Генетический контроль биосинтеза антител. Генетическая регуляция синтеза антител


Генетический контроль биосинтеза антител

Типичная молекула иммуноглобулина состоит из 2Н и 2L цепей (обе  – 70% или обе –  30%). Полипептидные цепи синтезируются на рибосомах В-лимфоцитов, собираются в молекулу (глобулу) и транспортируются либо на клеточную поверхность, где они выполняют роль В-клеточных рецепторов, либо в кровь, где они выполняют функции антител.

Синтез полипептидных цепей контролируется тремя генными локусами, расположенными на разных хромосомах. Локусы имеют различные комбинации, в зависимости от контроля той или иной цепи и могут содержать следующие участки:

  1. L – кодирует лидерный пептид, необходимый для секреции антител на поверхность клетки;

  2. V – гены вариабельной части антитела;

  3. C – гены константной части;

  4. J – гены соединительной области полипептида;

  5. D – гены дополнительной вариабельности.

Функциональная организация генов, контролирующих синтез различных цепей, представлена на схеме (цифрами указано число вариантов):

Синтез  цепи: L – V – J – C

40 6

Cинтез  цепи: L – V – J – C

100 4

Синтез Н цепи : L – V – D – J – C – C – C – C – C – C – C – C – C

200 20 4 µ σγ3 γ1γ4γ2εα1α2

Таким образом, в каждой В-клетке, синтезирующей только один класс (подкласс) антител, функционирует один из локусов генетического контроля синтеза легких цепей (один из многочисленных вариантов V и I или I-C) и локус контроля синтеза Н-цепи (один из вариантов V, D, I, C).

Многообразие вариантов генов в одной В-клетке обеспечивает общее количество потенциальных вариантов образования антител всеми В-клетками организма до 107, а при учете сплайсинга (неточности считывания информации с ДНК этих локусов В-лимфоцита) вариабельность образования специфических антител возрастает до 108.

Клеточная кооперация в иммунном ответе

Главный комплекс гистосовместимости (ГКГС; синоним МНС – major histocompatibility complex; HLA – human leucocyte antigens).

На коротком плече С6 хромосомы человека расположено несколько генетических локусов, которые контролируют синтез некоторых белков, играющих важную роль в иммунном ответе и, прежде, всего, в клеточных взаимодействиях. Совокупность этих локусов (генов) получила название главного комплекса гистосовместимости (ГКГС). Локусы подразделены на 3 класса:

II

III

I

DP

DQ

DR

DN

DO

DZ

C4

FB

C2

B

C

A

E

F

G

H

Класс Iсодержит три наиболее изученных локуса А, В, С, каждый из которых может быть представлен вариантами одного и того же гена (аллелями).

B

C

A

E

F

G

H

71

27

41

А локус включает 41 вариант, В – 71, С – 27. Вероятно, вариантов много больше.

Функция продуктов E, F, G, H локусов также относящихся к классу I, остаются неясными. Локусы (гены) класса I контролируют синтез гликопротеидов, выполняющих роль клеточных рецепторов. Структура рецепторов класса I представлена на рисунке 34.

Тяжелая цепь димера гликопротеида (45 кDа) состоит из гидрофильного цитоплазматического домена (участка), гидрофобного трансмембранного, константного внеклеточного ( – 3) и двух внеклеточных вариантных ( – 2,  – 1). Домен  – 1 имеет короткую углеводную цепочку (УЦ). Легкая цепь димера представлена 2 – микроглобулином (12 кDа), который входит в состав ее константной части. Она не имеет вариантов, кодируется одним из генов 15 хромосомы, не относящимся к ГКГС. Щель между 1 – 2 и 2М является активным центром связывания и презентации антигена (антигенных детерминант) Т – цитотоксическим лимфоцитам (Тс). Рецепторы класса I имеются на поверхности любых ядросодержащих клеток организма, что лежит в основе его индивидуальной антигенной специфичности. Они обеспечивают «узнавание» собственных клеток макроорганизма, межклеточную кооперацию, презентацию антигена.

Класс II локусов включает несколько генов.



DP



DQ



DR

DN

DO

DZ

7 51

10 20

1 72

Три из них (DP, DQ, DR) изучены лучше, роль других (и контролируемых ими продуктов) неясна. Локусы (гены) DP, DQ, DR контролируют синтез  и  цепей клеточных рецепторов и могут иметь аллели (альтернативные варианты генов), число которых представлено на схеме. Структура рецепторов класса II изображена на рис.35 .

Рецептор ГКГС класса II представляет собой гликопротеид, состоящий из двух цепей. Цепь А представлена вариабельным внеклеточным доменом  – 1(34 кDа), константным внеклеточным доменом  – 2 (34 кDа), гидрофобным трансмембранным и гидрофильным цитоплазматическими доменами. Домены  – 1и  – 2 имеют по одной короткой углеводной цепочке. Цепь В также имеет 4 домена: вариабельный внеклеточный  - 1 (28 кDа) с одной углеводной цепочкой, константный внеклеточный  - 2 (28 кDа), гидрофобный трансмембранный и гидрофильный цитоплазматический. Щель между  – 1и  – 1 представляет собой активный центр рецептора. Рецепторы ГКГС класса II имеются только на макрофагах, В-лимфоцитах и некоторых активированных Т-лимфоцитах.

 - 2

Класс III локусов ГКГС содержит гены, контролирующие синтез некоторых компонентов, участвующих в активации С3 компонента комплемента.

Контролируемые этими генами компоненты системы комплемента (С4, фактор В, С2) секретируются в кровь, циркулируют вместе с ней, но на мембранах клеток организма они не фиксируются.

studfiles.net

7.2.2. Регуляция иммунного ответа

Иммунный ответ является регулируемым процессом. Регуляция имеет большое значение для достижения нужного уровня специфичности и иммунной памяти, включения именно тех эффекторных механизмов, которые бы наибольшим образом отвечали потребностям организма, а также для исключения нежелательных последствий гиперактивации иммунной системы (например, при чрезмерном иммунном воспалении, аллергии и аутоиммунных расстройствах).

Регуляция иммунных процессов осуществляется с помощью механизмов иммунного самоконтроля, за счет влияния печени, эндо-

кринной системы, ЦНС и в связи с генетическими механизмами контроля.

