Сайт-специфичная рекомбинация, гомологичная рекомбинация и разнообразие генерирующие ретроэлементы в фазовой и антигенной изменчивости

Многим микроорганизмам необходимо изменять репертуар белков на своей поверхности. Эти белки определяют места присоединения к поверхностям и другим клеткам, они также являются главной мишенью иммунной системы организма-хозяина в случае болезнетворных микроорганизмов. Условия постоянно меняются в течение жизни микроба: от одного хозяина (например, насекомое-переносчик) до другого (млекопитающее), от сожительства в кишечнике до жизни во внешней среде или по мере того, как иммунная система хозяина распознает поверхностные антигены микроба.

(См. также сайт-специфичная рекомбинация, гомологичная рекомбинация, разнообразие генерирующие ретроэлементы)


Чтобы адаптироваться к этим сменяющимся условиям среды и прокариоты, и эукариоты из числа микроорганизмов используют целый ряд приспособлений естественной генной инженерии для включения и выключения синтеза определенных белков (фазовая изменчивость) или для модификации структуры белков (антигенная изменчивость):

• Синтез белков включается или выключается посредством сайт-специфичной рекомбинации между противоположно ориентированными сайтами. Такой процесс инвертирует либо промоторы, либо кодирующие последовательности так, что они ориентируются по ходу транскрипции (включение) или выстраиваются в противоположном направлении (выключение).
• Гомологичная рекомбинация может обменивать кодирующую белок информацию в кассетах, окаймленных гомологичными последовательностями. Кассеты могут располагаться в сайтах экспрессии, откуда информационный код транскрибируется и транслируется, или они могут быть оставлены на хранение в молчащей форме в сайтах-хранилищах генома. Рекомбинация из молчащей кассеты в сайт экспрессии изменяет экспрессирующуюся информацию. Если молчащая кассета содержит нефункциональную информацию, рекомбинация выключает экспрессию. Если же молчащая кассета содержит альтернативную кодирующую информацию, рекомбинация производит новую структуру белка (антигенная изменчивость). В спирохетах Borrelia (болезнь Лайма, возвратный тиф) и трипаносомах (сонная болезнь, болезнь Шагаша) такая антигенная изменчивость продолжается сотней последовательных изменений, позволяя болезнетворной популяции находиться всегда на один шаг впереди от иммунной системы.
• Сайт-специфичная рекомбинация также способствует антигенной изменчивости, когда противоположно ориентированные рекомбинационные сайты включены в белок кодирующие последовательности. Рекомбинация переориентирует ДНК между участками и замещает исходную цепь неидентичной комплементарной цепью, тем самым изменяя белковую структуру. Имеется огромное количество примеров таких шафлонов (shufflon, от англ. shuffle - 'перетасовывать') в базе данных прокариотических геномов. Некоторые шафлоны содержат до семи различных рекомбинантных сайтов. Перестановка между столькими различными участками создает десятки различных белковых структур. Удивительной тайной остается то, каким образом белок кодирующие последовательности стали включать два и более сайт-специфичных рекомбинантных сигнала.
• Роль разнообразие генерирующих ретроэлементов (РГР) в модификации белков уже была показана нами (см. РГР). Остается выяснить, какие из этих генно-инженерных систем используются в антигенной изменчивости, а какие --- для разнообразия функции целевых белков.

См. также таблицу фазовой и антигенной изменчивости со ссылками.

Словарь

Антиген -- любое вещество, которое организм (как правило, его иммунная система) рассматривает как чужеродное или потенциально опасное. Антигенами чаще всего являются белки, но и другие вещества могут выступать в этой роли.

Рекомбинация -- взаимный обмен (перестановка) двух участков ДНК.

Кассета -- в молекулярной генетике участок ДНК, содержащий ограниченный сегмент кодирующей последовательности части или всего белка.