Перестройки генетического материала при дифференцировке лимфоцитов

Примером перестройки генетического материала в онтогенезе является дифференцировка лимфоцитов при развитии системы иммунитета у позвоночных животных и человека.

Антитела, вырабатываемые иммунной системой, связывают попадающие в организм чужеродные белки, полисахариды и ряд других соединений, которые называются антигенами. Млекопитающие могут продуцировать до 10⁶ различных антител. «Узнавание» антигенов обеспечивают два основных класса лимфоцитов — клеток, образующихся в костном мозге: Т-лимфоциты, локализованные в зобной железе (тимусе), и В-лимфоциты, дифференцирующиеся в селезенке и лимфоидных органах.

Биосинтез антител осуществляют В-лимфоциты, взаимодействующие с Т-лимфоцитами. Антиген связывается с рецепторами на поверхности как В-, так и Т-лимфоцитов, после чего Т-лимфоцит «разрешает» В-клеткам синтез иммуноглобулинов, т. е. антител. Лимфоциты реагируют на огромное число антигенов и «запоминают» каждый из них так, что при повторном их попадании в организм образующиеся иммуноглобулины связывают именно этот антиген. Генетический контроль иммунного ответа изучает область генетики, названная иммуногенетикой.

Каждая молекула иммуноглобулина — это димер, состоящий из двух тяжелых (Н) и двух легких (?) цепей (рис. 10.18). Известно злокачественное образование иммунной системы — миелома, при которой происходит размножение клеток, продуцирующих антитела только одного типа. Сравнение иммуноглобулинов из разных миелом мышей и человека показало, что как #-, так и ?-цепи имеют константные и вариабельные участки (рис. 10.18). Центр связывания антигена образуют вариабельные участки Н- и ?-цепей.

Загадка сосуществования константных и вариабельных участков в одной и той же полипептидной цепи была разрешена в конце 1970;х гг. С. Тонегава. Фрагменты ДНК, кодирующие V- и С-участки, расположенные в виде непрерывных последовательностей в геноме мышиной миеломы, пространственно разделены у эмбрионов или в сперматозоидах мыши. В ходе дифференцировки лимфоцитов гены, кодирующие V- и С-участки, перестраиваются таким образом, что в итоге оказываются частями одного и того же гена, транскрибируемого как целое.

Рис. 10.18. Схема строения молекулы человеческого иммуноглобулина; У и С- вариабельные и константные участки полипептидных цепей; Н и? — тяжелые и легкие цепи Доказательство перестройки генов, кодирующих V— и С-участки иммуноглобулинов, получено благодаря технике рекомбинантной ДНК. Информационную РНК для легкой цепи выделили из полисом миеломы и получили кДНК при помощи обратной транскриптазы. Препаративное количество этой кДНК было «наработано» путем клонирования в составе вектора бактериальных клеток. Очищенную от вектора кДНК, кодирующую ?-цепь иммуноглобулина, разделили рестриктазой на фрагменты, соответствующие Ки С-участкам. Препараты ДНК пометили радиоактивным фосфором и использовали в качестве зондов для гибридизации с ДНК миеломы и эмбриона мыши (рис. 10.19).

Рис. 10.19. Расположение участков ДНК, кодирующих ?-легкие цепи иммуноглобулинов: а — в эмбрионе мыши; б-в — миеломе мыши: 1−4 — сайты рестрикции ЕсоЯI; иРНК легкой цепи содержат лидер (?), участок, кодирующий вариабельную цепь (У и 7), и участок, кодирующий константную цепь (С); ДНК миеломы сохраняет только сайты рестрикции 1 и 4 и включает два интрона 1 и /_2.

Оказалось, что в одном фрагменте, полученном из ДНК миеломы рестриктазой ЕсоШ, содержатся последовательности, кодирующие как вариабельную, так и константную части ?-цепи (рис. 10.19). В то же время в эмбриональной ДНК они входят в состав разных? со/?1-фрагментов. Следовательно, в онтогенезе генетический материал перестраивался, что привело к исчезновению рестрикционного сайта ЕсоШ и сближению ранее разделенных участков ДНК.