Система иммунной саморегуляции включает принцип отрицательной обратной связи, баланс Th2/Th3, цитокиновую регуляцию1, контроль со стороны костимулирующих молекул, идиотипантиидиотипическую сеть и др. Антиидиотипы - это антитела к антигенсвязывающим участкам иммуноглобулинов (к идиотипам), т.е. антитела против антител. Являясь поверхностными рецепторами лимфоцитов, антиидиотипы взаимодействуют со своими идиотипами, формируя иммунологические сети и подавляя иммунный ответ.

Одну из ключевых ролей в регуляции иммунного ответа играют регуляторные Т-лимфоциты, которые функционируют, имея разные цитокиновые профили (табл. 7-3).

Таблица 7-3. Регуляторные субпопуляции Т-лимфоцитов

Субпопуляция

Цитокиновый профиль

Основные функции

Т-хелпер нулевой

(Th0)

IL-2

Активация пролиферации лимфоцитов (митоген)

T-хелпер 1 типа

(Th2)

IFN-γ, IL-2, TNF-β

Регуляция Т-клеточного и гуморального адаптивных ответов (переключение на синтез IgG2, IgG3, IgA), активация макрофагов

T-хелпер 2

(Th3)

IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13

Регуляция гуморального адаптивного ответа, включая переключение на синтез антител IgE и IgG4

Т-хелпер 3

(Th4)

TGF-β

Ингибиция пролиферации лимфоцитов

T-регулятор (T-reg)

IL-10, TGF-β

Естественная супрессия иммунного ответа, индукция Fas- зависимого апоптоза

T-хелпер 17

(Th27)

IL-17

Развитие аутоиммунных реакций

1 Образуемая цитокинами система регуляции иммунного ответа - «цитокиновая сеть» - включает клетки-продуценты цитокинов, иммуноцитокины, клеткимишени, экспрессирующие цитокинсвязывающие рецепторы и антагонисты цитокинов и их рецепторов.

Печень является, главным образом, источником иммуносупрессивных факторов (α-фетопротеин, «pit» NK-клетки и др.). Гормоны оказывают дозозависимые разнонаправленные эффекты в отношении иммунных процессов. В физиологических концентрациях соматотропный и тиреотропный гормоны, тироксин, трийодтиронин, инсулин, пролактин стимулируют иммунный ответ, а адренокортикотропный гормон, глюкокортикоиды и половые гормоны - супрессируют. В последние годы интенсивно исследуется влияние на иммунную систему гормона эпифиза мелатонина, который, наряду с иммуностимулирующим действием, имеет также ритморегулирующий, снотворный, антиоксидантный и др. эффекты. ЦНС влияет на иммунный ответ через посредничество нейтротрансмиттерных (допамин-, серотонин-, ГАМК- и пептидергических) систем, проявляя стереотипную координацию иммунных процессов, связывая их с разными сферами психоэмоциональной деятельности мозга.

Генетическая регуляция иммунитета позволяет обеспечивать многообразие антигенраспознающих рецепторов за счет генных реаранжировок в хромосомах 2, 7, 14 и 22 не только в эмбриональном периоде, но и непосредственно в ходе иммунного ответа. Дополнительное разнообразие синтезируемых антител достигается также в связи с соматическими гипермутациями. Индивидуальная сила иммунного ответа регулируется индивидуальным набором HLA-генов (6-я хромосома), белковые продукты которых способны с разной эффективностью загружать различные антигенные пептиды.

Патология иммунного ответа может быть обусловлена гипофункцией (иммунодефициты) или гиперфункцией (реакции гиперчувствительности) иммунной системы.

studfiles.net

Синтез антител | Симптомы болезней

Полипептидные цепи H и L иммуноглобулинов представляют собой специфические аминокислотные последовательности, их синтез контролируется соответствующими генами. С помощью молекулярно-генетических методов было установлено существование двух основных категорий генов, обозначенных символами С и V, которые контролируют синтез таких цепочек у человека и млекопитающих. Эти гены расположены на значительном расстоянии друг от друга. Между ними был обнаружен также участок ДНК, контролирующий полипептидный фрагмент из 13 аминокислот и названный J-геном. Этот ген располагается ближе к локусу С-гена. У человека обнаружено шесть С-генов для λ-цепи, перед каждым из которых имеется свой J-ген.

Различные сочетания этих генов обеспечивают примерно 1500 вариантов L-цепей, количество вариантов может увеличиваться за счет мутаций, а также в результате рекомбинации этих генов.

Гены H-цепей устроены по такому же принципу, в их число входят три гена вариабельного (V) участка — V, D и J, а также гены константного (С) участка — μ, γ1, γ2, γ3, γ4, α, δ, ε. Это обеспечивает возможность синтеза еще большего разнообразия H-цепей с учетом рекомбинации этих генов.

Полагают, что способность B-лимфоцитов переключаться на другой вариант синтезируемых иммуноглобулинов связана с возможностью перестроек их генетического материала, контролирующего этот процесс. Механизм таких перестроек может обеспечиваться альтернативным сплайсингом, перемещением транспозируемых генетических элементов и другими факторами, приводящими к дестабилизации генома (см. подразд. 1.4, 1.6 и 1.7). При этом B-лимфоцит, дающий клон плазматических клеток, синтезирующих иммуноглобулины одной специфичности, может превращаться в B-лимфоцит, который обеспечивает продукцию антител с иной специфичностью действия.

Гены, контролирующие синтез тяжелых цепей иммуноглобулинов, локализованы в 14-й хромосоме человека, а гены легких цепей — в 20-й и 22-й хромосомах. Активация транскрипции гена Н- или L-цепи происходит только в одной из двух гомологичных хромосом. Следовательно, B-клетки дают начало антителообразующим клеткам, которые продуцируют L- и H- -цепи только одной из двух альтернативных аллотипических форм, детерминированых соответствующими аллельными генами. Этот феномен экспрессии только одного аллеля в каждой клетке носит название аллельного исключения.

Формирование антигенов, имеющих наибольшее значение при трансплантации органов и тканей (трансплантационных антигенов), контролируется генным кластером шестой пары хромосом, обозначаемым как HLA-система (основной комплекс гистосовместимости).

