Растенок - все о здоровье детей и будующих мам.
ГлавнаяНовостиКонтакты
 

Структура главного комплекса гистосовместимости

Структура главного комплекса гистосовместимости
Одно из достижений человечества в XX в. — расшифровка генома человека. Однако эту работу нельзя считать законченной. Более того, основная часть практических результатов будет, по-видимому, получена в течение, не одного десятка лет. Это связано с тем, что сама по себе расшифровка отдельных участков генома не всегда дает возможность применить эти знания на практике. Необходимо установление функций белковых продуктов тех или иных генов и их изучение, так как именно белки непосредственно участвуют в осуществлении различных функций организма. Этот этап изучения геномики человека называется протеомикой, и в целом наука находится на начальном этапе данных исследований. Разумеется, достижения и прорывы в различных областях протеомики неоднозначны. Однако есть много оснований считать, что наиболее изучен сегодня главный комплекс, тканевой совместимости человека — система HLA. Это объясняется тем, что, как было сказано ранее, уже с конца 50-х гг. XX в. интенсивно исследовались именно белковые продукты системы HLA и на основании их анализа судили о геноме HLA.


Таким образом, к началу периода изучения геномики HLA протеомика данной генетической системы была изучена довольно полно. При этом следует напомнить, что и начало исследований геномики HLA значительно опередило начало интенсивных исследований в области геномики человека в целом. Результат этого — факт наиболее полного и широкого понимания не только структур, но и функций (то есть протеомики) системы HLA.

При изложении современного состояния знаний в области геномики и протеомики системы HLA целесообразнее представить данные не в порядке их получения (то есть с протеомики), а начать с геномики. Это связано с тем, что именно такая последовательность является более логичной для освещения современных знаний о функциях системы HLA. Традиционно выделяют три класса генов HLA и их продуктов — I, II, III, причем в клеточном взаимодействии и регуляции иммунного ответа участвуют в основном антигены HLA I и II класса — продукты соответствующих генов (классы I и П). Гены класса I HLA, иногда по традиции называемые генами, кодирующими трансплантационные антигены, первоначально были подразделены на три локуса: А, В и С.


Однако в настоящее время, кроме перечисленных, к классу I системы HLA относят еще 18 генов, 11 из которых являются псевдогенами, а 7 связаны с продуктами транскрипции.

Расположение генов А, Б и С на хромосоме следующее: крайний к центромере — локус HLA-В; на 0,2 см в сторону теломеры расположен локус HLA-С и на 0,8 см в сторону теломеры — HLA-A. «Соседом» кластера генов HLA класса I является ген, относящийся к классу III, — С2. Расстояние до него от HLA-В составляет 0,65x10 пар оснований. Всего же размер кластера генов HLA класса I составляет 1,4x10 пар оснований.

Организация генов различных локусов HLA класса I имеет высокую степень гомологии. В них содержится восемь экзонов. Экзон 1 кодирует сигнальную последовательность; 2-й, 3-й и 4-й — домены а1, а2 и а3 молекулы HLA соответственно; экзон 5 кодирует трансмембранный участок цепи; цитоплазматический участок кодируется экзонами 6 и 7; З’-нетранслируемый участок кодируется экзоном 8. Межэкзонные различия между генами локусов А, В и С состоят в том, что гены HLA локусов А и В содержат в экзоне 5 втрое больше нуклеотидов (1080) по сравнению с генами локуса HLA-C.

В дополнение к классическим локусам HLA-A, HLA-В и HLA-С к первому классу относятся также гены HLA-E, HLA-F, HLA-G.


Гены HLA-Е расположены между HLA-В и HLA-С, а картируемые ими антигены экспрессируются на покоящихся (зрелых) периферических Т-лимфоцитах и клетках карциномы человека. Продукты генов HLA-E, HLA-F, HLA-G участвуют в процессе репродукции человека: взаимодействуя между собой, они обеспечивают защиту плода от цитотоксического воздействия NK-клеток.

Гены HLA-F и HLA-G картированы в сторону от теломеры на расстоянии 80 см. Экспрессия антигенов, кодируемых локусом HLA-G, впервые была выявлена на клетках хориокарциномной клеточной линии, а также на мембране клеток при хроническом цитотрофобластозе. Методом ПЦР-RFLP был установлен аллельный полиморфизм HLA-G в экзонах 2 и 3.

