УДК: 599.742.7, 571.27, 59.002
ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ (MAJOR HISTOCOMPATIBILITY COMPLEX, MHC) У МЛЕКОПИТАЮЩИХ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ В ИЗУЧЕНИИ РЕДКИХ ВИДОВ (НА ПРИМЕРЕ СЕМЕЙСТВА FELIDAE)
©2014 г. К. К. Тарасян, П. А. Сорокин, М. В. Холодова, В. В. Рожнов
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33 e-mail: tarasyan_k@mail.ru Поступила в редакцию 07.11.2013 г.
Главный комплекс гистосовместимости (ГКГ) является удобным инструментом для решения разнообразных задач популяционной генетики. Информация о генетической основе иммунитета позволяет глубже понять эволюционную историю, оценить текущее состояние и перспективы выживания исследуемой популяции или вида. Вариабельность ГКГ поддерживается, с одной стороны, патоген-зависимыми механизмами: направленным отбором особей, устойчивых к присутствующим в среде их обитания заболеваниям, и балансирующим отбором, который дает преимущество особям, несущим необычные или редкие аллели генов ГКГ. С другой стороны, гены ГКГ влияют на эффективность размножения отдельных особей. Вследствие полигенности ГКГ его исследование требует использования ряда методик, вводящих дополнительные стадии между реакцией амплификации требуемого участка гена и его секвенированием. В статье рассмотрены различные способы разделения аллелей генов, а также упрощенный вариант анализа вариабельности ГКГ на основе содержащихся в нем микросаттеллитных локусов. Несмотря на высокую информативность главного комплекса гистосовместимости, его использование еще не получило распространения в зоологических работах. На примере хищных млекопитающих семейства кошачьих, в котором немало видов, находящихся в неблагополучном состоянии, показано, что большинство работ о ГКГ диких кошек носят описательный характер и только некоторые содержат сравнительный анализ генов нескольких видов кошачьих. Увеличение интереса к исследованиям главного комплекса гистосовместимости немодельных видов может помочь не только в решении фундаментальных вопросов эволюции и филогенетической структуры семейства, но и в планировании мер по охране редких и исчезающих видов, подвергающихся разнообразному антропогенному давлению.
Использование популяционно-генетических подходов в настоящее время широко распространено в зоологии для оценки внутрипопу-ляционного разнообразия, выявления событий, происходивших в популяции в прошлом, и действующих на нее современных факторов, а также для разработки мер по охране и восстановлению видов, численность которых снижается или уже угрожающе мала (Алтухов, 2003).
Для млекопитающих наиболее распространены работы, основанные на использовании селективно нейтральных участков ДНК: фрагментов мито-хондриальной ДНК, микросаттелитных повторов и др. Но не менее информативным, хотя и не столь изученным, является другой участок генома: главный комплекс гистосовместимости (ГКГ, в англоязычной литературе - major histocompatibility complex, MHC) - семейство генов, обнаруженное
у позвоночных и играющее ключевую роль в формировании иммунного ответа организма. Балансирующий отбор поддерживает его высокую вариабельность, а расположение в ядерной ДНК обеспечивает наследование от обоих родителей. Наибольшим его преимуществом является функциональность. Обладая информацией о комплексе генов, напрямую отвечающих за иммунитет, мы получаем доступ к важному свойству любого организма: устойчивости к заболеваниям самой разнообразной природы. Информация о столь важной функции позволит глубже понять эволюционную историю, оценить текущее состояние и перспективы существования исследуемой популяции или вида. В данной статье мы рассмотрели эти вопросы в основном на примере представителей семейства кошачьих РеШае.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ГЛАВНОГО
КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ (ГКГ)
ГКГ расположен в аутосомах, например, у человека в 6-й, у мыши - в 17-й, а у кошки - в хромосоме B2 (Bodmer, 1987; Yuhki, O'Brien, 1990), причем плотность генов в пределах этого комплекса - одна из самых высоких по сравнению с остальным геномом. Для комплекса в целом характерна высокая полигенность (наличие нескольких неаллельных близко сцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции) и полиморфизм (присутствие многих аллель-ных форм одного и того же гена). Максимальное количество аллелей на один локус комплекса у некоторых видов может достигать сотни (Klein, 1986; Winkler et al., 1989). Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу.
Входящие в состав главного комплекса гисто-совместимости гены принято разделять на три класса, различающиеся по строению и функциям кодируемых ими белков. Гены классов I и II кодируют белки, связывающие чужеродные антигены и позволяющие Т- и В-лимфоцитам их узнавать (Zinkernagel, Doherty, 1974). Гены класса III несут информацию о вспомогательных иммунных белках (Edwards, Hedrick, 1998). Некоторые исследователи предпочитают не выделять класс III как отдельный блок, поскольку его гены очень разнообразны по функциям своих продуктов и по расположению внутри комплекса (Dawkins et al., 1999).
Продукты генов ГКГ класса I экспрессируют большинство клеток организма, так называемые непрофессиональные антигенпредставляющие клетки: фибробласты кожи, эпителиальные клетки тимуса и щитовидной железы, эндотелий сосудов. Они способны активировать цитотоксиче-ские Т-лимфоциты (Т-киллеры), несущие на своей мембране белковый комплекс CD8+. Мишенями для белков генов класса I ГКГ являются антигены внутриклеточных паразитов (как вирусного, так и бактериального происхождения), а также опухолевые маркеры (Bodmer, 1987).