Гены комплекса гистосовместимости кодируют синтез молекул, представляющих собой мембранные гликопротеиды, которые обнаруживаются на поверхности практически всех клеток и обозначаются как молекулы I и II класса. Различия между молекулами этих классов связаны с особенностями строения составляющих их полипептидных цепей (тяжелой и легкой). Выработку

молекул класса I контролируют гены HLA-A, HLA-B и HLA-C. Структура этих генов разнообразна, для некоторых из них уже определена последовательность нуклеотидов и охарактеризованы кодирующие участки (экзоны) и некодирующие участки (интроны). Молекулы II класса в тканях человека распространены в меньшей степени, они представляют собой мембранные гликопротеиды, состоящие из двух цепей — α и β. Такие молекулы обнаруживаются на B-лимфоцитах, в меньшем количестве — на некоторых активированных T-лимфоцитах. Их синтез контролируется генетической областью HLA-D, состоящей из трех локусов — HLA-DR, HLA-DQ и HLA-DP.

Гены гистосовместимости кодируют также некоторые другие молекулы, например, компоненты системы комплемента, которые обозначают как белки третьего класса. Человек, как правило, является гетерозиготным по разным HLA-аллелям. В настоящее время построена генетическая карта комплекса HLA у человека (линейная карта комплекса HLA 6-й хромосомы).

С областью HLA-D сцеплены гены, контролирующие активность иммунной системы, — гены Ir (силы иммунного ответа) и гены Is (супрессии иммунного ответа). Действие их, по современным представлениям, связано с регуляцией взаимодействий генов основного комплекса гистосовместимости. Ir-гены контролируют следующие функции иммунной системы: 1) тимус-зависимый иммунный ответ; 2) развитие гиперчувствительности замедленного типа; 3) генерацию хелперных лимфокин-секретирующих T-клеток; 4) созревание антиген-специфических цитотоксических T-клеток. На тимус-независимый иммунный ответ действие этих генов не распространяется. Продуктами Ir-генов являются молекулы II класса.

Базисные термины и понятия: аллельное исключение; антитела; иммуноглобулины; комплекс гистосовместимости; плазматические клетки; трансплантационные антигены; B-лимфоциты; HLA-система; T-лимфоциты.

.

www.medicalbrain.ru

Регуляция иммунного ответа

Иммунный ответ является регулируемым процессом. Регуляция имеет большое значение для достижения нужного уровня специфичности и иммунной памяти, включения именно тех эффекторных механизмов, которые бы наибольшим образом отвечали потребностям организма, а также для исключения нежелательных последствий гиперактивации иммунной системы (например, при чрезмерном иммунном воспалении, аллергии и аутоиммунных расстройствах).

Регуляция иммунных процессов осуществляется с помощью механизмов иммунного самоконтроля, за счет влияния печени, эндо-

кринной системы, ЦНС и в связи с генетическими механизмами контроля.

Система иммунной саморегуляции включает принцип отрицательной обратной связи, баланс Th2/Th3, цитокиновую регуляцию1, контроль со стороны костимулирующих молекул, идиотипантиидиотипическую сеть и др. Антиидиотипы - это антитела к антигенсвязывающим участкам иммуноглобулинов (к идиотипам), т.е. антитела против антител. Являясь поверхностными рецепторами лимфоцитов, антиидиотипы взаимодействуют со своими идиотипами, формируя иммунологические сети и подавляя иммунный ответ.

Одну из ключевых ролей в регуляции иммунного ответа играют регуляторные Т-лимфоциты, которые функционируют, имея разные цитокиновые профили (табл. 7-3).

Таблица 7-3.Регуляторные субпопуляции Т-лимфоцитов

 

Субпопуляция Цитокиновый профиль Основные функции
Т-хелпер нулевой (Th0) IL-2 Активация пролиферации лимфоцитов (митоген)
T-хелпер 1 типа (Th2) IFN-γ, IL-2, TNF-β Регуляция Т-клеточного и гуморального адаптивных ответов (переключение на синтез IgG2, IgG3, IgA), активация макрофагов
T-хелпер 2 (Th3) IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13 Регуляция гуморального адаптивного ответа, включая переключение на синтез антител IgE и IgG4
Т-хелпер 3 (Th4) TGF-β Ингибиция пролиферации лимфоцитов
T-регулятор (T-reg) IL-10, TGF-β Естественная супрессия иммунного ответа, индукция Fas- зависимого апоптоза
T-хелпер 17 (Th27) IL-17 Развитие аутоиммунных реакций

1 Образуемая цитокинами система регуляции иммунного ответа - «цитокиновая сеть» - включает клетки-продуценты цитокинов, иммуноцитокины, клеткимишени, экспрессирующие цитокинсвязывающие рецепторы и антагонисты цитокинов и их рецепторов.

Печень является, главным образом, источником иммуносупрессивных факторов (α-фетопротеин, «pit» NK-клетки и др.). Гормоны оказывают дозозависимые разнонаправленные эффекты в отношении иммунных процессов. В физиологических концентрациях соматотропный и тиреотропный гормоны, тироксин, трийодтиронин, инсулин, пролактин стимулируют иммунный ответ, а адренокортикотропный гормон, глюкокортикоиды и половые гормоны - супрессируют. В последние годы интенсивно исследуется влияние на иммунную систему гормона эпифиза мелатонина, который, наряду с иммуностимулирующим действием, имеет также ритморегулирующий, снотворный, антиоксидантный и др. эффекты. ЦНС влияет на иммунный ответ через посредничество нейтротрансмиттерных (допамин-, серотонин-, ГАМК- и пептидергических) систем, проявляя стереотипную координацию иммунных процессов, связывая их с разными сферами психоэмоциональной деятельности мозга.

Генетическая регуляция иммунитета позволяет обеспечивать многообразие антигенраспознающих рецепторов за счет генных реаранжировок в хромосомах 2, 7, 14 и 22 не только в эмбриональном периоде, но и непосредственно в ходе иммунного ответа. Дополнительное разнообразие синтезируемых антител достигается также в связи с соматическими гипермутациями. Индивидуальная сила иммунного ответа регулируется индивидуальным набором HLA-генов (6-я хромосома), белковые продукты которых способны с разной эффективностью загружать различные антигенные пептиды.

