Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

В начале этой главы, мы задались вопросом: «Каков механизм предотвращения лишних, портящих успешно отобранную последовательность, мутаций?» Ответ должен быть таким: селективное преимущество (в традиционном дарвиновском смысле) состоит в том, что когда антитело в центре размножения изменится настолько, что будет обладать высокой аффинностью к антигену, В-клетке должен быть дан сигнал остановить дальнейшее мутирование. Тогда мутаций не будет слишком много, и риск потери высокой аффинности к антигену будет минимизирован. Мы, следовательно, предполагаем, что сигнальная функция поверхностного Ig-рецептора была отобрана в ходе эволюции. Если мутантная В-клетка успешно связывает антиген, присутствующий на фолликулярной дендритной клетке (ФДК) в форме комплекса антиген—антитело, передается СТОП-сигнал для выключения процесса соматического мутирования (рис. 5.6). Этим сигналом может быть прекращение производства белковых субъединиц RT-мутаторсомы (белки постоянно разрушаются ферментами, называемыми протеаза-ми. Следовательно, они исчезают до тех пор, пока не начнется новый синтез).

Позволим себе коснуться другого важного момента, который молчаливо властвует в размышлениях о соматических мутациях. Все мутационные модели, основанные на ДНК, зависят от клеточных делений. Необходимым условием возникновения мутаций считается репликация ДНК и, следовательно, деление клеток. (Считается, что мутации возникают в результате ошибок репарации ДНК.) Сейчас предполагают, что мутации генерируются в фазе быстрого деления клеток (в центробластах), которая дает большую популяцию В-клеток (центроцитов) в центре размножения (рис. 5.4). Однако RT-модель не зависит ни от репликации ДНК, ни от клеточного деления — мутации могут возникать в отсутствие этих двух процессов. Репликация ДНК требуется только для размножения мутантной V(D)J-пoследовательности в делящихся В-клетках. Деление В-клеток, производящих антитела высокой аффинности, полезно, но деление мутантных В-клеток, которые потеряли аффинность к антигену, слишком расточительно.

Представление, что «клеточное деление необходимо для мутирования», настолько глубоко укоренилось в сознании многих, что скорость соматического мутирования записывают как «10^-3 - 10^-4 на основание на поколение». Другими словами, в традиционное описание скорости мутирования встроена идея клеточного деления, и она невольно оказывает влияние на представления о механизмах мутирования.

Так как RT-модель не зависит от клеточных делений, мы предлагаем циклический процесс «мутация — пауза (для экспрессии Ig) — проверка аффинности», протекающий в неделящейся транскрипционно активной клетке, которая продуцирует мРНК и белковые молекулы Н- и L-цепей антитела и компоненты RT-мутаторсомы. Этот путь организации процесса мутаций и отбора максимизирует образование антител высокой аффинности. Он более эффективен, чем модели, основанные на клеточных делениях.

«Направленные мутации» и наследование соматических мутаций

Мы описали протекающий в В-лимфоцитах процесс обратной связи V(D)J-генов, основанный на склонной к ошибкам обратной транскрипции. Он составляет основу определяемого антигеном мутирования генов антител. Все экспериментальные данные согласуются с этой теорией. Это приводит нас ко второй неоламаркистской концепции: «направленной» обратной связи генов.

Быстрое случайное мутирование, приводящее к различным измененным ДНК-последовательностям, и отбор среди них лучшей последовательности приводят к появлению «направленных соматических мутаций» — полной противоположности случайных мутаций. Играет ли эта соматическая генетическая изменчивость какую-нибудь роль в эволюции? Точнее, можно спросить: есть ли какие-нибудь свидетельства того, что приобретенные соматические мутации генов вариабельных областей могут вносить вклад в следующее поколение? Другими словами, могут ли приобретенные соматические мутации наследоваться с ДНК половых клеток? Может ли предполагаемая нами гомологичная рекомбинация приводить к переносу V-последовательности из В-лимфоцита в ДНК сперматозоидов или яйцеклеток?

Глава 6 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ

В этой главе мы рассматриваем, как могли изменяться последовательности ДНК вариабельных генов антител в клетках зародышевой линии за эволюционное время. Некоторые данные указывают на существование обратной связи генов, т. е. движения генетической информации от соматических клеток (лимфоцитов) к половым. Начнем с вопроса, впервые поставленного Тэдом Стилом лет двадцать назад  в связи с состоянием знаний того времени по эволюционной генетике антител: «Как согласовать передачу с ДНК половых клеток тех признаков, которые по всем критериям возникают только в соме?»