Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

Напомним (рис. 4.5), что полный ген вариабельной области является соматической конструкцией из V-, D- и J- элементов в тяжелой Н-цепи и V- и J-элементов в легкой L-цепи, соединенных в результате перестройки ДНК в В-клетках. Два участка гипервариабельности закодированы в V-элементе зародышевой линии, а третий, который затрагивает соединенные V-D-J или V-J перестройки, никогда не обнаруживается в зародышевой линии позвоночных, хотя есть исключения — у хрящевых рыб (скатов, рогатых акул) и V-псевдогенов курицы. Третий гипервариабельный участок очень важен для распознавания антигенов. Антитело, у которого нет этого участка (имеющее только два кодируемых в зародышевой линии гипервариабельных участка), не способно связывать антиген. Следовательно, V-гены зародышевой линии не могут подвергаться прямому дарвиновскому отбору. Отбор опосредован и должен затрагивать V-D-J-и V-J-перестройки, которые происходят только в соме.

Центр размножения: соматическое гипермутирование перестроенных V(D)J-генов

Все имеющиеся данные говорят о том, что в В-лимфоцитах мутируют только перестроенные V(D)J-гены, кодирующие белок антитела. Другими словами, вариабельные гены, остающиеся в конфигурации зародышевой линии, т. е. неперестроенными, не накапливают соматических мутаций. Следовательно, первым этапом контроля, позволяющим появляться только «благоприятным мутациям», является перестройка ДНК, в результате которой образуется V(D)J-мишень, на которую действует мутатор. Следующий этап контроля — это сама мутационная машина, которая должна связываться с уникальной структурой, ассоциированной с перестроенной V(D)J-последовательностью и ограничивающей мутирование только этим участком ДНК.

Надо отметить еще один важный момент. Процесс соматического гипермутирования у мышей и человека вызван стимуляцией антигеном. У других видов (например, овцы) соматический мутагенез в специализированных лимфоидных тканях, связанных с кишечником, включается другими сигналами (они пока неизвестны). Таким образом, изменчивость V(D)J-генов лимфоцитов вызвана влиянием окружающей среды или адаптивным сигналом. Это означает, что в ходе развития иммунной системы организма генетическая изменчивость может быть вызвана средой. Это противоречит неодарвинистской догме о том, что вся изменчивость генов зародышевой линии предсуществует до того, как начинает действовать отбор. Решающий эксперимент, доказывающий этот важный момент, был проведен Урсулой Сторб (Storb) с коллегами в середине 1980-х гг. Авторы ввели ограниченное число копий известного перестроенного гена легкой цепи (VJ) в ДНК зародышевой линии инбредных мышей (такие животные называются трансгенными). Им удалось показать, что у неиммунизированных трансгенных мышей VJ-трансген не мутировал: последовательность нуклеотидов этого участка ДНК, выделенного из В-лимфоцитов селезенки трансгенных мышей, не изменилась. Однако при иммунизации антигеном, который связывает антитела, кодируемые этой VJ-последовательностью, VJ-трансген накапливал многочисленные соматические мутации.

Где происходят соматические мутации? Могут ли они возникать в подвижных В-клетках в крови и лимфе, или они происходят в каких-то особых местах? В середине 1980-х гг. Дэвид Грей (Gray) и Йан Макленнан (MacLennan), работающие в Университете Бирмингема, предположили, что соматические мутации происходят в специализированных постантигенных образованиях, называемых центрами размножения. Такие участки интенсивного деления (пролиферации), появляющиеся после стимуляции антигеном в лимфатических узлах и селезенке, давно известны. Также было известно, что 80% В-клеток в центре размножения (или даже больше), по-видимому, там же и погибают. В 1960-х гг. Гас Носсал (Nossal) и Гордон Эйда, работающие в Медицинском центре Уолтера и Элайзы Холл, используя радиоактивно меченные белковые антигены установили, что недеградированные формы антигена, связанные с антителами, располагаются на поверхностной мембране клеток в центре размножения (и могут оставаться там в течение многих месяцев). Комплексы антиген—антитело располагаются на поверхности крупных специализированных клеток, выросты клеточной мембраны (дендритные выросты) которых распространяются по всему центру размножения. Эти клетки называются фолликулярными дендритными клетками (ФДК).