Генетика різноманітності антиген-специфічних рецепторів

1.

ЛЕКЦІЯ 11.
ТЕМА: Генетика різноманітності
антиген-специфічних рецепторів.
1. Теорії утворення різноманітності
антитіл.
2. Методи дослідження генів
імуноглобулінів і антиген-специфічних
рецепторів.
3. Організація генів імуноглобулінів.
1

2.

Теорії утворення
різноманітності
антитіл.
Селекційно-клональна
теорія Бернета.
Теорія
“Зародкового
різноманіття”.
Франк Бернет
Теорія
“Соматичного
різноманіття”.
Теорія В. Дрейєра і
Дж. Беннета.
2

3.

В наш час вважають, що синтез
імуноґлобулінів кодують певні генетичні
сеґменти, які об’єднуються разом ще в
геномі під час розвитку лімфоцита й
утворюють функціональний ген.
Процес перерозподілу генних сеґментів у
геномній ДНК називають реаранжуванням
(від англ. rearrangment - реконструкція)
генів імуноґлобулінів.
3

4.

Методи дослідження генів
імуноглобулінів і антиген-специфічних
рецепторів.
1. Отримання мРНК важких і легких
ланцюгів імуноґлобулінів.
2. Отримання кДНК генів антитіл.
3. Клонування ДНК виділених генів.
4. Молекулярна гібридизація.
5. Sausern blotting.
4

5. Дослідження С. Тонегави.

Досліджували та отримали мРНК важких і легких
ланцюгів імуноґлобулінів та встановили
приблизну кількість копій V-генів у хромосомі.
Визначили приблизну кількість Vλ- і Сλ-генів у
клітинах мієломи мишей за допомогою методу
молекулярної гібридизації.
Методом Sausern blotting встановили, що в зрілих
клітинах V- і С-гени виявлялися в одному
рестрикційному фрагменті, а в ембріональних
клітинах – у різних.
Клонували гени -ланцюгів і виявили, що ділянки
ДНК, яка кодує останні 13 амінокислот V-домену ланцюгів, у зародкових V-генах немає. Загублений
маленький фрагмент кодуючої послідовності ДНК
було знайдено на відстані кількох тисяч пар
нуклеотидів від кінця V-гена і перед С-геном і
названо J-геном (від англ. joining – сполучний 5
ген).

6.

ОРГАНІЗАЦІЯ ГЕНІВ
ІМУНОҐЛОБУЛІНІВ
Важкі й легкі ланцюги імуноглобулінів
кодуються трьома локусами генів:
Двома локусами - κ і легких
ланцюгів, які розташовані відповідно на
2-й на 22-й хромосомі.
Одним локусом Н важких ланцюгів, на
14-й хромосомі.
6

7.

Локус
генів
важких
ланцюгів
утворений
із
чотирьох
груп
генетичних сегментів: V, D, J і C.
Локуси генів легких ланцюгів
утворені
трьома
групами
генетичних сегментів: V, J і С.
7

8.

Організація генів імуноглобулінів
людини.
Ланцюг L
L1V 1
L2V 2
LV ~30
J 1 C 1
J 2
C 2
J 4 C 4
Ланцюг L
L1V 1L2V 2L3V 3 LV ~40
J 1-5
C
Ланцюг H
L1VH1L2VH2L3VH3 LVH~65
DH1-27
3
JH1-6
1
1 2 8 4
C
2

9.

Схема утворення легких ланцюгів імуноглобулінів із
зародкової ДНК реаранжуванням генів.
9

10. Схема утворення легких (а) і важких (б) ланцюгів імуноглобулінів із зародкової ДНК реаранжуванням генів.

Зародкова ДНК ланцюга L
LV ~40
J 1-5
Зародкова ДНК ланцюга Н
LVH~65
C
DH1-27
JH1-5
C
C
L
D-J-рекомбінація
ДНК
V
DJ
C
V-J- або V-DJРекомбінація
ДНК
L V J
C
L V DJ
C
L V J
L V DJ
C
Пре-мРНК
AAA
AAA
C
L V J C
Ланцюг L
a
AAA
AAA
мРНК
Білок
L V DJ
Ланцюг H
б
10

11.

Переключення генів важких ланцюгів.
В ембріональних клітинах J-сегменти
містяться лише перед С -генним сегментом.
Тому
внаслідок
рекомбінації
та
об’єднання Vн, Dн і Jн-генних сегментів з С сегментом В-клітина спочатку експресує
лише важкий ланцюг -типу і синтезує тільки
ІgМ.
Переключення синтезу з імуноглобулінів
класу М на всі інші типи імуноглобулінів
здійснюється після перенесення V-D-J
сегмента від С -генного на інші Сн-генні
сегменти внаслідок наступних рекомбінацій
між послідовностями, які передують іншим
ембріональним Сн-сегментам.
11

12.

Переключення синтезу ІgМ та
ІgD.
Комплекс, що складається з об'єднаних
генних сегментів VDJ, може експресуватися
з будь-яким із С-сегментів, однак спочатку
перебудований комплекс VDJ розміщується
поблизу C - і С -генних сегментів, чим і
зумовлено те, що на поверхні наївних Влімфоцитів експресуються ІgМ та ІgD.
12

13.

Під
час
транскрипції
утворюється
первинна РНК, яка відповідає VDJС С -гену,
що включає екзони, здатні кодувати
константну частину як М-, так і D-важкого
ланцюга.
У
процесі
сплайсингу
під
час
формування зрілої мРНК вирізаються
ділянки гена, що кодують константну частину
або -, або -ланцюга.
Цей процес називають альтернативним
сплайсингом.
Альтернативний сплайсинг зумовлює
одночасну експресію мембранних молекул
ІgМ та ІgD однією клітиною.
13

14.

Після експресії ІgМ та ІgD В-клітина може
переключитися на синтез інших класів
імуноглобулінів залежно від типу Снсегмента, з яким далі з’єднається VDJфрагмент.
Переключення на синтез антитіл іншого
класу
зумовлюється
транслокацією
фрагмента VDJ з положення 5' щодо генного
сегмента Сμ в аналогічне положення щодо
іншого генного сегмента константної частини
важкого ланцюга.
14

15.

Переключення з мембранного на
секреторну форму імуноглобулінів.
Певні
генетичні
механізми
контролюють
переключення
синтезу
мембранних
імуноглобулінів (тих, що є рецепторами В-клітин) на
s-імуноглобуліни (секреторні).
Синтез різних форм імуноглобулінів кодується
відповідними варіантами мРНК-транскрипту генів Нланцюгів певного класу чи підкласу антитіл.
Для створення мРНК-мембранних і тих, що
секретуються, імуноглобулінів використовується
механізм альтернативного сплайсингу (аналогічно
для переключення синтезу ІgМ та IgD).
15