Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция - [41]

Экспериментальные данные позволяют воссоздать картину возникновения центра размножения во времени и пространстве. В кровотоке в результате связывания с чужеродным антигеном происходит отбор В-клетки. После этого она мигрирует в лимфоидные зоны селезенки или лимфатических узлов. Затем, получив особый сигнал от хелперной Т-клетки, она начинает делиться. Эти активированные В-клетки продуцируют антитела, которые образуют комплексы антиген-антитело на поверхности фолликулярных дендритных клеток (ФДК). Несколько потомков исходной отобранной В-клетки заселяют особые участки лимфоидной ткани, содержащие ФДК, которые называются первичными фолликулами. Одна или несколько из этих клеток-основателей начинают быстро делиться (на рис. 5.4 они названы В-центробластами); на их поверхности нет антител.

Фаза пролиферации (деление клеток каждые пять-семь минут в течение примерно пяти дней) приводит к образованию популяции численностью порядка 20 тысяч дочерних клеток, которые называются центроцитами. Они прекращают деления, и на их поверхностной мембране снова появляются антитела. На каком-то этапе образования популяции центроцитов происходит гипермутирование перестроенных V(D)J-генов. Теперь центр размножения созрел, и сложная постантигенная структура содержит В-центроциты, хелперные Т-клетки и ФДК. Последние образуют развитую сеть комплексов антиген—антитело, включающих антитела, синтезированные в первые дни ответа (см. рис. 5.4).

Затем, по-видимому, происходят следующие события. Во-первых, тысячи центроцитов составляют гигантский репертуар клеток, поверхностные антитела которых кодируются соматическими мутациями. Большинство этих антител (примерно 80%) не способны связывать антиген. Как и для любых других белков, большинство мутаций приводит к изменению формы антитела, а это нарушает соответствие форме антигена. Однако некоторые редкие мутации могут приводить к антителам, лучше соответствующим форме антигена, чем исходные (т. е. с более высокой аффинностью). Новые антитела расположены на поверхности В-центроцитов и могут конкурировать за молекулы антигена, расположенные в комплексах антиген—антитело на поверхности фолликулярных дендритных клеток. Однако для того, чтобы успешно конкурировать с антителом из комплекса (образованным в первые дни ответа), новое мутантное антитело должно иметь ту же или большую аффинность. Вот суть механизма созревания аффинности — конкурентный антигенсвязы-вающий отбор. Центр размножения — это недолговечный «орган селекции и разведения» V(D)J-генов, где выживают только наиболее приспособленные В-клетки. Неудачные (с низкой аффинностью, нефункциональные) мутантные В-клетки (а их большинство) исчезают в результате запрограммированной клеточной гибели, которая называется апоптозом.

Итак, клональная селекция В-клеток происходит в два этапа. На первом чужеродный антиген отбирает В-лимфоцит из популяции разнообразных клеток. Затем эти В-центробласты быстро делятся, образуя популяцию в 20 тысяч новых В-клеток, имеющих мутантные вариабельные V(D)J-области. На втором этапе мутантные линии В-клеток с высокой аффинностью отбираются антигеном, выживают, делятся и секретируют антитела высокой аффинности или становятся долгоживущими клетками памяти. В этом нет ничего мистического. Это традиционный дарвиновский отбор, действующий в большой изменчивой клеточной популяции, из которой выживают немногие — только те, которые продуцируют мутантные антитела с наивысшей аффинностью к антигену. Центр размножения, следовательно, — котел, в котором «варится» генетическая гипервариа-бельность. Однако все процессы в нем строго регулируются и контролируются. V(D)J-гены (только эти гены, а не другие) В-лимфоцитов мутируют в высоко специализированной и регулируемой среде центра размножения.

До сих пор мы подчеркивали значение дарвиновского естественного отбора в иммунной системе. Однако мы ввели и определенно неоламаркистскую идею, а именно, роль сигнала внешней среды (антигена) в создании генетического разнообразия, на которое действует естественный отбор. Может ли этот ключевой эволюционный вывод вызвать такие же споры, которые были вызваны идеей «разнообразия, вызванного антигеном», впервые предложенной Элистэром Каннингемом в середине 1970-х гг.?

Подтверждение факта соматического мутирования, вызванного антигеном

Примерно 25 лет назад Элистэр Каннингем, работающий в Центре медицинских исследований Джона Куртина в Канберре, впервые высказал идею о соматическом мутировании вари-абельных генов антител, вызванном антигеном. Он также первым провел эксперименты, демонстрирующие это явление. Примерно в то же время исследовательские группы Мелвила Кона (Институт Салк, Сан-Диего, США) и Сусуми Тонегавы (Базельский институт иммунологии, Швейцария) получили молекулярные доказательства существования соматического мутирования (путем анализа последовательностей белка и ДНК). Оба эти открытия были сделаны в разгар споров между сторонниками идеи соматического разнообразия и идеи разнообразия, закодированного в зародышевой линии. Самая первая гипотеза о молекулярном механизме соматического мутирования Сиднея Бреннера и Цезара Мильштейна (Кэмбриджский университет, Англия) подразумевала существование некоего склонного к ошибкам типа репликации ДНК. Предполагалось, что высоко точное копирование матрицы ДНК нарушается при репликации генов вариабельной области антител. (Это нарушение объяснялось неспособностью ДНК-полимера-зы в данном случае исправлять ошибки.) Таким образом, первые модели соматического мутирования основывались на репликации ДНК и делении клетки: так как активированные антигеном В-клетки быстро делятся, появляются мутанты, у которых изменена ДНК, кодирующая вариабельную область.