Похожие статьи:

poznayka.org

Иммуногенетика

Количество просмотров публикации Иммуногенетика - 1129

Лекция 11

Иммуногенетика - ϶ᴛᴏ раздел иммунологии, который изучает генетическую обусловленность факторов иммунитета͵ внутривидовое разнообразие и наследование тканевых Аг (антигенов), генетическое и популяционное взаимодействие макро- и микроорганизмов, тканевую несовместимость.

Значение иммуногентики.

Наследственно детерминированные биологические системы, такие как иммуногенетические образования, в виде групп крови и полиморфных белков крови и молока не изменяются в процессе онтогенеза и являются пожизненной генетической характеристикой каждой особи, крайне важно й для использования:

- определœения отцовства у животных;

- зиготности у близнецов;

- фримартинизма у телочек;

- разнояйцовых близнецов;

- оценки производителœей по качеству потомства;

- при осœеменении свиноматок спермой разных хряков;

- совместимости отцовских пар при чистопородном разведении;

- прогнозирования продуктивности животных;

- прогнозирования резистентности против заболеваний.

Современная иммунология направлена на выявление механизмов иммунного ответа и его генетической обусловленности.

Иммунитет (невосприимчивость, сопротивляемость) – способность организма защищать собственную целостность и биологическую индивидуальность (БРЭ, серия Биология, 1999).

В поддержании иммунитета животных принимают участие неспецифические и специфические защитные механизмы. Неспецифические защитные механизмы - ϶ᴛᴏ резистентность, которая включает в себя барьерную функцию эпителия кожи и слизистых оболочек, бактерицидное действие молочной кислоты и жирных кислот в выделœениях сальных и потовых желœез, бактерицидные свойства желудочного и кишечного соков, лизоцим, присутствующий в слезной жидкости и фагоцитоз (клетки крови, пропердин, комплемент, интерферон). Специфические защитные механизмы включают красный костный мозг, тимус, фабрициеву сумку у птиц, селœезенку, лимфатические узлы, а также скопления лимфоидной ткани по ходу пищеварительных и дыхательных путей. Основным элементом иммунной системы служат популяции лимфоцитов двух базовых типов: лимфоциты типа В и Т, символы которых приняты в 1969 ᴦ. В-лимфоциты формируются в костном мозге. Их основная функция состоит в синтезе антител (Ат), то есть иммуноглобулинов, которые и осуществляют специфическую функцию. Т-лимфоциты образуются в тимусе. Οʜᴎ не вырабатывают антитела, а выполняют защитную роль с помощью рецепторов, находящихся на поверхности лимфоцита. Рецепторы - ϶ᴛᴏ макромолекулярные образования на поверхности Т- и В-лимфоцитов, обеспечивающие распознавание конкретного антигена (Аг). Иммуноглобулины (антитела) - ϶ᴛᴏ сложные белки (гликопротеиды), которые специфически связываются с чужеродными веществами – Аᴦ. Антитела вырабатываются в организме в ответ на проникновение Аᴦ. Антигены – вещества, которые воспринимаются организмом, как чужеродные и вызывают специфический иммунный ответ; способны взаимодействовать с продуктами этого ответа – Ат. Специфическая связывающая реакция антиген-антитело приводит к образованию иммунного комплекса.

Клеточную иммунную защиту организма обеспечивают Т- и В-лимфоциты, а гуморальную иммунную защиту организма – специфические антитела . В клеточной иммунной защите выделяют 5 классов клеток:

- А-клетки – фагоциты;

- Т-лимфоциты;

- В-лимфоциты – плазматические клетки;

- NК – клетки – нормальные киллеры, проявляющие цитотоксическое действие на опухолевые клетки;

- К – клетки – или ʼʼнулевыеʼʼ лимфоциты, осуществляющие цитолиз клеток-мишеней.

Генный механизм антителообразования.

Суть его состоит в том, что сначала с помощью специальных иммунокомпетентных клеток расшифровывается структура антигенных детерминант Аг, проникшего в организм.

Затем, относительно структуры каждой антигенной детерминанты, происходит перестройка (перестановка) интронно-экзонных участков, вследствие чего изменяется структура и функция гена. После этой перестройки гены дают информацию на синтез специфических по структуре Ат. Синтезированные Ат связываются с Аг, что приводит к снижению или полному прекращению их выработки. Полное уничтожение всœех Аг останавливает синтез конкретных Ат. Система генной регуляции антителообразования функционирует постоянно.

Болезнь наступает в том случае, в случае если нарушается равновесие между концентрацией Аг и Ат в пользу увеличения Аᴦ. Это может произойти по причинœе высокой вирулентности возбудителя или вследствие ослабления организма и замедления антителообразования или неполадок в самой системе. Во время болезни организм мобилизует дополнительные силы за счёт других функций, к примеру работоспособности, молокообразования. Использования запаса белков, жиров и т.д.

Иммунореактивность - ϶ᴛᴏ способность иммунной системы своевременно отвечать на проникновение инфекции. Реакция зависит от концентрации антител и соотношения численности и связи между Т- и В-лимфоцитами.

Существует и такая форма иммунного ответа͵ когда организм начинает синтезировать антитела на антигены собственного организма (аутоантитела), к примеру, к гормонам щитовидной желœезы, что приводит к серьезным нарушениям в обмене веществ. У животных появление антител может происходить в отношении своих гамет, что приводит к бесплодию.

При синдроме приобретенного иммунодефицита (СПИД) иммунная система организма утрачивает свою защитную функцию, что приводит к неизбежной гибели людей.

Иммуногенность - ϶ᴛᴏ свойство антигенов вызывать иммунную реакцию организма.

Реакция антиген-антитело специфична, что объясняется генетической специфичностью антител, соответствующих определœенному антигену. Реакция антиген-антитело может проявляться в виде агглютинации, преципитации, лизиса и др. Размещено на реф.рфЭти реакции используют для диагностики протекающего иммунного ответа организма.

