Образование альтернативных белков на одном гене: дифференциальный процессинг РНК в иммунной системе

Дифференциальный процессинг РНК оказался чрезвычайно важным для образования ряда специфических белков. Наиболее хорошо изученные случаи относятся к образованию различных иммуноглобулинов (антител) в ходе дифференцировки В-лимфоцитов. Экспрессия генов, кодирующих антитела, в процессе развития лимфоцитов и их ответ на антиген включают в себя многочисленные события, связанные с селекцией и перестройкой генных сегментов. Эти селекция и перестройка осуществляются преимущественно на уровне ДНК (см. гл. 10 и 11). Но некоторые аспекты регуляции экспрессии генов антител проявляются на уровне процессинга РНК.

В процессе своего развития В-лимфоцит, прежде чем он станет клеткой, секретирующей антитела, синтезирует пробные антитела, которые могут секретироваться и встраиваться в плазматическую мембрану. Здесь они функционируют как рецепторы антигена. Поверхностные иммуноглобулины могут принадлежать к классам IgM или IgD в зависимости от стадии развития лимфоцита и от того, контактировал ли он с антигеном того типа, с которым реагируют его антитела. Вначале поверхностные иммуноглобулины относятся к классу IgM; после первой стимуляции антигеном они могут быть одновременно IgM и IgD; впоследствии на клеточной поверхности могут присутствовать только IgD. Но «вариабельная» (антигенсвязывающая) часть иммуноглобулина остается неизменной на протяжении всей жизни конкретного лимфоцита и его дочерних клеток. При этом, как было показано Маки и др. ( Maki et al., 1981), переключение с IgM на IgD происходит на уровне процессинга РНК. Синтезируется единый РНК-транскрипт, который содержит экзоны, кодирующие вариабельную (антигенсвязывающую) область и константные области мю (IgM) и дельта

Рис. 13.10. Предлагаемая модель экспрессии IgM и IgD в В-лимфоцитах. Ген тяжелой цепи формируется в ходе развития лимфоцита путем транслокации последовательностей V-, D- и J-областей в положение рядом с последовательностями константной области. Транскрипт этого гена включает в себя обе константные области, μ (IgM» и δ (IgD), вместе с новообразованной вариабельной областью. При альтернативном процессинге могут делетироваться экзоны константной мю-области (Сμ) или экзоны константной дельта-области (Сδ). (По Liu et al., 1980.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

__________________ КОНТРОЛЬ РАЗВИТИЯ НА УРОВНЕ ПРОЦЕССИНГА РНК___________________________ 187

Рис. 13.11. Последовательности аминокислот на карбоксильных концах мембранной (m) и секретируемой (s) форм IgM. А. Карбоксильные концы цепей μs, и μm. Б. Возможная конфигурация цепи, связанной с мембраной; эта конфигурация удерживает молекулу в клеточной мембране. Заряды аминокислот обозначены знаками «+» или «—». (По Rogers et al., 1980.)

(IgD),раздвоенные разнообразными интронами. Что будет кодировать мРНК, выходящая в цитоплазму, – IgM или IgD, зависит от того, какой из двух альтернативных механизмов сплайсинга используется. Если вырезаются и отбрасываются дельта (δ)экзоны, то будут образовываться IgM. Если при сплайсинге удаляются мю(μ)экзоны, тогда будут синтезироваться IgD. В течение переходного периода, когда используются оба механизма сплайсинга, продуцируются иммуноглобулины обоих классов (рис. 13.10).

Выбор между синтезом IgM или IgD не является единственной функцией дифференциального процессинга РНК Назначение этих белков – будут ли они встроены в плазматическую мембрану или будут секретированы – решается аналогичным образом.

IgD обычно прикреплены к клеточной мембране, и присутствие IgD в сыворотке, как считают, может являться результатом только случайной утечки или гибели клеток. Напротив, IgM может существовать в двух различных формах, мембрансвязанной (mIgM) и секретируемой (sIgM). Мембрансвязанный IgM функционирует в качестве рецептора антигена, а секретируемый IgM является первым типом антител, который обнаруживается в крови, когда организм впервые сталкивается с антигеном. Оказалось, что sIgM и mIgM отличаются друг от друга карбоксильными концами (Singer et al., 1980). Эти молекулы идентичны, за исключением того, что мембрансвязанная форма содержит гидрофобный «хвост», который удерживает ее в мембране (рис. 13.11). Молекулы мРНКдля мембранной и секретируемой форм IgM различны. Обе они транскрибируются на одном Сμ-гене, однако по-разному проходят процессинг (Rogers et al., 1980; Early el al., 1980; Alt el al.,1980). Секретируемый IgM содержит области, копируемые генами VDJ и экзонами Сμ₁, Сμ₂, Сμ₃, и Сμ₄. Помимо этого он содержит хвостовую часть, которая позволяет ему секретироваться. Мембрансвязанный IgM имеет аналогичное строение, за исключением ответственной за секрецию хвостовой части, вместо которой к нему добавлен фрагмент, кодируемый двумя дополнительными экзонами Сμ₅, и Сμ₆, которые формируют гидрофобный хвост,

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

188_______________ ГЛАВА 13_____________________________________________________________________________

Рис. 13.12 Варианты альтернативного сплайсинга, предложенные для мРНК μ-секретируемой и μ-мембранной форм IgM. Ρ включает в себя лидерную последовательность; V кодирует вариабельную область; с 5’-стороны располагаются возможные экзоны константной ß-области (IgM). РНК, удаляемые при сплайсинге (интроны), изображены штриховыми линиями. (По Early et al., 1980.)

способный встраиваться в мембрану лимфоцита. При сплайсинге РНК решается, какая из молекул будет образована, sIgM или mIgM (рис. 13.12).

Помимо этого в процессе формирования антител имеется третий этап, где дифференциальный процессинг РНК играет важную роль. В каждом В-лимфоците синтезируются молекулы лишь одного типа антител, которые кодируются только одной из двух гомологичных хромосом, имеющих такие гены. Это явление называют аллельным исключением. Что происходит с другой хромосомой, имеющей гены антител? Группа исследователей обнаружила ядерные РНК, соответствующие неперестроенным или неправильно перестроенным генам антител (Perry et al., 1980). Это наблюдение свидетельствует о том, что происходит транскрипция «неэкспрессирующихся» генов антител, которая не сопровождается процессингом с образованием мРНК.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: