Anticorpi: 7 meccanismi importanti che contribuiscono allo sviluppo degli anticorpi
I seguenti meccanismi contribuiscono allo sviluppo di anticorpi:
1. Segmenti di geni multipli di linee germinali V, D e J:
Il DNA della linea germinale umana contiene 51 V H, 27 D H, 40 V k, 5 J k, 30 V λ e 4J λ segmenti genici. Questi numeri sono derivati dallo studio del gene dell'immunoglobulina di un individuo, David Perry.
I numeri del segmento genico possono variare leggermente negli altri individui. Il mouse ha approssimativamente 134V H, 13D H, 4 J K funzionali, 85V k, 4 J funzionali, 2V λ e 3 segmenti del gene funzionale J λ .
2. Combinazione casuale di segmenti di geni VJ e V- (D) -J:
L'enorme diversità anticorpale è creata dalle combinazioni casuali dei segmenti del gene V, J e D. Le seguenti combinazioni possibili di segmenti di geni umani V, D e J illustrano il numero di diverse molecole di anticorpi che un sistema immunitario umano può creare.
51 V H x 27 D H x 6 J H = 8262 possibili ricombinazioni
40 V k x 5 J k = 200 possibili ricombinazioni
30 V λ x 4 J λ = 120 possibili ricombinazioni
Possibili associazioni combinatorie di catena pesante e catene leggere = 8262 (200 + 120) = 2, 64 x 10 6
3. Flessibilità giunzionale:
Come descritto in precedenza, la ricombinazione V, D e J si ottiene mediante la rimozione di alcuni segmenti genici, seguita dalla ricombinazione dei restanti segmenti genici. La ricombinazione coinvolge sia l'unione di RSS per formare un'articolazione del segnale che l'unione di sequenze codificanti per formare un giunto di codifica. Gli RSS sono uniti precisamente. Ma l'unione delle sequenze di codifica è spesso imprecisa.
L'unione flessibile nelle sequenze di codifica genera diverse combinazioni produttive che codificano gli amminoacidi alternati al giunto di codifica. Di conseguenza, la diversità è generata. Questo fenomeno è indicato come flessibilità giunzionale.
Le variazioni della sequenza aminoacidica generate dalla flessibilità giunzionale nei giunti codificanti rientrano nel CDR3 (terza regione determinante di complementarità). Poiché la regione CDR3 è presente nel sito di legame dell'antigene, le variazioni della sequenza dell'amminoacido generate dalla flessibilità giunzionale sono un fenomeno importante nella generazione della diversità anticorpale.
4. Aggiunta di nucleotide regione P (addizione P):
Durante la ricombinazione del DNA sulla linea germinale, un singolo filamento di DNA viene scisso alla giunzione di un segmento di gene variabile e alla sequenza di segnali collegata.
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I nucleotidi alla fine della sequenza di codifica tornano a formare una struttura a forcina.
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Il tornante viene successivamente ripulito da un'endonucleasi. Questa seconda scollatura lascia talvolta un breve filamento singolo alla fine della sequenza di codifica.
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I nucleotidi complementari vengono aggiunti a questo filamento dagli enzimi di riparazione per generare una sequenza palindromica nell'articolazione codificante (da qui denominata P-nucleotidi).
5. N-aggiunta:
È stato scoperto che i giunti di codifica a regione variabile in geni a catena pesante riarrangiati avevano determinati nucleotidi che non erano presenti nei segmenti del gene della linea germinale V, D e J. Questi nucleotidi sono stati aggiunti durante i processi di giunzione di DJ e V- (D) -J da un enzima chiamato deossinucleotidil transferasi terminale (TdT). È possibile aggiungere fino a 15 N-nucleotidi sia a D H Jh che a V H D H J H. Inoltre l'aggiunta di N-nucleotidi avviene nella regione CDR3 del gene della catena pesante.
6. Iper-mutazione somatica:
Si riteneva che una volta formato un gene di regione variabile riarrangiato, l'unità riorganizzata era stabile e rimane inalterata. Ma in seguito si è scoperto che i singoli nucleotidi nelle unità VJ e VDJ venivano sostituiti con altri nucleotidi. Pertanto il cambiamento dei nucleotidi dopo il riarrangiamento del DNA della linea germinale si aggiunge alla diversità degli anticorpi. Questo meccanismo è indicato come iper-mutazione somatica.
L'iper-mutazione somatica si verifica in una cellula B dopo la sfida con l'antigene. Entro una settimana dopo l'immunizzazione con un antigene, l'iper-mutazione somatica si verifica nelle cellule B situate nei centri germinativi degli organi linfoidi secondari. A causa del cambiamento nella sequenza nucleotidica (dovuta a iper-mutazione somatica) nelle regioni VJ e VDJ, gli anticorpi prodotti dopo l'iper-mutazione somatica sono leggermente diversi dagli anticorpi prodotti in precedenza dalla stessa cellula B.
Il meccanismo di iper-mutazione somatica non è noto. La maggior parte delle mutazioni sono sostituzioni nucleotidiche piuttosto che inserzioni o delezioni. Tale variazione (dopo la sfida antigenica) è in grado di produrre anticorpi con maggiore capacità di legare l'antigene. Le cellule B che producono anticorpi di tale affinità sono scelte preferenzialmente per la sopravvivenza.
Pertanto questo processo viene anche definito come "affinità dell'affinità". Sebbene l'iper-mutazione somatica possa verificarsi nelle regioni VJ e VDJ, le modifiche sono raggruppate all'interno dei CDR. Il tasso di mutazione spontanea in altri geni è di circa 10 -8 / bp / generazione. Ma l'iper-mutazione somatica nelle unità del gene VJ e VDJ in una cellula B si verifica a una frequenza di circa 10 -3 / bp / generazione.
7. Associazione di catene pesanti e catene leggere:
Come spiegato in precedenza, la regione variabile della catena pesante umana può generare circa 8262 sequenze di DNA a catena pesante variabili ricombinanti. Le possibili ricombinazioni nelle sequenze Vk e Vλ del DNA sono rispettivamente 200 e 120. O Vk o Vλ, la catena può combinarsi con la catena pesante per produrre una molecola di immunoglobulina completa. Pertanto, il numero potenziale di catene pesanti per catene leggere è di 2.644.240 (2.6 x 10 6 ).
Altri meccanismi come la flessibilità giunzionale, l'aggiunta di P e l'aggiunta di N si aggiungono anche alla diversità della generazione di immunoglobuline. Tuttavia, è molto difficile effettuare calcoli accurati sul numero di molecole di anticorpi che il sistema immunitario può produrre. Si calcola che il sistema immunitario umano possa generare circa 10 "diverse molecole di anticorpi.