Гены класса II ГКГ ориентированы на антигены внеклеточных инородных агентов (вирусы, бактерии, гельминты и др.) и активны только в профессиональных антигенпредставляющих клетках, а соответствующие им белки активируют не только CD8+, но и CD4+ лимфоциты (Т-хелперы и наивные Т-киллеры). Эти клетки бывают нескольких типов: дендритные клетки, макрофаги, В-лим-фоциты, а также некоторые активированные
эпителиальные клетки. Профессиональные анти-генпредставляющие клетки захватывают антиген путем фагоцитоза или эндоцитоза, а затем представляют фрагмент антигена на своей мембране в комплексе с молекулами белков класса II ГКГ (Bodmer, 1987). После контакта CD4+ лимфоцита с презентируемым антигеном клетки продуцируют дополнительные ко-стимуляторные молекулы, что приводит к активации Т-клетки. Экспрессия этих молекул является характерной чертой профессиональных антигенпредставляющих клеток.
Гены класса III кодируют продукты, выполняющие ряд важных биологических функций. Ген сyp21 осуществляет контроль активности цито-хрома Р450, нарушение деятельности которого у человека ведет к развитию синдрома конгениталь-ной адреналовой гиперплазии (White, Bachega, 2012). Продукты генов комплемента крови c4a и c4b участвуют в аутоимунных процессах, а при определенных аллелях обеспечивают у человека склонность к системной красной волчанке (Boteva et al., 2012). Гены теплового шока hsp70 отвечают за выработку белковых продуктов, обладающих защитной функцией при развитии клеточного стресса (при повышении температуры тела, изменении рН и осмотического давления). Гены локуса опухольнекротизирующего фактора (tnf) в нормальном состоянии отвечают за развитие септического шока и индукцию клеточного апоптоза (Ranganathan, 2008).
ОРГАНИЗАЦИЯ ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ В ГЕНОМЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Наиболее изученным комплексом генов гисто-совместимости являются человеческие лейкоцитарные антигены (Human Leucocyte Antigens -HLA; в случае, если речь идет о комплексе генов другого вида, используют название, как правило, соответствующее латинскому названию таксона, например FLA для кошачьих). У человека комплекс генов гистосовместимости расположен целиком на одной хромосоме (Vandiedonck, Knight, 2009) и содержит в общей сложности 224 гена, из которых 128 экспрессируются, а 98 являются псевдогенами (Yuhki et al., 2003). У других видов он может располагаться на разных хромосомах и отличаться по числу генов.
В составе класса I выделяют три типа генов: классические гены, обладающие нормальной экспрессией (HLA-A, HLA-B, HLA-C); неклассические гены, характеризующиеся пониженной экспрессией и не способные представлять антиген Т-клеткам (HLA-D, HLA-E, HLA-F, HLA-G);
1 £
U
Класс П
Класс Ш
Класс I
COLILA2 DOB
BTLIINOTCH4CSNK2B В ATI VARS2L ТШМ39 РРРПШ OLFR
Г)Р I DQ DR II II R/C F, 1 9?, А
RPSIX DOA
TSBP С4А TNFA POUSFI GNLI
TRIM26 MOG
Макака Мышь
Крыса
Кошка Собака
резус jM DP |-|4dQ~|-|~DR
Н2
К
К
А - Е
RTlli
К
Н -г1 в
D
FLA
Л
DP
DR
dla yij dp|j|dq
DR
Лошадь
ELA
— ? |J|DQ1-| DR РУ-
Centromere
Свинья
Корова BoLA
?
DOB ?
Jj
DY
SLA -I] DP|—|dq]-| DR
>
-16 Mbp
DI
DQ
DR
1/0 2/0
D/L/Q
CE
B/C
B/C
B/C
6-8
1 1 1 R F, 1 9?, 1 А
M1/10^M4/6||-L| M3|-I|M2
N
Ml/10ffl M4 |j-L|M3A/B|-I|M2
-30 Mbp
OLFR РРРПШ
MOG TRM26 OLFR РРРШП
Centromere
—Cfa 12 Cfa35—L|-lp
HQcfal8 |T]cfa 7 mog trim26
■Ш—/—Г-
I Telomere
1-5/9-11
Структура комплекса генов гистосовместимости у разных видов млекопитающих (по УДЫ е! а1., 2007 с изменениями)
псевдогены (12 псевдогенов ассоциированы с перечисленными выше локусами).
Существует гипотеза, что данные типы генов представляют собой вехи эволюционного пути классических генов ГКГ (Klein, Figueroa, 1986; Mellor, 1987; Hughes, Nei, 1989). Классические гены вследствие мутационных и рекомбинацион-ных событий могут потерять функциональность, но оставаться в геноме и даже дуплицироваться, подобно своим исходным формам. Такие гены становятся неклассическими, а с течением времени - псевдогенами, потерявшими способность экспрессироваться. Поскольку скорость изменений относительно высока, в геноме близкородственных видов можно обнаружить схожие неклассические гены, выделившиеся относительно недавно. Напротив, общих локусов неклассических генов у видов, филогенетически далеких друг от друга, найдено не было. Как следствие, позже была описана модель эволюции всего семейства ген
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.