Основы иммунологии
В.И.Вершинина
Лекция 4. Антитела и антигенраспознающие
рецепторы (продолжение).
Гены иммуноглобулинов
•
Иммуноглобулины отличаются от других белков выраженным
полиморфизмом, который проявляется в наличии различных изотипов,
аллотипов и идиотипов Ig .
•
Гены изотипических вариантов АТ в норме присутствуют в геноме
представителей данного вида. Например, в геноме каждого человека
имеются одновременно гены: γ1 γ2 γ3 γ4 ,α1, 2, μ, , , а также κ и λ,
представляющих собой изотипы. Т.о. между молекулами АТ будут
изотипические различия в аминокислотной последовательности.
•
Аллотипами называют детерминанты, отражающие незначительные
внутривидовые различия аминокислотной последовательности
иммуноглобулинов одного изотипа. Эти различия определяются
аллельными генами одного вида. Чаще всего аллотипы различаются
константной областью тяжелых цепей.
•
Существование разных идиотипов АТ обусловлено различием в
аминокислотной
последовательности
Vдоменов,
особенно
гипервариабелных участков. Индивидуальные идиотипы АТ обычно
характерны для разных клонов В-клеток. Онако, иногда у различных Вклеточных
клонов
идиотипы
АТ
могут
быть
общими
(перекрестнореагирующими или повторяющимися).
Формирование разнообразия АТ
•
Потенциальное разнообразие антител
характеризуется
цифрой,
равной
~1016. В геноме человека присутствует
более 20 тысячи генов. Если исходить
из основной догмы молекулярной
биологии «один ген – один белок», то
этого количества генов совершенно
недостаточно
для
того,
чтобы
обеспечить
синтез колоссального
числа различных иммуноглобулинов.
Природа нашла поразительный выход
из положения, применив прием,
который
характерен
только
для
лимфоцитов. Во всех клетках (кроме
созревающих
В-лимфоцитов)
кодирующая легкие и тяжелые цепи
ДНК
находится
в
состоянии
«зародышевой конфигурации». Такую
конфигурацию
называют
также
генами зародышевой линии или
гаметными генами.
•
H- и L- цепи Ig кодируются
набором
нуклеотидных
последовательностей, названных
генными
сегментами
или
экзонами, разделенными друг от
друга некодирующuми участками
ДНК
(интронами).
Генные
сегменты
являются
предшественниками
функционально активных генов. В
ходе В-клеточного созревания эти
генные
сегменты
перестраиваются
и
особым
образом соединяются вместе,
давая функционально активные
гены цепей иммуноглобулинов
Строение генов , кодирующих H- и L- цепи Ig
•
У человека существует три группы генных сегментов, обеспечивающих синтез
всего многообразия Н- цепей иммуноглобулинов: V ( вариабельный), D
(обеспечивающий разнообразие) и J (соединительный). Аналогичным образом
выглядит зародышевая конфигурация ДНК, кодирующей легкие цепи.
Зародышевая конфигурация ДНК обеспечивает колоссальное разнообразие активных центров
иммуноглобулинов благодаря тому, что в созревающих В-лимфоцитах генные сегменты
подвергаются перестройке. В ходе такой перестройки случайным образом объединяется по
одному V, J и D сегменту (V и J сегменты для легких цепей). Каждый В-лимфоцит получает
собственный
набор
объединенных
сегментов.
Существование отдельных генных сегментов, кодирующих V и С регионы
иммуноглобулинов, и реаранжировку генов в процессе созревания В-клеток
обнаружили
в
1976
году
Тонегава
и
Хозуми.
(Нобелевская
премия.
«За открытие механизмов формирования разнообразия антител,1987)
•
ДНК, кодирующая L - цепи κ – типа
иммуногобулина человека, состоит из примерно
40 V -сегментов, 5 j сегментов и одного Сгенного сегмента.
Количество специфичностей =40 х 5 х 1 х 2=320
•
ДНК, кодирующая L - цепи λ – типа
иммуноглобулина человека, состоит из примерно
29-33 Vλ сегментов, 7-11 jλ- и Сλ- сегментов
Количество специфичностей =33 х 11 х 2=726
•
ДНК, кодирующая Н -цепи иммуноглобулина
человека, состоит из ~ 80 (45-50 активных) V генов, J – 6 (5 активных) и 23 -D сегментов.