Несколько новых генов с необычной периодической структурой идентифицированы на расстоянии 250 килобаз в центромерном направлении от гена HLA-A. Анализ нуклеотидных последовательностей этих генов показал, что они относятся к псевдогенам. В этом же субрегионе комплекса HLA идентифицирован экспрессирующий ген, обозначенный как CD 12ьи расположенный на расстоянии 50 килобаз от гена HLA-A. Кодируемый CD13 белок по своей структуре отличается от классических антигенов I класса.

Также к генам HLA класса I относят гены локуса MIC (MIC-A и MIC-B) (MIC — МНС Class I chain-related genes). Эти гены локализуются на хромосоме 6 в непосредственной близости от HLA-B. Молекула МIС-А состоит из 383 амино¬кислотных полипептидов и имеет массу 43 кДа. Антигены MIC обладают способностью связывать пептиды и другие короткие лиганды. В настоящее время неясно, являются ли MIC-антигены более древними по сравнению с классическими антигенами класса I либо, напротив, происходят от них. При нуклеотидном сиквенсе установлены 54 аллельных варианта генов MIC-А и М1С-В. В геноме МIС-А обнаружено пять различных аллельных вариантов, полиморфных по микросателлитным участкам. Установлена взаимосвязь между микросателлитным полиморфизмом MIC-A и болезнью Бехчета. Данная ассоциация оказалась более выраженной, чем известные ранее ассоциации этого заболевания с классическими HLA-антигенами.

Обнаружено, что антигены MIC-А участвуют в активации взаимодействия TCR с молекулой МIС в реакции цитотоксичности, опосредованной Т-лимфоцитами, и активности NK-клеток, тем самым, в частности, играя роль в осуществлении противоракового иммунитета. Таким образом, по-видимому, антигены MIC почти так же физиологически значимы, как классические антигены HLA класса I.

Молекулярно-генетический анализ позволяет разделить регион HLA класса II на отдельные локусы. Внутри локуса HLA-DR расположен относительно неполиморфный ген a-цепи DRA (два аллельных варианта) и несколько генов b-цепи — DRB1-DRB9. Из этих генов b-цепи экспрессируются DRB1, DRB3, DRB4 и DRB5. Интересно, что количество DRB генов на данной хромосоме зависит от DR-специфичности гаплотипа. Внутри HLA-DQ. и HLA-DP регионов расположены по два гена а- и b-цепи. Однако экспрессируются из них только DQA1, DQB1 и DPA1, DPB1.

Как и HLA класса I, молекула HLA класса II имеет только одну антигенсвязы- вающую бороздку, которая, тем не менее, должна представить все разнообразие пептидов. Это обеспечивается за счет экстремально высокого уровня аллельного полиморфизма HLA. Помимо этого два гена HLA класса II — HLA-DQ n HLA-DP имеют еще одну особенность: продукты этих генов формируют различные функ¬ционально активные молекулы в зависимости от cis- и trans-положения при ассоциации а- и b-цепей.

Локусы HLA-A, HLA-B, HLA-Cw, HLA-DQ и HLA-DP высокополиморфны. При этом количество вновь открытых аллелей, выявляемых в каждом локусе, постоянно растет. HLA-аллели одного локуса могут отличаться друг от друга по 1-30 аминокислотным остаткам. В высокополиморфном регионе HLA-DRB полиморфизм проявляется на уровне экспрессирующих генов либо псевдогенов. Наиболее полиморфным из HLA-DRB генов является HLA-DRB1, насчитывающий к настоящему времени более 450 аллельных вариантов.

DQ локус содержит по две пары генов А и В. Однако, хотя DQA2 и DQB2 гены транскрибируются, их белковые продукты еще не установлены, и поэтому в настоящее время принято считать, что экспрессируемыми генами DQ. являются A1 и В1, при этом, в отличие от локуса DR, полиморфизм DQ локуса связан как с HLA-DQA, так и с HLA-DQB генами. Полиморфизм DQB значительной степени связан с полиморфизмом DRB, причем эта связь значительно более выраженна для DQA, чем для DQB. Третьим из хорошо изученных локусов HLA класса II является регион DP, в котором содержатся два экспрессируемых гена — DPA1 и DPB1 и два псевдогена — DPA2 и DPB2.

