Эпигенетический контроль аллельного исключения в локусах IgH и Igкаппа
Аллельное исключение обеспечивает продуктивную перестройку (см. " Регуляция перестроек генов рецепторов антигенов в процессе развития ") только одной из двух аллелей Ig, что приводит в В-клетках к экспрессии одиночной молекулы антитела с уникальной антигенной специфичностью.
Процесс аллельного исключения может быть разделен на два отдельных этапа. В течение фазы инициации одна из двух аллелей Ig выбирается посредством дифференциального эпигенетического маркирования, чтобы быть реорганизованной в первую очередь, что препятствует одновременной рекомбинации в двух аллелях. Экспрессия продуктивно реорганизованной аллели впоследствии предотвращает рекомбинацию во второй аллели посредством ингибирования по типу обратной связи, таким образом поддерживая аллельное исключение. Процесс аллельного исключения уже инициирован на ранних стадиях развития во время имплантации, когда две аллели гена рецептора антигена начинают асинхронно реплицироваться в каждой клетке. Отцовский или материнский ген Ig, который стохастически выбирается для ранней репликации посредством пока не известной хромосомной метки, почти всегда представляет собой ту первую аллель, которая претерпевает перестройки в незрелых В-лимфоцитах ( Mostoslavsky et al., 2001 ). Вторая V(H)-DJ(H)-реорганизация локуса IgH является, таким образом, регулируемым этапом, так как V(H)-J(H)- рекомбинация осуществляется в обеих аллелях IgH в процессе развития про- В-клеток ( Bassing et al., 2002 ). Однако пока так ничего и неизвестно про то, как эта аллель-специфичная эпигенетическая метка, установленная на ранних стадиях развития зародыша, транслируется в последовательную активацию V(H)-DJ(H)-рекомбинации на двух аллелях IgH.
Успешная перестройка одной аллели IgH ведет к экспрессии на поверхности клеток белка Igмю как части рецептора пре-В-клетки. Этот рецептор функционирует как важная контрольная точка, чтобы просигналить относительно пролиферативной экспансии больших пре-В-клеток, индуцировать последующую дифференцировку в малые пре-В-клетки и поддержать аллельное исключение в аллели IgH, реорганизованной по типу DJ(H) ( Kitamura and Rajewsky, 1992 ; Bassing et al., 2002 ). Экспрессия белка RAG быстро утрачивается под воздействием сигнала пре- BCR ( рис. 21.8 ), который останавливает всю дальнейшую рекомбинацию V(D)J и подготавливает почву для установки аллельного исключения в больших пре-В-клетках ( Grawunder et al., 1995 ). Сигнал npe-BCR также ведет к деацетилированию гистонов и, таким образом, к пониженной доступности генов V(H) в малых пре-В-клетках, что может быть механизмом обратной связи, лежащим в основе аллельного исключения ( Chowdhury and Sen, 2003 ). Однако более правдоподобный механизм осуществляется быстрой реверсией сокращения локуса IgH в ответ на сигнал пpe-BCR, что физически отделяет гены V(H) от проксимального домена IgH ( рис. 21.8 ), предотвращая, таким образом, перестройку типа V(H)-DJ(H) на второй аллели IgH, реорганизованной по типу DJ(H) ( Roldan et al., 2005 ).
Более того, npe-BCR сигнал ведет к быстрому перемещению нефункционирующей аллели IgH к репрессивным центромерным доменам ( Roldan et al., 2005 ). Следовательно, утрата сокращения локуса и центромерное рекрутирование изменяют реорганизованную по типу DJ(H) аллель IgH во время образования свободного от RAG окна пре-В-сигнала таким образом, что она не может более подвергаться перестройкам типа V(H)-DJ(H) после последующей реэкспрессии белков RAG в малых пре-В-клетках ( рис. 21.8 ).
Инициация аллельного исключения в локусе Igrfggf изучалась, в значительной степени, посредством исследования паттерна метилирования ДНК с помощью рестрикционных ферментов, чувствительных к метилу ( Mostoslavsky et al., 1998 ; Goldmit et al., 2002 ; Goldmit et al., 2005 ), и, наряду с этим, посредством анализа гетерозиготных по репортеру каппа*-GFP мышей, содержащих вставку гена GFP в элементе J(каппа)1 эндогенного локуса Igкаппа ( Liang et al., 2004 ). Локус Igкаппа сильно метилирован в динуклеотидах CpG во всех не-В- и про-В-клетках, но становится специфически деметилирован только на одной аллели в пре-В-клетках ( рис. 21.9 ) ( Mostoslavsky et al., 1998 ; Liang et al., 2004 ). Это моноаллельное деметилирование предваряет перестройку и зависит от активности как интронных, так и 3'каппа-энхансеров ( Mostoslavsky et al., 1998 ). Эта деметилированная аллель находится в доступном хроматине, так как он чувствителен к ДНКазе I, гиперацетилирован по гистонам НЗ и Н4 и расположен в пре-В-клетках вдали от центромерного хроматина ( рис. 21.9 ) ( Goldmit et al., 2002 , Goldmit et al., 2005 ). Как следствие, только неметилированная аллель Igкаппа инициирует транскрипцию зародышевой линии и перестройки типа Vкаппа-Jкаппа ( Goldmit et al., 2002 ; Liang et al., 2004 ), тогда как в малых пре-В-клетках обе аллели подвергаются сокращению локуса ( рис. 21.9 ) ( Roldan et al., 2005 ). На удивление, в пре-В-клетках вторая аллель Igкаппа перемещается в центромерный гетерохроматин ( Goldmit et al., 2005 ), аналогично локусу IgH ( Roldan et al., 2005 ).
Это моноаллельное центромерное рекрутирование ( рис. 21.9 ) может объяснить, почему для аллели с метилированной ДНК характерно пониженное ацетилирование гистонов и почему она связана с белками НР1гамма и Ikaros , которыми наряду с комлексами деацетилазы гистонов обогащен центромерный хроматин ( Goldmit et al., 2005 ). Интересно, что именно поздно реплицирующаяся аллель Igкаппа перемещается в центромерные кластеры ( Goldmit et al., 2005 ) в соответствии с тем, что паттерн асинхронной репликации, уже установленный на ранних стадиях развития эмбриона, коррелирует с моноаллельной инициацией перестроек Igкаппа в пре-В-клетках ( Mostoslavsky et al., 2001 ). Удивительно, что только очень малая доля (5%) всех пре-В-клеток подвергается активации локуса Igкаппа у мышей каппа*-GFP ( Liang et al., 2004 ).
На основании этого результата была выдвинута гипотеза, что в пре-В-клетках определенные транскрипционные факторы, присоединяющиеся к cis-регуляторным элементам локуса Igкаппа, присутствуют в лимитирующих количествах и что совместное присоединение таких факторов к энхансерам Igкаппа является редким событием, происходящим стохастически только в одной аллели. Следовательно, стохастическая активация энхансера посредством аллельной конкуренции за лимитирующие транскрипционные факторы может внести свой вклад в аллельное исключение в локусе Igкаппа ( Liang et al., 2004 ). Успешная перестройка одной аллели Igкаппа ведет к экспрессии BCR на поверхности клетки, которая впоследствии поддерживает аллельное исключение во второй аллели Igкаппа посредством подавления экспрессии рекомбиназы RAG1 / RAG2 ( Jankovic et al., 2004 ).
