О генах антител в неперестроенном виде говорят, что они имеют «конфигурацию зародышевой линии». В таком виде находится ДНК в половых клетках (сперматозоидах и яйцеклетках) и во всех клетках организма, кроме зрелых лимфоцитов (в клетках печени, почек, поджелудочной железы, в других лимфоцитах, например, в фагоцитах). В каждом созревающем лимфоците мыши и человека ДНК подвергается случайной соматической перестройке. Один из V-элементов перемещается и соединяется с одним D- и одним J-элементом. Этот участок располагается перед первым С-геном. Кодирующий С-участок разделен рядом интронов. После этого все еще остается длинная промежуточная последовательность между перестроенным V-геном, который теперь называется V(D)J-ген, и С-участком. Эту структуру называют «соматической конфигурацией». Скобки вокруг D в общем символе гена появляются, потому что гены легких цепей Ig построены только из V- и J-элементов.
В конфигурации зародышевой линии ДНК не транскрибируется в мРНК, по которой могли бы синтезироваться Н- или L- белковые цепочки антитела. В соматической конфигурации перестроенные V(D)J- и С-участки активно транскрибируются, образуется мРНК, которая транслируется в Н- и L- цепи антитела. В неперестроенных V-элементах никогда не происходит соматического мутирования. Мутации появляются только в V(D)J-перестройке.
Перестройки ДНК выполняются набором особых рекомби-национных ферментов. Кодирующие их гены называются генами, активирующими рекомбинацию (recombination activating genes — RAG), и локализованы где-то в других местах генома. RAG-ферменты распознают ДНК-последовательности (реком-бинационные сигнальные последовательности) на соответствующих концах V-, D- и J-элементов, которые и соединяются. Первым шагом в экспрессии тяжелой цепи в созревающей В-клетке костного мозга человека или мыши является DJ-пере-стройка. Вся промежуточная ДНК между D-элементом (их может быть 20 или более) и J-элементом (их 4 или 5) удаляется. Следующий шаг — перемещение случайно выбранного V-эле-мента к перестроенному DJ-элементу, причем снова вся промежуточная ДНК удаляется.
Рис. 4.5. Строение генов, кодирующих V- и С-области тяжелых цепей антитела, в зародышевой линии и после соматической перестройки у человека и мыши.
А. В конфигурации зародышевой линии ряд очень похожих (но все-таки различных) вариабельных V-элементов лежит выше (левее) экзонов, кодирующих константную С-область. Эти V-элементы зародышевой линии (кодирующие примерно 95 аминокислот) называются неперестроенными. Между V- и С- элементами расположены D- и J-элементы (каждый кодирует короткую последовательность аминокислот). Каждый V-элемент имеет лидерную (L) последовательность, которая кодирует короткую последовательность аминокислот, сигнальный пептид. Все гены, кодирующие белки, например, антитела, предназначенные для выведения из клетки (для секреции) или для перехода в другие окруженные мембраной области клетки, имеют такие сигнальные пептиды, которые позволяют им перемещаться в нужные внутриклеточные или внеклеточные области. Интрон между L и V называется L-V-интроном (или лидерным интроном). Его значение для понимания следов интеграции сомы в зародышевую линию подробно описано в гл. 6.
Б. В ходе развития В-клеток в костном мозге в каждом В-лимфоците случайно перестраиваются V-, D- и J-элементы тяжелой цепи, и появляется перестроенная последовательность вариабельной области VDJ, которая теперь называется соматической конфигурацией. Для Н-цепей на первом этапе перестройки происходит объединение DJ, за ним следует объединение с V-элементом, и образование VDJ. После перестройки обнаруживается, что вся ДНК между случайно выбранным V-элементом и использованным J-элементом удаляется из клетки. Таким образом, каждая успешная перестройка ДНК вариабельной области уникальна для каждой зрелой В-клетки. Обратите внимание, что перестроенный участок (VDJ) лежит выше (левее) экзона, кодирующего С-белок. Заметьте также, что в участке между VDJ и С, названном J-C-интроном, лежит неиспользованный элемент (который в этом примере просто удаляется). Про-мРНК, содержащая вариабельный (VDJ) участок, присоединенный к С-участку, образуется в ядре. L-V и J-C интроны (и интроны внутри С -участка) затем вырезаются, что приводит к экспорту зрелой РНК молекулы в цитоплазму, где она транслируется на рибосоме в последовательность аминокислот. Лидерный (сигнальный) пептид отрезается от белка, когда он выделяется из клетки (объяснения терминов см. также в табл. 3.1 и 5.1, на рис. 4.4 и в тексте). Соматическая конфигурация и конфигурация зародышевой линии генов L-цепей такая же, кроме того, что легкие цепи не содержат D-участков.