Генетический контроль иммунного ответа (иммунологической реактивности)

Генами иммунного ответа являются Ir-гены. При иммунизации инбредных линий мышей синтетическими антигенами выявлены линии с сильным и слабым иммунным ответом. Анализ потомства от возвратного скрещивания дал основание сделать заключение, что высокое антителообразование кодируется одним доминантным геном, а низкая иммунная реакция – рецессивным. В дальнейшем было уточнено, что высота иммунного ответа детерминирована более чем одной парой генов. Локус, отвечающий за силу иммунного ответа͵ был обозначен как Ir =1 (иммунный ответ=1). Он оказался сцеплен с главным комплексом гистосовместимости Н-2. Этот локус обусловливает иммунный ответ к многим антигенам. Сейчас известно, что в области I комплекса Н-2 существует не один, а три локуса Ir (Ir-1А, Ir-1В, Ir-1С). Кроме этого, открыты Ir –гены, локализованные вне Н-2-комплекса. Это локусы Ir -2, Ir -4, а также локус Ir, сцепленный с полом. Во многих случаях иммунный ответ против антигенов наследуется полигенно.

Иммунизация свинœей различными антигенами позволила также открыть гены иммунного ответа͵ которые имеют сходство с Ir -генами мышей. Иммунный ответ носит количественный характер, а гены иммунного ответа сцеплены с главным комплексом гистосовместимости SLA. Главный комплекс гистосовместимости аналогичный Н-2 мыши открыт у человека, у крупного рогатого скота͵ у лошадей, у кур и других видов животных. Установлено, что лейкоцитарные антигены, расположенные на поверхности клеток в качестве компонентов плазматической мембраны, влияют на результаты трансплантации органов и тканей. Эти антигены (аллогены) контролируются главным комплексом гистосовместимости (МНС). Отторжение тканей – иммунологический процесс, так как продуктом гена тканевой совместимости является аллоантиген, а он, как известно, вызывает иммунный ответ при введении в организм, для которого он генетически чужеродный.

Генетический контроль иммунного ответа (Р.В.Петров, 1983):

- Ir –гены определяют количество синтезируемых антител против определœенных антигенов;

- Ir -гены не сцеплены с локусами, кодирующими синтез иммуноглобулинов;

- Ir –гены высокоспецифичны. Организмы с одним и тем же генотипом могут обладать высоким иммунным ответом против одного антигена и низким против другого антигена. Не обнаружены гаплотипы, определяющие общую высокую или низкую иммунологическую реактивность;

- Генетически обусловленные различия в высоте иммунного ответа сохраняются в различные возрастные периоды;

- Между генами, контролирующими высокий или низкий иммунный ответ против различных антигенов, в основном, не существует никакой связи;

- Эффекты генов, отвечающих за иммунологическую реактивность, реализуются на уровне популяции лимфоидных клеток.

Антигенными свойствами обладают эритроциты. Набор антигенов у эритроцитов имеет специфичность и индивидуальность у каждого организма. Эта индивидуальность должна учитываться при переливании крови донора в организм реципиента. В случае если эритроцитарные антигены донора и реципиента несовместимы, то переливание крови проводить нельзя, иначе произойдут патологические процессы и даже гибель реципиента.

Для изучения и тестирования эритроцитарных антигенов в иммуногенетике применяют методы серологических реакций: реакции гемолиза эритроцитов, агглютинации, преципитации.

Эритроцитарные антигены представляют из себясложные биополимерные макромолекулы. Которые накапливаются на оболочке (строме) эритроцитов и соединяются с молекулами веществ оболочки. Структура и химический состав эритроцитарных антигенов разнообразны и характерны для каждой особи.

Антигены имеют различную специфичность: видовую, групповую, типовую, патологическую, органоидную, функциональную. Антигенные особенности обусловлены последовательностью и качественными различиями аминокислот, а также особенностями строения первичной полипептидной молекулы антигена. На поверхности молекулы антигена имеются наиболее активные участки – детерминантные группы, которые определяют специфичность антигена.

Для определœения эритроцитарного антигенного состава используют моносыворотку (реагент) с эритроцитами тестируемых животных.

Приготовление моносыворотки: в течение нескольких недель проводится иммунизация животных-реципиентов, путем внесения в их организм эритроцитов определœенного антигенного состава от животных-доноров того же или другого вида. В результате у иммунизированного животного-реципиента интенсивно проходит реакция антиген-антитело, накапливаются различные антитела, из которых потом выделяют путем абсорбции антитела к желательному антигену и устраняют всœе остальные.

Сегодня создана единая международная система стандартизации сывороток. По утвержденным международным правилам каждое племенное животное должно иметь племенной документ (родословную с указанием тестированных у него групп крови).

В корне наследственности систем и групп крови лежит действие одиночных генов или групп сцепления и их аллелœей. Основным типом наследования является кодоминантная или доминантная передача антигенов от родителœей потомкам. Каждая особь наследует по одному из двух аллелœей от матери и от отца в каждой генетической системе группы крови. Особь с антигенами, которых нет хотя бы у одного из родителœей, не должна быть потомком такой родительской пары.

На этих особенностях построен метод определœения отцовства у животных. Анализ групп крови дает возможность определить происхождение потомков как по линии отца, та и по линии матери и имеет большое значение в разведении и селœекции животных.

Группа крови - ϶ᴛᴏ одиночные или сцеплено наследуемые в виде постоянного сочетания антигены, которые передаются от родителœей потомкам, как наследственные единицы. В состав конкретной группы крови может входить один или несколько антигенов. Контроль каждой группы крови обусловлен действием генов одного локуса и его аллелями.

Совокупность групп крови, контролируемых аллелями одного локуса, образует систему крови. Каждой системе крови присваивают определœенное буквенное обозначение. Число уже открытых систем и входящих в каждую антигенов у животных разных видов неодинаково.

Таблица

Видовые характеристики систем эритроцитарных антигенов у сельскохозяйственных животных

Вид животного Число систем Обозначения системы Число Аг во всœех системах Число аллелœей
Крупный рогатый скот   A, B, C, F-V, I, L, M, S, Z, R`-S`, T, N Более Более
Лошади A, C, D, K, P, Q, T, U, S
Свиньи A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, R, L, M, N, O, P, Q Более 100
Овцы A, B, C, D, J, M, R, X-Z, Con, F30, F41, Hel, Y, T, V, PV
Куры A, B, C, D, E, H, I, Y, K, Z, N, P, R, Vh

Системы групп крови подразделяют на простые (содержащие один-два антигена и имеет два аллеля – L, N-системы у крс), сложные (входят три антигена и более, образующие комплексные группы – В, С- системы у крс), закрытые (генотипы животных можно выявить по антигенам эритроцитов), открытые (генотип животного можно установить по фенотипу только у некоторых гомозигот).

