Главная

Каркасные и гипервариабельные участки

Вариабельность аминокислотных остатков не распространяется равномерно по всей V-области, а относится лишь к строго определенным ее участкам. Во всех V-областях иммуноглобулинов имеются гипервариабельные участки, которые особенно сильно различаются у разных белков.

Приведены лишь остатки, отличные от последовательности белка Tie. Скобками указаны пропуски,
сделанные для получения максимальной гомологии. Для обозначения аминокислот использованы трехбуквенные символы.

На рисунке приведена первичная структура нескольких тяжелых цепей человека, принадлежащих к одной V-подгруппе (ВнИИИ). Четыре участка можно отнести к гипервариабельным: положения 31—37, 51—68, 84—91 и 101—110. Из них первый, второй и четвертый можно обозначить как участки, определяющие комплементарность к антигену, так как рентгеноструктурные исследования иммуноглобулинов и данные опытов мечения по сродству показали, что именно они образуют полость участка антитела, соединяющегося с антигеном. Однако, хотя вариабельность остатков в положениях 31—37, 51—68 и 101—110 может иметь отношение к связыванию антигена, функция и роль гипервариабельного участка тяжелых цепей в районе остатков 84—91 до сих пор не установлена. Вероятно, этот участок отражает наличие какого-то важного генетического полиморфизма V-области.

Само существование и положение гипервариабельных участков можно сразу же обнаружить, если построить график зависимости параметра вариабельности от положения аминокислотных остатков. Сам этот параметр, введенный впервые By и Кэбатом, определяется следующим образом: вариабельность равна числу различных аминокислотных остатков в данном положении, деленному на отношение частоты, с которой обнаруживается наиболее часто встречающаяся в этом же положении аминокислота, к числу изученных белков. Приведем пример из оригинального исследования By и Кэбата. В положении 7 легких цепей из 63 изученных белков в 41 случае имеет серии. Кроме него в этом положении обнаруживаются еще пролин, треонин и аспарагиновая кислота. Таким образом, частота, с которой встречается чаще всего обнаруживаемая аминокислота, равна 41:63 = 0,65, и, следовательно, вариабельность будет составлять 4:0,65=6,15. Вариабельность любого инвариантного остатка, согласно сказанному, будет равна единице, тогда как теоретически верхний предел для 20 аминокислот, случайно встречающихся в любом из положений, равен 20:1/20=400.

График получен по методу By и Кэбата. Указано, где из-за делеций было необходимо сделать пропуски, чтобы получить гомологию последовательностей.

На рисунке показана графически вариабельность для V-области тяжелых цепей человека; для построения этой зависимость было использовано в четыре раза больше данных. Можно заметить, что вариабельная область является относительно постоянной, за исключением гипервариабельных участков.

Расположение гипервариабельных участков, определяющих комплементарность к антигену, в легких и тяжелых цепях одно и то же у всех позвоночных животных.

Столь сходная локализация гипервариабельных участков в иммуноглобулинах различных видов животных свидетельствует в пользу существования селективных преимуществ у такого механизма возникновения разнообразия антител.

Относительно инвариантные сегменты V-области, не включаемые в гипервариабельные участки и составляющие около 80—85% всей V-области, обозначаются как каркасные участки. Согласно рентгеноструктурным данным, эти сегменты обеспечивают пространственную структуру, необходимую для расположения в определенном порядке остатков, от которых зависит комплементарность к антигену. У каждой данной V-группы изменчивость каркасных участков очень невелика (порядка 5%). Сейчас нет сомнений в том, что каркасные участки V-областей ответственны за поддержание у всех антител в целом одинаковой трехмерной структуры той области, которая непосредственно контактирует с антигеном. Каркасные участки имеют очень сходные размеры у иммуноглобулинов различных видов высших животных, изученных до настоящего времени. Это лишний раз подчеркивает единство животного мира.