К 1989 г. с помощью сиквенса генов было установлено наличие в регионе DPA восьми аллелей, а в DPB1 — 38 аллелей. Эти аллели идентифицируют методом. SSO, и для части из них установлено соответствие определенным антигенам HLA-DP, выявленным в тесте примированной смешанной культуры лимфоцитов.

Следует отметить, что для антигенов HLA-DP установлен значительно более низкий уровень полиморфизма (на уровне аминокислотных последовательностей) по сравнению с продуктами генов HLA-DR и HLA-DQ локусов. Помимо хорошо изученных генов HLA класса II, в HLA-D регионе выявлены новые гены HLA. Среди них в первую очередь стоит остановиться на генах HLA-DOB, HLA-DNA и особенно на HLA-DM (DMA и DMB), LMP и ТАР. Три последних локуса обеспечивают процессинг и экспрессию антигенов HLA на поверхности клеток. Подробнее эти локусы будут рассмотрены при описании процессинга и экспрессии антигенов HLA.

Гены HLA-DOB выявлены в ДНК-библиотеке, полученной из В-лимфобластоидных линий. При этом была установлена их 70% нуклеотидная гомоло¬гия с генами DRB, DQB и DPB. Гены HLA-DOB картированы между DQ и DP; их экспрессия установлена на уровне мРНК в В-клеточных линиях и в Т-клеточных линиях, стимулированных IFNy. HLA-DNA гены были получены из геномной ДНК, гибридизированной с HLA-DRA; их выявляют на уровне РНК, выделенной из В-клеточных линий. Гены находятся в непосредственной близости от региона HLA-DQB в сторону центромеры. Гены HLA класса III занимают на хромосоме пространственное положение между генами HLA классов Ги II и выполняют целый ряд важнейших биологических функций. До последнего времени этот регион по сравнению с генами классов I и II был изучен сравнительно мало.

Так, одним из генов HLA класса III, привлекающих наибольшее внимание исследователей, которые работают и в области изучения структуры системы HLA, и над проблемой «HLA и болезни», является ген CYP21. Продукт этого гена — HLA-антиген HLA-B42, однако основная функция этого гена — контроль над активностью фермента цитохрома Р450. Дефицитом этого фермента вызвано развитие синдрома врожденной адренальной гиперплазии, частота которой в популяции европеоидов составляет 1:10 000.

В норме фермент кодирует ген CYP21, в то время как CYP21A является псевдогеном. Дефицит 21-гидроксилазы (210Н) в 25% случаев обусловлен делецией в результате генной конверсии не только CYP21B, но и гена С4В. Гены С4 (С4А и С4В) кодируют сывороточный белок массой 200 кДа, являющийся молекулой-прекурсором. При созревании из нее формируется молекула, состоящая из трех цепей: а, b и у (75,95 и 30 кДа соответственно). С4А и С4В компоненты различаются как по физическим свойствам, так и по биологической эффективности. Так, С4А в 100 раз эффективнее, чем С4В, связывает аминогруппы.

Анализ сиквенса С4А и С4В позволил установить различия в последовательности шести аминокислотных остатков в a-цепи. Исследование полиморфизма С4 в различных популяциях представляет значительный интерес для решения проблемы «HLA и болезни».

Так, в популяциях европеоидов наличие С4А-нулевого аллеля в большинстве случаев связано с делецией сегмента региона HLA класса III, включающего гены С4А и CYP21A. Помимо этого наличие нулевого аллеля в гаплотипе связано с предрасположенностью к системной красной волчанке и другим аутоиммунным патологиям. Следует отметить, что выраженную ассоциацию с системной красной волчанкой имеет также полное отсутствие С4 (результат гомозиготности в обоих локусах). Что касается ассоциации системной красной воланки с HLA-гаплотипом в целом, наиболее сильная предрасположенность к системной красной волчанке установлена для гаплотипов HLA-A1, HLA-B8, HLA- DR3 и HLA-C4. Непосредственно к С4А примыкает блок генов (в сторону теломеры), включающий гены G11 и B(Bj).