Каждая генетическая система крови определяется аллелями какого-либо одного локуса и наследуется независимо одна от другой. При этом каждый аллель определяет образование одного эритроцитарного антигена. В случае если локус имеет два аллельных состояния, то это вызывает формирование двух или трех генотипов и соответствующее количество фенотипов, к примеру, система I у скота имеет аллели I1 и I2 образует генотипы I1I1, I2I2, I1I2. Некоторые локусы могут иметь и большее количество аллелœей, то есть они полиаллельны в результате множественного аллелизма. К примеру, А-система крови скота имеет три аллеля: A2, D, Z1; G-система включает шесть аллелœей.

Кровяной тип - ϶ᴛᴏ совокупность групп крови всœех генетических систем данного вида (популяции). Выражается в виде буквенных записей, что составляет фенотипическую характеристику скота͵ или в виде генотипической записи.

Фенотип животного записывают латинскими буквами (иногда с подстрочными значками) для каждой группы крови (В или ВСК). Аллели группы крови записывают ВBO1Y2D`.

Генотипическую характеристику группы крови можно выявить, проводя семейный анализ, когда делают сопоставление антигенов отца, матери и потомка по данному локусу. Запись генотипа проводят в виде дроби, в числителœе которой антигены (аллели) одного родителя, а в знаменателœе – другого. Так, к примеру генотип потомка по системе В крс выражают BGK/Y2 или по системе С – в виде C1/RW.

Генетические особенности антигенов и аллелœей имеют ряд других особенностей. Выявлена общность антигена А у овец и человека (переименован в антиген R). У лошадей система Р аналогична АВО-система человека.

Генетический полиморфизм белков

Использование полиморфных систем белков вместе с группами крови повышает точность определœения происхождения животных. Так, по группам крови отцовство можно установить в 81% случаев, а дополнительные анализы только типов трансферрина повышают точность до 90%.

Полиморфизм - ϶ᴛᴏ одновременное присутствие двух или более генетических форм одного вида в таком численном отношении, что их нельзя отнести к повторным мутациям. По этой причине теримин генетический (биохимический) полиморфизм применяется в тех случаях, когда локус хромосомы в популяции имеет два и более аллелœей с частотой больше 0,01. Ген, представленный более чем одним аалелœем, называют полиморфным геном. Основными методами изучения полиморфизма белков и ферментов являются электрофорез в крахмальном или акриламидном гелœе или иммуноэлектрофорез. Белки (в том числе и ферменты) находятся в растворе в виде частиц, несущих определœенный электрический заряд, которые под действием электрического тока перемещаются к катоду или аноду.

Сейчас у сельскохозяйственных животных изучено более 150 полиморфных локусов белков крови, молока, тканей, расположенных в аутосомах. В связи с кодоминантным наследованием большинства биохимических систем фенотип животного соответствует его генотипу, в связи с этим фенотип можно записать HbAA или HbA, HbBB или HbB.

Замещение аминокислот в белке может вызвать функциональные различия полиморфных форм. К примеру, у человека, кроме нормального гемоглобина HbA, известно более 50 патологических форм S,C,G, которые вызывают различные гемоглобинопатии (серповидно-клеточная анемия S, талассемия C). Одним из первых был открыт гемоглобин серповидных эритроцитов, который от нормального отличается заменой в шестом положении глутаминовой аминокислоты на валин. В районах распространения тропической малярии лица, гомозиготные по HbsHbs, погибают в раннем возрасте от серповидно-клеточной анемии. Гетерозиготы HbAHbs устойчивы к малярии, а люди с нормальным генотипом HbAHbA предрасположены к заболеванию. Это неоспоримый пример сбалансированного полиморфизма, когда приспособленность гетерозигот выше, чем гомозигот, а оба аллеля сохраняются в популяции с промежуточной частотой. Это доказывает существование однолокусного гетерозиса по устойчивости к болезни.

Гемоглобин выполняет важную для организма функцию переноса кислорода из органов дыхания к тканям и переноса углекислого газа от тканей в органы дыхания. У крупного рогатого скота открыто 10 типов гемоглобина, но у скота швицкой, костромской, джерсейской пород встречаются аллели HbВ. У животных черно-пестрой, айрширской, герефордской – один тип А. В Австралии, а потом в Кении у породы овец ромни-марш с типом гемоглобина HbА найдена более высокая резистентность к гемонхозу (нематоды, паразитирующие в сычуге), чем у животных с HbВ и HbАВ. Устойчивость овец к лептоспирозу связана с гетерозиготностью по гемоглобиновому локусу (HbАВ), тогда как особи с типом А и В были более восприимчивыми. У свинœей найдена ассоциация лептоспироза с аллелœем белка амилазы AmA.

Хорошо изучен полиморфизм трансферрина (Tf), который переводит желœезо плазмы в диионизированную форму и переносит его в костный мозг, где оно используется вновь для кроветворения. Трансферрин подавляет размножение вирусов в организме. Количество этого белка снижается при циррозе печени, инфекциях. Известно 12 типов трансферрина, но среди европейских пород наиболее часто встречаются аллели A, D1, D2 и E. Схема расшифровки электрофореграмм представлена на рисунке. Многие европейские породы скота имеют очень низкую частоту типов трансферрина Tf A и TfF. У коров бурой латвийской и костромской пород с TfDD удой был выше на 256-270 кг, чем у животных с другими генотипами.

Белок церулоплазмин (Cp) играет центральную роль в обмене меди в организме, являясь основным переносчиком ее в ткани. Нарушение функции церулоплазмина или снижение его содержания в плазме крови ведет, к примеру, у человека к возникновению генетического заболевания нервной системы с некротическими изменениями в печени.

Иммуногенетический анализ белковых систем исследовал Баранов О.К., 1981 ᴦ. Аллоантигены сывороточных белков называют аллотипами. У американской норки выявлено 8 аллотипов липопротеина (Lpm). Липопротеины транспортируют липиды. Аллотипы наследуются аллогруппами. Совокупность сцепленных генов одной хромосомы, контролирующих аллогруппу, называют гаплотипом. У свинœей идентифицированные аллотипы липопротеина детерминируются генами пяти локусов p, r, s, t, u. Имеются данные о связи некоторых типов Lpp с атеросклерозом у свинœей.