Количество специфичностей =50 х 23 х 5 х 4 х 9 х
2=496 800
В результате каждый В-лимфоцит получает
собственный
набор
объединенных
сегментов
НL κ-типа 320 х 496 800=158 976 000
НL λ –типа726 х 496 800= 336 676 800
Переключение изотипа Ig.
•
Путем альтернативного сплайсинга
матричной РНК генные сегменты,
кодирующие μ цепь и δ-цепи,
удаляются.
На
их
место
перемещаются
сегменты,
кодирующие конcтaнтныe домены
Н- цепей дpyгиx изотипов. В
результате взамен к Ig классов М и
D
В-клетки
начинают
синтезировать Ig класса G, А и Е.
Такие иммуноглобулины имеют
тот
же
активный
центр
(вариабельный
домен),
но
принадлежат к дpyгoму изотипу.
Каждый В-лимфоцит в этом случае
синтeзирует
иммуноглoбулины
только
одного
изотипа.
Переключение
изотипов
реryлируется цитокинами.
Образование растворимых
Ig (антител).
•Активация В-лимфоцитов приводит к их прeвращению в плазматические клетки конечный этап дифференцировки В-клеток.
•Плазматические клeтки теряют способность продуцировать мембранную форму Ig,
но начинают синтез растворимых Ig (АТ).
•На 3' -конце каждой группы генных· сегментов, кодирующих константные домены
тяжелых цепей разных изотипов, имеются дополнительные кодирующие
последовательности, определяющие принадлежность синтезируемого белкового
продукта к растворимой или мембранной форме.
•В результате альтернативного сплайсинга матричной РНК к сегменту, кодирующему
последний
константный
домен,
присоединяется
дополнительный
экзон,
определяющий присоединение к С-концу белковой цепи группы гидрофильных
аминокислот (s) и образуется рacтворимый Ig.
• Если в этом участке остаетcя экзон, кодирующий последовательность, состоящую из
гидрофобных аминокислот (М), то образуется мембранная форма.
Таким образом, антитела можно рассматривать как растворимую форму мембранных
Причины вариабельности Ig
1. Наличие
множества
генных
сегментов,
кодирующих
вариабельные домены иммyноглобулинов, и их реаранжировка
являются основной причиной полиморфизма активных центров
антител.
2. Дополнительным источником разнообразия формирующихся
активных центров являются включение вставок между
сегментами (так называемые Р- и N-вставки), вариации в
соединении сегментов, приводящие к потере или появлению
новых нуклеотидов и, соответственно, к сдвигу рамки
считывания, комбинации V-доменов легких и тяжелых цепей при
сборке полной молекулы иммуноглобулина .
3. Соматические гипермутации, происходящие позднее в более
зрелых В-клетках.
Антигенраспознающие рецепторы Т-лимфоцитов
•
•
•
•
•
•
•
Т-клетка несет на своей поверхности около ЗО
тысяч идентичных молекул Т-клеточного
рецептора.
ТКР сxoдeн по строению с Faв-фрaгментом
Ig и относится к семейству ммуноглобулинов.
Он состоит из двух различных полипептидных
цепей- α и β ( или γ и δ) цепями, соединенные
дисульфидной связью.
Цепи TКP имеют по два домена, один –
вариабельный (V), второй – константный
(С).
Каждая цепь гликозилирована.
ТКР пересекает липидный бислой с помощью
гидрофобного трансмембранного домена,
имеющего
положительно
заряженные
аминокислоты, которые играют важную роль
во взаимодействии цепей ТКР с другими
мембранными белками Т-клеток, в частности,
с маркером Т-клеток – СD3 антигеном.