Ген G11 экспрессирован в моноцитах, макрофагах, Т- и В-лимфоцитах и клетках печени. Ген G11 кодирует белок массой 28 кДа, однако функция его неизвестна. Ген В (Bf) функционирует в значительной степени совместно с геном С2, принимая участие в запуске каскада комплемента, включая активацию СЗ и С5 компонентов, кодируемых генами, которые находятся вне системы HLA. Дефицит фактора В описан только у гетерозигот. У гомозигот дефицит фактора В не описан и, по-видимому, является летальным.

Гены С2 и Вf полиморфные. Среди С2 наиболее часто встречается аллель С2С, а среди Вf — аллели F и S. Дефицит С2 — наиболее частая форма недостаточности системы комплемента у человека (частота дефицита С2 в гомозиготе - 1:10 000). Отсутствие С2 связано не с делецией участка ДНК, а с нарушением транскрипции мРНК. Дефицит С2 выявлен у 40% больных системной красной волчанкой.

На расстоянии 92 кВ от С2 в сторону от центромеры находится локус генов, кодирующих белки теплового шока 70 (HSP70). Этот локус состоит из двух генов, входящих в семейство размером 70 килобаз. Нуклеотидный сиквенс двух генов локуса HSP70 - HSP01 и HSP02 — свидетельствует, что они занимают участок в 12 килобаз и кодируют идентичные белковые продукты, состоящие из 641 аминокислотного остатка. Третий ген HSP70-локуса — НОМ —локализирован на 4 килобазы в сторону теломеры в непосредственной близости от гена HSP70-1 и кодирует белок, содержащий 641 аминокислотный остаток. Томология между HSP70-1 HSP70 НОМ имеет 90% гомологию.

Гены HSP70-1 и HSP70-2 экспрессируются на высоком уровне в клетках при тепловом шоке, если температура тела поднимается до 42 °С. Продукты HSPO-локуса играют определенную роль во внутриклеточном транспорте пептидов и вызывают «развертывание» белка перед преципитацией антигена. Установлен также полиморфизм HSP070-1 гена на уровне промоторного региона и HSP70-HOM — на уровне кодирующего участка. Крайним в сторону теломеры среди генов HLА класса III является локус TNF, отстоящий на 600 килобаз от локуса HLA-B. В локус входят два гена TNFA, кодирующих белок из 156 аминокислот, и TNFB, кодирующий белок, который включает 171 аминокислоту.

Сиквенс генов TNF свидетельствует о 35% гомологии TNFa и р. Оба белка секретируются активированными макрофагами и Т-лимфоцитами и оказывают плейотропное действие на клетки разных типов, включая различные субпопуляции лимфоцитов, нейтрофилы и эпителий сосудов. Указанные механизмы действия белков TNF, их влияние на воспалительный процесс и опосредованное TNF цитолитическое и цитотоксическое действие на раковые клетки обеспечивают важнейшую биологическую функцию TNF.

Помимо этого белки TNF участвуют в регуляции экспрессии антигенов HLA класса I на эндотелии сосудов, что свидетельствует об участии TNF в развитии аутоиммунных патологий и отторжении при трансплантации. Недавно выявлен ген G1, который кодирует полипептид, состоящий из 93 аминокислот, имеющий 35% идентичность с внутриклеточным Са2+ связывающим белком кальмодулином и, по-видимому, выполняющий такую же, как кальмодулин, функцию. G1 картирован в сторону центромеры от TNF. Гены HLA класса III, относящиеся к группе G, распределены в регионе HLA класса III дискретно. Часть из них (ВАТ гены) в настоящее время рассматриваются как отдельный локус.

Ген G13 кодирует белок массой 77 кДа, принимающий участие в транскрипции генов HLA. G13 картирован на ближайшем к DRA конце региона HLA класса III. В регионе генов HLA класса III много новых генов, причем экспрессируемых, выявлено при изучении структурной организации HLA-комплекса человека в рамках программы международных рабочих совещаний по изучению HLA. К ним следует отнести гены ВАТ1-ВАТ9 (В-ассоциированные транскриптеры). Авторы, открывшие эти гены, ссылаясь на литературные данные и свои собственные результаты, не исключают возможности выявления в этом регионе не менее 19 генов. К настоящему времени установлены белковые продукты двух генов, входящих в ВАТ-локус, — ВАТ2 и ВАТЗ. Это богатые пролином белки массой 228 и 110 кДа соответственно.