Изучение девяти полиморфных систем белков у 10 главных групп скота позволило подтвердить вывод о том, что зебувидный скот Индии значительно отличается от европейских пород и принадлежит другому виду (Bos indicus).

Белок лактоглобулин в связи с аллелœем (бетта-LgA) свидетельствует о снижении жира в молоке коров черно-пестрой породы.

Тем самым биохимические маркеры делаются важными элементами современной биотехнологии, как для суждения о генетических процессах, так и для диагностики оценки сбалансированности обмена веществ у отдельных животных. Новым направлением в использовании биохимических маркеров в животноводстве является так называемое геноэкологическое направление.

Первичные (врожденные) дефекты иммунной системы

Первичные иммунодефициты - ϶ᴛᴏ генетически обусловленная неспособность организма реализовывать то или иное звено иммунного ответа (Р.В.Петров, 1983). Вторичные иммунодефициты являются приобретенными в течение индивидуального развития на фоне лейкоза, ионизирующего излучения, недостаточного кормления.

У сельскохозяйственных животных изучены следующие иммунодефициты.

Комбинированный иммунодефицит (CID). Известен у человека, жеребят арабской породы и таксы. У новорожденных жеребят очень мало или нет циркулирующих лимфоцитов, а в сыворотке крови почти отсутствуют иммуноглобулины. Животные не способны отвечать на иммунизацию. Наблюдается гипоплазия (недоразвитие) тимуса. Жеребята остаются здоровыми до 2-месячного возраста͵ а после уменьшения материнских иммуноглобулинов погибают к 5 месяцам от инфекций. Эта болезнь наследуется как аутосомно-рецессивный признак. Болезнь встречается у самок и самцов.

Летальный признак А-46 у скота черно-пестрой датской и фризской пород является аутосомно-рецессивным. Телята рождаются нормальными, но к 4-8 неделœе у них отмечается поражение кожи, сыпи, алопеция (выпадение волос), паракератоз (аномальное ороговение) вокруг рта͵ глаз, нижней челюсти. У них снижен клеточный иммунитет и без лечения погибают в 4-месячном возрасте. Выражена потребность в цинке.

Агаммаглобулинœемия представляет дефект гуморальной системы (В-лимфоцитов). Встречается у человека и лошадей. Признак сцеплен с полом (Х –хромосомой). Животные неспособны синтезировать иммуноглобулины всœех классов, но функция Т-лимфоцитов нормальная. Восприимчивы к бактериальным инфекциям. Жеребята доживают до 17-18 мес, тогда как с комбинированным иммунодефицитом – до 5 мес. Это указывает на важную роль Т-лимфоцитов в резистентности жтвотных.

Селœективный дефицит IgM встречается у лошадей и характеризуется частичным или полным отсутствием IgM в сыворотке крови. Жеребята погибают в 4-8 мес возрасте от респираторных инфекций. А если доживают до 2 лет, то плохо растут.

Интересным и важным для практики является дальнейшее изучение первичных дефектов всœех звеньев иммунологической системы.

referatwork.ru

Регуляция синтеза иРнк и белка

Все клетки организма, как бы они ни были дифференцирова­ны, как правило, тождественны по генотипу. В каждой клетке имеются все хромосомы и весь набор свойственных данному организму генов. Однако клетки разных тканей любого организ­ма отличаются по качественному и количественному составу белков. Различия наблюдаются даже в одной клетке в разное время. Это говорит о том, что в клетке транскрибируются не все гены сразу, а только те, которые кодируют белки и ферменты, необходимые клетке в данный момент для выполнения ее функ­ций. Отсюда следует, что в клетке должен существовать меха­низм, регулирующий активность генов и обеспечивающий в нужное время синтез необходимых ей белков в достаточном количестве. На основании изучения синтеза ферментов у кишеч­ной палочки французские генетики Ф. Жакоб и Ж. Моно пред­ложили теорию индукции (возбуждения) и репрессии (подавления) белкового синтеза.

По теории Ф. Жакоба и Ж. Моно, гены, влияющие на синтез какого-то фермента или белка, расположены в молекуле ДНК последовательно друг за другом в порядке их влияния на ход реакции синтеза. Такие гены были названы структурными. Перед группой структурных генов расположен общий для них ген-оператор, а перед ним — промотор. В целом эта функцио­нальная группа называется опероном. На структурных генах опе-рона образуется одна общая молекула иРНК (полицистронная и РНК), так как структурные гены находятся одновременно в активном или неактивном состоянии. В той же молекуле ДНК на некотором расстоянии расположен ген-регулятор, под контро­лем которого вырабатывается белок, называемый репрессором. Молекула репрессора имеет два специфических участка — один для присоединения к оператору, другой для связывания индукто­ра. Присоединяясь к оператору, репрессор блокирует транскрип­цию. Когда ферменты на данном опероне не синтезируются, репрессор соединен с геном-оператором. Синтез фермента начи­нается под влиянием индуктора. Индуктором является опреде­ленное химическое соединение, которое служит материалом для данного фермента, или сходное с ним вещество. Индуктор со­единяется с репрессором и инактивирует его. Оператор освобож­дается, начинается синтез иРНК на структурных генах и соответ­ственно синтез фермента.

Рассмотрим принципы функционирования оперона на приме­ре регуляции синтеза ферментов, участвующих в усвоении лакто­зы кишечной палочкой (рис. 40). В лактозном опероне три структурных гена (гень генг, генз). Они занимают участок, включающий около 6000 нуклеотидных пар. Первым идет ген, определяющий структуру молекулы р-галактозидазы, вторым — ген, кодирующий галактозидпермеазу, и третьим — ген, коди­рующий галактозидтрансацетилазу. Все три гена транскрибиру-

Рис. 40. Регуляция транскрипции (по Э. Понтеру)

Пример: область лактозного оперона у Е. coli:

А —в присутствии лактозы; С — без лактозы; Пр — промотор; О—оператор; / — регулятор-иыП ген; структурные гены — reHi,теН2, генз; Р— репрессор; Л — молекула лактозы; волнис­тая линия — иРНК

ются вместе. РНК-полимераза присоединяется к промотору и продвигается вдоль оперона, транскрибируя его.

Активность структурных генов регулируется белком-репрессо-ром, который кодируется геном-регулятором. Репрессор выраба­тывается в небольшом количестве непрерывно и, если нет в питательной среде лактозы, прикрепляется к оператору, препят­ствуя продвижению РНК-полимеразы от промотора к структур­ным генам. Гены оказываются репрессированными, и синтез трех кодируемых ими ферментов не осуществляется. При по­ступлении в клетку лактозы она быстро связывается с молекула­ми репрессора, освобождая ген-оператор. Это ведет к тому, что РНК полимеразы присоединяется к промотору и продвигается вдоль оперона, поочередно транскрибируя все три гена. В ре­зультате синтезируются ферменты, расщепляющие лактозу. Ин­дукция вызывается тем, что белок-репрессор не прикрепляется к оператору. После полной утилизации лактозы белок-репрессор освобождается и вновь связывается с геном-оператором, и про­цесс синтеза уже ненужных ферментов прекращается.

Опероны анаболических ферментов, аминокислот и азотистых оснований функционируют по принципу обратной связи. В этом случае синтез ферментов идет только до тех пор, пока конечного продукта в клетке недостаточно. Избыток продукта репрессирует синтез ферментов, участвующих в его образовании.

Механизмы регуляции у эукариот значительно сложнее и менее изучены. Это связано со сложной дифференцировкой кле­ток разных органов и тканей. У эукариот выявлены гены, прояв­ляющие активность во всех клетках организма. Они ответствен­ны за образование структур, общих для всех клеток. Имеются гены, действие которых проявляется только в специализирован­ных тканях. Кроме того, есть гены, ответственные за выполне­ние ограниченных функций — синтез гемоглобина, кератина волос и т. д. Это говорит о том, что и у эукариот должны быть механизмы регуляции генов. Возможно, эукариоты используют такой же механизм регуляции синтеза белков, как и прокариоты, но, кроме того, у них имеются и другие процессы регуляции, характерные для этих организмов.

У эукариот возможно одновременное групповое подавление ак­тивности генов: во всем ядре, в целой хромосоме или в большом ее участке. Предполагается, что такая репрессия генов осуществля­ется в значительной мере гистонами — основными белками, ко­торые входят в состав хромосом эукариот. Примером групповой регуляции активности генов является полное прекращение транскрипции всех генов при спермиогенезе у животных. Счита­ют, что такое выключение всех генов при образовании спермиев и постепенная их дерепрессия при эмбриогенезе связаны с изме­нениями белковых компонентов хромосом. Групповое выключе­ние активности генов в одной из Х-хромосом наблюдается в онтогенезе у самок млекопитающих, обладающих двумя Х-хро-мосомами. В этих хромосомах находятся гены, детерминирую­щие дифференцировку пола на ранних стадиях онтогенеза. Затем одна из Х-хромосом инактивируется, превращаясь в так называе­мое тельце Барра. Этим достигается сбалансированность эффек­та генов из Х-хромосом у самок и самцов.

Имеется много примеров, указывающих на большую роль гормонов в регуляции активности генов. Мы уже разбирали во­прос о том, что в гигантских хромосомах двукрылых можно обнаружить активно транскрибирующиеся участки, которые ста­новятся разрыхленными и наблюдаются в виде пуффов. Пуффы появляются на разных стадиях развития в разных участках хро­мосом. Если вводить гормон экдизон особям, у которых выделе­ние гормона еще не начиналось, то можно добиться появления пуффов, как при естественной секреции гормона. Вначале на­блюдается появление «ранних» пуффов, а через 3—10 ч имеется уже около 100 «поздних» пуффов.

Гормон щитовидной железы, очевидно, влияет на проявление активности генов, обусловливающих процессы метаморфоза. При добавлении этого гормона в среду совершается быстрое превращение головастиков в лягушек. Известно, что гормон под­желудочной железы инсулин нормализует содержание глюкозы в крови. Вебер установил, что инсулин активирует три гена, кото­рые кодируют ферменты, использующие глюкозу (гликолиз и синтез гликогена), и в то же время он является репрессором для четырех генов, которые кодируют ферменты, влияющие на гли-конеогенез (синтез глюкозы из неуглеводистых веществ).

В последние годы исследуется роль гистонов и негистоновых хромосомных белков в регуляции действия генов. Исследования показывают, что гистоны, по-видимому, тормозяще действуют на синтез РНК. Например, у бобовых белок глобулин in vivo обра­зуется только в семядолях. Однако если удалить из хроматина других частей растения гистоновые компоненты, то и в них in vitro будет синтезироваться тот же глобулин. Это говорит о том, что гистоны, по-видимому, блокируют гены. Негистоновые хро­мосомные белки представлены большим многообразием, обнару­жено разное их содержание в хроматине различных тканей на разных стадиях развития. Предполагается, что они также участ­вуют в регуляции синтеза белка — снимают блокирующее дейст­вие гистонов. Однако регуляторная функция гистонов и негисто­новых белков пока точно не выяснена. К механизмам регуляции синтеза белка относится синтез дополнительной ДНК, которая затем поступает в цитоплазму. В цитоплазме на ДНК синтезиру­ется иРНК, а на ней белки, необходимые для клетки. В яйце­клетках амфибий и цитоплазме рыб в период роста и созревания ооцитов было обнаружено большое количество активной ДНК. Таким образом, ДНК ядра может образовывать фракции, переходящие в цитоплазму, и синтез белка может регулироваться не только подавлением, но и усилением действия генов. Пробле­ма регуляции действия генов у высших организмов имеет боль­шое практическое значение в животноводстве и медицине. Структура ДНК определяет химическое строение и функции бел­ков, т. е. их качественный состав. Но в процессах развития и жизни организма очень важное значение имеет и количество синтезируемого белка, а это связано с регуляцией активности генов. Установление факторов, регулирующих синтез белка, рас­крыло бы широкие возможности управления онтогенезом, созда­ния животных с более высоким уровнем продуктивности и луч­шей устойчивостью к разного рода болезням.

studfiles.net


Смотрите также