Каждая
цепь
заканчивается
коротким
заряженным цитоплазматическим доменом.
Гены, кодирующие синтез Т-клеточного рецептора
•
•
•
•
•
•
•
•
Гены цепей ТКР напоминают гены Ig.
Ген α- цепи представляет гомолог легкой цепи, а ген β
-цепи является гомологом гена тяжелой цепи.
α – цепь содержит: Vα -54, jα - 61, Cα -1 генных
сегментов.
β - цепь содержит:Vβ -65, Dβ - 2, Cβ -2 генных
сегментов
Как и иммуноглобулиновые гены В-Лф, сегменты генов
ТКР в Т-клетках перестраиваются с образованием
полных экзонов вариабельного домена.
Механизм соматической рекомбинации аналогичен
механизму рекомбинации сегментов цепей Ig.
Отличием зародышевой конфигурации генов Тклеточного рецептора от генов иммуноглобулинов
является более простое строение участка нуклеотидной
последовательности, кодирующего константные
домены.
Имеется только один Сα и -генный сегмент и 2 Сβ сегмента. Функциональных различий между двумя Сβ сегментами не обнаружено.
Соматическая рекомбинация генов ТКР
•
Результатом соматической рекомбинации является
формирование разнообразия активных центров
ТКР.
•
Соматическая рекомбинация осуществляется в
тимусе в процессе созревания ЛФ из
протимоцитов, мигрирующих в тимус из костного
мозга
•
Последовательность синтеза цепей ТКР
аналогична последовательности событий,
происходяших при созревании В-лимфоцитов.
•
В каждой клетке сначала синтезируется β -цепь
(гомолог Н- цепи Ig), а затем α-цепь (гомолог Lцепи).
•
созревающие тимоциты экспрессируют по одному
типу ТКР, уникального для каждой клетки.
•
Последующая положительная и отрицательная
селекция приводит к отбору клонов тимоцитов,
несущих на мембране только те рецепторы,
которые:
- взаимодействуют с антигенами с помощью МНС
собственного организма,
- взаимодействуют только с чужеродными антигенами,
а не собственными .
•
Т-клеточный рецептор взаимодействует
одновременно с фрагментом антигена, связанного
с МНС и с самой молекулой гистосовместимости.
МНС-молекулы
•
•
•
•
•
•
ТКР в отличии от ВКР распознает
чужеродный АГ в комплексе с
МНС-молекулами.
МНС-молекулы- продукты генов
главного
комплекса
гистосовместимости (МНС).
Основная
роль
МНС-белков
заключается в презентации Т лимфоцитам
фрагментов
различных АГ.
Комплекс имеет протяженность
около 4 х 106 пар оснований и
содержит у человека более 100
генов. У человека он локализован
на 6-й хромосоме.
Имеются 3 класса генов главного
комплекса гистосовместимости –
МНС 1, МНС II, МНС III.
Каждый класс включает гены,
обеспечивающие
синтез
гликопротеинов, называемых АГ
МНС.
Строение и характеристика МНС
•
•
•
•
•
•
Продукты МНС-генов представляют собой
трансмембранные гликопротеины.
МНС 1: α – цепь (м.м. 45 кДа) ассоцирована с
мембраной, содержит α1, α2 и α3- домены; β цепь (12 кДа) нековалентно связана с α-цепью.
α1и α2 домены образуют активный центр МНС.
Молекулы
гистосовместимости
1
класса
присутствуют (экспрессируются) на всех клетках
организма, имеющих ядро.
МНС 2: α – цепь (м.м. 34 кДа), содержит α1 и α2
домены; β - цепь (28 кДа) образует β1 и β2. Обе
цепи
ассоцированы с мембраной. Активный
центр МНС формируют α1и β1.
Экспрессируются
лишь
на
клетках,
принимающих непосредственное участие в
реализации ИО в частности АПК ( дендритные
клетки, моноциты/макрофаги, В-лимфоциты).
Гены
МНС 3 класса кодируют несколько
компонентов комплемента, фактор некроза
опухоли и некоторые другие белки