Изучение биологической роли белков, кодируемых этими генами, предполагает отбор полноразмерных генов из кДНК-библиотеки, их сиквенирование и трансфекцию, получение микроорганизмов-продуцентов, синтезирующих полноразмерные белки. Это, безусловно, требует слишком много времени. Тем не менее в ближайшее время молшо ожидать публикаций материалов, определяющих биологическую значимость этих генов и кодируемых ими белковых продуктов, в том числе и в патогенезе заболеваний.

Безусловно, выявление новых генов в составе комплекса MIС или во фланкирующих его фрагментах ДНК имеет большую значимость. До сих пор не исключена возможность развития заболеваний человека, которые обусловлены нарушениями в структуре генов, находящихся рядом с генами главного комплекса тканевой совместимости I и II класса, или функциональной активностью кодируемых ими белковых продуктов. Кандидатами на эту роль могут быть в первую очередь гены ВАТ. Вполне возможно, что их белковые продукты участвуют во внутриклеточном процессинге антигенов, в их транспорте и других процессах, в которые также вовлечены молекулы, кодируемые генами МIС I, II и III класса. Аминокислотные замены в полиморфных эпитопах молекул тканевой совместимости II класса играют первостепенную роль в нарушении физиологического иммунного гомеостаза и в запуске таких аутоиммунных заболеваний, как инсулинзависимый сахарный диабет, псориаз и целиакия.

Естественно, что количество аллельных вариантов генов HLA значительно превосходит количество ранее выявленных соответствующих HLA-антигенов. Более того, в отношении ряда локусов HLA имеются уже не количественные, а качественные различия, так как серологическими или клеточно-опосредованными методами продукты ряда генов не выявляются.

Действительно, из этой таблицы следует, что молекулярно-генетическое HLA-генотипирование не только позволяет идентифицировать почти на порядок большее количество HLA-специфичностей, чем при использовании серологических и клеточно-опосредованных методов, но и открыть новые гены как I, так и II класса. Помимо этого в классе II в локусах HLA-DQ. и HLA-DP выявляют аллельные варианты, определяемые полиморфизмом отдельных цепей, например DQA1 и DQB1.


Оцените статью: (11 голосов)
4.36 5 11
Статьи из раздела Вакцина и вакцинация на эту тему:
Молекулы главного комплекса гистосовместимости класс II
Протеомика главного комплекса тканевой совместимости
Процессинг антигена и его презентация молекулами главного комплекса гистосовместимости класса I





Новые статьи

» Ожирение
Ожирение
Основные принципы лечения ожирения: • низкокалорийная диета; • изменение образа жизни; • дозированные физические нагрузки; • физиотерапия и иглорефлексотерапия; • лекарственная терапия (препараты... перейти

» Плоскостопие
Плоскостопие
Плоские стопы делят на врожденные (около 5%) и приобретенные (до 95%). Врожденное плоскостопие встречается очень редко и связано с костными искривлениями вследствие неправильного положения плода, в ре... перейти

» Сколиоз
Сколиоз
Лечебная физическая культура - важнейшее средство в комплексной терапии сколиоза, которая направлена на решение следующих задач: • создание физиологических предпосылок для восстановления правильного ... перейти

» Нарушение осанки
Нарушение осанки
Путь к формированию правильной осанки и направленной коррекции ее нарушений начинается с методически правильно выполненного осмотра и, при необходимости, проведения углубленного обследования. Это обус... перейти

» Детский церебральный паралич
Детский церебральный паралич
Основным средством лечебной физкультуры при детском церебральном параличе являются специально подобранные упражнения в соответствии с задачами лечебно-восстановительной работы, определяемые состоянием... перейти

» Хроническая почечная недостаточность
Хроническая почечная недостаточность у детей - это неспецифический синдром, развивающийся вследствие необратимого снижения почечных гомеостатических функций при любом тяжелом прогресс... перейти

» Тубулоинтерстициальный нефрит и интерстициальный нефрит
Тубулоинтерстициальный нефрит и интерстициальный нефрит
Тубулоинтерстициальный нефрит или интерстициальный нефрит - острое или хроническое неспецифическое абактериальное, недеструктивное воспаление интерстициальной ткани почек, сопровождающееся вовлечением... перейти