al., 2007).

Мультигенное семейство тяжелых цепей

Тяжелая цепь содержит схожие генные сегменты, такие как VH, JH и CH, но также имеет еще один генный сегмент, называемый D (разнообразие). В отличие от мультигенного семейства легкой цепи, сегменты гена VDJ кодируют вариабельную область тяжелой цепи. Перестройка и реорганизация сегментов генов в этом мультигенном семействе более сложны. Перестановка и соединение сегментов дают разные конечные продукты, поскольку они выполняются разными процессами РНК. По той же причине одновременно генерируются IgM и IgG.

Перестановки переменных областей

Перестройки вариабельных областей происходят в костном мозге в упорядоченной последовательности. Обычно разнообразие этих генных сегментов происходит при созревании В-клеток.

Легкая цепь ДНК

Легкие цепи каппа и лямбда претерпевают перестройки генных сегментов V и J. В этом процессе функциональная Vlambda может сочетаться с четырьмя функциональными комбинациями Jλ –Cλ. С другой стороны, сегменты гена Vk могут соединяться с любым из функциональных сегментов гена Jk. Общие перестройки приводят к изменению порядка сегментов генов от 5-го штриха до 3-го штрих-конца. Это короткий лидерный (L) экзон, некодирующая последовательность (интрон), присоединенный сегмент VJ, второй интрон и константная область. Выше каждого сегмента лидерного гена имеется промотор. Лидерный экзон важен для транскрипции легкой цепи РНК-полимеразой. Чтобы остаться только с кодирующей последовательностью, интроны удаляются во время процессинга и репарации РНК. В итоге,

ДНК тяжелой цепи

Реаранжировки тяжелых цепей отличаются от реаранжировок легких цепей, поскольку ДНК претерпевает реаранжировки сегментов гена VDJ в тяжелых цепях. Эти реорганизации сегментов гена приводят к образованию последовательности генов от 5 праймов до 3 прайм-концов, таких как короткий лидерный экзон, интрон, соединенный сегмент VDJ, второй интрон и несколько сегментов гена. Конечный продукт перегруппировки транскрибируется, когда РНК-полимераза

Механизм перестройки вариабельных областей

Понятно, что перестройка происходит между определенными участками ДНК, называемыми сигнальными последовательностями рекомбинации (RSS). Сигнальные последовательности состоят из консервативного палиндромного гептамера и консервативного нонамера, богатого АТ. Эти сигнальные последовательности разделены неконсервативными спейсерами из 12 или 23 пар оснований, называемыми одновитковыми и двухвитковыми соответственно. Они находятся внутри лямбда-цепи, k-цепи и процессы перестройки в этих участках катализируются двумя генами, активирующими рекомбинацию: RAG-1 и RAG-2, а также другими ферментами и белками. Сегменты соединились благодаря сигналам, генерирующим RSS, которые обрамляют каждый сегмент V, D и J. Только гены, фланкирующие 12 п.о., которые присоединяются к генам, фланкируют спейсером на 23 п.о. во время реаранжировок и комбинаций для поддержания соединения VL-JL и VH-DH-JH.

Создание разнообразия антител

Разнообразие антител возникает в результате генетической перестройки после перетасовки и воссоединения одного из каждого из различных генных сегментов тяжелой и легкой цепей. Из-за смешивания и случайной рекомбинации сегментов гена могут возникать ошибки в местах соединения сегментов гена друг с другом. Эти ошибки являются одним из источников разнообразия антител, которое обычно наблюдается как в легких, так и в тяжелых цепях. Более того, когда В-клетки продолжают размножаться, мутации накапливаются в вариабельных областях в результате процесса, называемого соматической гипермутацией. Высокие концентрации этих мутаций в вариабельной области также приводят к высокому разнообразию антител.

Переключение классов

Когда B-клетки активируются, может произойти переключение классов. Переключение классов включает в себя области переключения, состоящие из множества копий коротких повторов (GAGCT и TGGGG). Эти переключения происходят на уровне перестроек ДНК, поскольку происходит зацикливание, которое отрезает константные области для IgM и IgD и образует мРНК IgG . Любое возникновение непрерывного образования петель приведет к образованию мРНК IgE или IgA. Кроме того, цитокины являются факторами, оказывающими большое влияние на переключение классов антител разных классов. Их взаимодействие с В-клетками обеспечивает соответствующие сигналы, необходимые для дифференцировки В-клеток и возможного переключения класса. Например, интерлейкин-4 индуцирует перестройки генов тяжелой цепи иммуноглобулина. То есть IL-4 индуцирует переключение Cμ на Cγ на Cκ.

Ссылки

• Форд, AM .; Молгаард, штат Вирджиния; Гривз, МФ; Гулд, HJ (1983). «Организация и экспрессия генов иммуноглобулинов при лейкемии гемопоэтических стволовых клеток» . Журнал ЭМБО . 2 (6): 997–1001. дои : 10.1002/j.1460-2075.1983.tb01533.x . ПМК   555220 . ПМИД   6416836 .
• Франклин, ЕС; Прелли, Ф.; Франджионе, Б. (1979). «Белок болезни тяжелой цепи человека WIS: значение для организации генов иммуноглобулинов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 76 (1): 452–456. Бибкод : 1979PNAS...76..452F . дои : 10.1073/pnas.76.1.452 . ПМЦ   382958 . ПМИД   106391 .
• Барбара АО, Ричард А.Г. и Томас Дж.К. (2007) Иммунология Куби. WH Freeman and Company, стр. 111–142.
• Кемп, диджей; Кори, С.; Адамс, Дж.М. (1979). «Клонированные пары генов вариабельной области тяжелых цепей иммуноглобулина, выделенных из библиотеки клонов всего генома мыши» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 76 (9): 4627–4631. Бибкод : 1979PNAS...76.4627K . дои : 10.1073/pnas.76.9.4627 . ПМК   411632 . ПМИД   116236 .
• Перри, Родина; Келли, Делавэр; Коллекло, ЕС; Кирни, Дж. Ф. (1981). «Организация и экспрессия генов иммуноглобулинов в гибридомах печени плода» . Труды Национальной академии наук . 78 (1): 247–251. Бибкод : 1981PNAS...78..247P . дои : 10.1073/pnas.78.1.247 . ПМК   319029 . ПМИД   6787586 .
• Уорр, GW (1995). «Гены иммуноглобулинов рыб». Развивающая и сравнительная иммунология . 19 (1): 1–12. дои : 10.1016/0145-305x(94)00052-h . ПМИД   7615133 .