Genetic_of_Ig

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І. І. МЕЧНИКОВА

БІОЛОГІЧНІЙ ФАКУЛЬТЕТ

Конспект лекцій

ГЕНЕТИКА ІМУНОГЛОБУЛІНІВ

В СХЕМАХ І ТАБЛИЦЯХ

для студентів біологічного факультету

ОДЕСА – 2012

Друкується згідно рішення Вченої ради біологічного факультету

Протокол № 2 від 2 жовтня 2012 р.

У посібнику представлені ілюстрації до окремих лекцій спеціального курсу «Імуногенетика». Детально показано молекулярну будову різних класів імуноглобулінів та їх генетичні карти. Наведена наглядна інформація про механізми експресії антитіл і забезпечення їх високої різноманітності. Посібник має стати у нагоді студентам як денної так і заочної форм навчання за самостійної роботи студентів по вивченню матеріалу зазначеного спецкурсу.

Автори: С. Л. Мірось канд. біол. наук, доцент Т. В. Гудзенко канд. біол. наук, доцент Т. О. Філіпова д.б.н., професор В. М. Тоцький д.б.н., професор

С. В. Білоконь канд. біол. наук,

Рецензенти: проф. каф. біохімії, мікробіології та фізіології харчування ОНАХТ, д.т.н., Пилипенко Л.М.

доцент біохімії, мікробіології та фізіології харчування ОНАХТ, к.т.н., Труфкаті Л.В.

Відповідальний редактор:

В. М. Тоцький доктор біологічних наук, професор.

2

ТЕМА №1 Молекулярна будова та варіабельність структури імуноглобулінів

Рис.1. Схема молекулярної будови імуноглобуліну (на прикладі IgG)

Молекула імуноглобуліну складається з двох важких (H) і двох легких

(L) ланцюгів. Кожен легкий ланцюг з'єднується з важким кількома нековалентими зв'язками та одним ковалентним – дисульфідним.

Дисульфідними мостками зв'язані між собою і важкі ланцюги. Район молекули імуноглобуліну, який включає в себе дисульфідні зв'язки між окремими ланцюгами, де з'єднуються важкі і легкі ланцюги, називається шарнірною ділянкою молекули. Ця ділянка є досить гнучкою, що дозволяє змінювати відстань між двома антиген-зв'язуючими доменами і краще забезпечувати фіксацію антигену. У будові імуноглобуліну виділяють Fab-

4

фрагмент (Fragment antigen binding), що має антигензв'язуючі центри, і Fc-

фрагмент (Fragment crystallizable), що забезпечує зв’язок з комплементом та

Fc-рецепторами клітин імунної системи. Антигензв’язуючі ділянки розташовані на кінцях важких (H) та легких (L) ланцюгів і утворюють варіабельні домени (VH і VL відповідно). Інші домени – константні (СH і СL).

Специфічність антитіл визначається амінокислотною послідовністю варіабельних доменів. Константні домени важких і легких ланцюгів забезпечують гетерогенність антитіл, що обумовлює їх відмінності в функціональній активності. Саме ця особливість дозволяє ділити всю групу зазначених білків на класи, підкласи (ізотипи) і алотипи.

Рис.2. Варіабельність структури імуноглобулінів

Ізотипові варіанти імуноглобулінів обумовлені експресією одного з генів, що кодують важкі ланцюги (µ (мю), (тета), (гама), (епсілон),

(альфа) ) і одного з генів легких ланцюгів ((капа) або (лямбда) ).

Алотипові варіанти обумовлені внутрішньовидовою алельною мінливістю ланцюгів імуноглобулінів. Ідіотипові варіанти білків виникають за рахунок мінливості гіперваріабельних ділянок V-доменів ланцюгів.

5

IgM

IgA

Рис.3. Будова імуноглобулінів різних класів у людини

Димер пари: легкий ланцюг – важкий ланцюг (LH) є основною структурною субодиницею всіх класів імуноглобулінів. Клас імуноглобулінів, а також його властивість з’єднуватися з мембранами або секретуватися, визначає тип важкого ланцюга. Структура імуноглобулінів різних класів і підкласів відрізняється за числом і розташуванням дисульфідних зв'язків між важкими ланцюгами, а також кількістю (LH)-

субодиниць в молекулі. У людини, як і у більшості хребетних, легкі ланцюги існують у двох різних ізотипових формах, позначених як капа-ланцюг і лямбда-ланцюг. В одній і тій же молекулі імуноглобуліну обидва легкі ланцюги відносяться до одного ізотипу.

6

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Охарактеризуйте молекулярну будову імуноглобуліну.

2.Назвіть основні функціональні ділянки молекули імуноглобуліну.

3.Де розташовані варіабельні і константні домени молекули антитіла?

4.Яку функцію відіграє шарнірна ділянка молекули антитіла?

5.Назвіть основні класи імуноглобулінів. Чим вони відрізняються?

6.Чим відрізняються між собою ізотипи, алотипи та ідіотипи імуноглобулінів?

7.Які типи легких ланцюгів можуть одночасно знаходитися у молекулі антитіла?

7

ТЕМА №2

Генетичний контроль легких і важких ланцюгів імуноглобулінів

Лямбда-тип

16 хромосома

Капа-тип

6 хромосома

Рис.4. Послідовності ДНК, що кодують легкі ланцюги капа- і лямбда-типів у миші

Лямбда-тип

22 хромосома

2 хромосома

Рис.5. Послідовності ДНК, що кодують легкі ланцюги капа- і лямбда-типів у людини

8

Гени, що кодують легкі ланцюги імуноглобулінів розташовані у різних хромосомах – у миші це хромосоми 16 (гени -ланцюга) і 6 (гени -ланцюга);

у людини – це хромосоми 22 (гени -ланцюга) і 2 (гени -ланцюга). Локуси капа- і лямбда-ланцюгів містять V, J і C-сімейства ніклеотидних послідовностей. Послідовності нуклеотидів сімейств V і J кодують варіабельний домен легкого ланцюга імуноглобуліну, а послідовності сімейства С – константний домен. Розташування і кількість зазначених сімейств нуклеотидів капа- і лямбда-ланцюгів у миші і людини різна, але є і спільні риси. Всі локуси починаються з лідерної послідовності (L), після якої йде інтрон. Потім розташовується велика кількість V-послідовностей (у

людини за даними різних авторів їх налічується від 90 до 200). Після чого,

знов йде великий інтрон і починається сімейство J-послідовностей. Причому згрупованим це сімейство є тільки в локусах капа-ланцюгів (у миші їх 5, з

яких один неактивний; у людини їх – 4). У локусах лямбда-ланцюгів J-

послідовності утворюють пари з С-послідовностями. У людини таких пар – 6,

у миші – 4, з яких активні тільки 3. Крім зазначених ділянок гена локуси легких ланцюгів містять ще промотори, що лежать перед кожною послідовністю V-сімейства, і енхансери, що знаходяться в інтронах між J-і С-

ділянками і в дистальнії 3'-області за С-послідовностями. Причому промоторна ділянка залишається неактивною доки не пройде з’єднання послідовностей V- і J-сімейств.

Локуси важких ланцюгів містять такі сімейства нуклеотидних послідовностей: V-, D-, J- і С (рис. 6). У миші вони розташовані у 12

хромосомі, у людини – у 14.

9