Регуляция перестроек генов рецепторов антигенов в процессе развития

Ведущий принцип в системе приобретенного иммунитета заключается в том, что каждый вновь образованный лимфоцит узнает уникальный антиген и что общее разнообразие лимфоцитов достаточно велико, чтобы нейтрализовать любой возможный антиген. С этой целью, В- и Т-клетки экспрессируют специфичные для данной клеточной линии рецепторы антигенов , опосредующие зависимый от антител гуморальный или клеточный иммунитет . Рецептор B-клеток ( BCR ) состоит из тяжелой цепи иммуноглобулина ( IgH ) и легкой цепи ( IgL ) типа Igкаппа или Igлямбда . Т-клетки линии альфабета , составляющие у мыши и у человека большинство Т-лимфоцитов, экспрессируют рецептор Т-клеток ( TCR , T-cell receptor) - бета-полипептид, связанный с TCRaльфа, тогда как функционально отличающиеся Т-клетки гаммабета содержат на своей поверхности TCRгамма, спаренный с TCRдельта. Эти белки-рецепторы антигенов кодируются большими генными локусами, содержащими дискретные генные сегменты: V (variable), D (diversity) и J (joining), которые в процессе развития лимфоцита собираются посредством V(D)J-рекомбинации в функциональный ген. Многообразие генных сегментов D, J и особенно V, в сочетании с случайным характером их рекомбинации, отвечает за практически неограниченное разнообразие иммунного репертуара ( Bassing et al., 2002 ).

Механика V(D)J-рекомбинации на уровне ДНК довольно проста. Все V, D и J генные сегменты фланкированы рекомбинационными сигнальными последовательностями ( RSSs ), которые состоят из относительно консервативных гептамерных и нонамерных элементов, разделенных спэйсерами либо из 12, либо из 23 пар нуклеотидов. Лимфоид-специфичные белки-рекомбиназы RAG1 и RAG2 при помощи белков группы высокой мобильности собирают 12 и 23 нуклеотидные RSSs в синаптический комплекс и затем производят двухцепочечные разрывы ДНК между RSSs и кодирующими сегментами. Эти разрывы ДНК впоследствии обрабатываются и вновь связываются вездесущими факторами репарации, относящимися к механизму негомологичного соединения концов с образованием кодирующих и сигнальных соединений ( Bassing et al., 2002 ). Простота процесса V(D)J-рекомбинации на уровне матрицы ДНК выдвигает логистические проблемы в отношении сборки различных рецепторов антигенов, потому что белки RAG экспрессируются во всех незрелых В- и Т-лимфоцитах. Следовательно, должна иметь место строгая регуляция, чтобы ограничить доступ белков RAG только к специфичным подгруппам всех субстратов рекомбинации ( Yancopoulos and Alt, 1985 ; Stanhope-Baker et al., 1996 ).

V(D)J-рекомбинация строго контролируется специфичным для клеточной линии и стадии развития образом. В пределах В-лимфоидной линии локус IgH в про-В-клетках реорганизуется до рекомбинации генов Igкаппа и Igлямбда в пре-В-клетках, тогда как гены TCRбета и TCRaльфа перестраиваются, соответственно, в про-Т- и пре-Т-клетках. Более того, V(D)J-рекомбинация гена IgH осуществляется в определенном временном порядке с перестройками D(H)-J(H), предшествующими V(H)-DJ(H)-рекомбинации. Перестройки локуса TCRбета в ходе развития про-Т-клетки происходят в таком же порядке (Dбета-Jбета перед Vбета-DJбета). Таким образом, должны существовать контрольные механизмы, чтобы защитить все гены от опосредованного RAG- расщепления в ходе D-J-рекомбинации и облегчить перестройку лишь одного из сотни генов V во время V-DJ-рекомбинации Следовательно, процесс производства рецептора антигена полностью зависит от точной регуляции доступности RSSs для действия рекомбиназы RAGs.

Успешная V-DJ-рекомбинация гена IgH или TCRмю ведет к экспрессии белка Igмю или TCRбета как части пре-BCR- или пpe-TCR-комплекса, который работает как важная контрольная точка, чтобы ингибировать V-DJ-рекомбинацию второй DJ-реорганизованной аллели и стимулировать развитие пре-В- или пре-Т-клеток, инициирующее перестройки в генах IgL или TCRaльфа, соответственно. Наконец, экспрессия BCR или TCR, компетентных к сигналингу, полностью блокирует V(D)J-рекомбинацию с помощью транскрипционной репрессии генов RAGs в незрелых В- или Т-клетках ( Jankovic et al., 2004 ). Сигналинг аутореактивного BCR может, однако, возобновить перестройку гена легкой цепи иммуноглобулина, что приводит к производству BCR с новой антигенной специфичностью (редактирование рецептора; Jankovic et al., 2004 ). Более того, сигналинг цитокина IL-7 необходим для стимулирования рекомбинации гена TCRбета в про-Т-клетках ( Schlissel et al., 2000 ). Следовательно, V(D)J-рекомбинация контролируется не только изнутри (ядерными механизмами, специфичными к типу клеточной линии и стадии развития), но также и извне (сигналами, образуемыми на поверхности клетки). Ограничения V(D)J-рекомбинации, специфичные для данных стадии развития и локуса, в значительной степени накладываются на эпигенетическом уровне ( Krangel, 2003 ). В не-лимфоидных клетках гены Ig и TCR присутствуют в недоступном хроматине, так как в клетках почек белки RAG , экспрессирующиеся экзогенно, без труда расщепляют субстраты рекомбинации, привнесенные с трансфецированной эписомой, но не эндогенные гены рецепторов антигена ( Romanow et al., 2000 ). Более того, рекомбинантные белки RAG, добавленные к изолированным ядрам лимфоцитов, могут расщеплять только ген Ig или TCR, который активно подвергается V(D)J-рекомбинации на стадии развития, используемой для подготовки ядра ( Stanhope-Baker et al., 1996 ).

Следовательно, линейная специфичность и временное упорядочение перегруппировки генов вызывается последовательным открыванием локального хроматина, что делает специфичные RSSs доступными для V(D)J-рекомбиназы. Способность хроматина как защищать RSSs, так и управлять их расщеплением, предполагает существование " хроматинового кода ", который маркирует сайты рекомбинации и (или) облегчает опосредованное RAG расщепление.

Ссылки: