Genetica II

GENETICA DEL SISTEMA IMMUNITARIO

Il sistema immunitario è responsabile della sopravvivenza dell'organismo in quanto permette il riconoscimento del self dal non-self innescando risposte difensive all'attacco di agenti esterni.

La risposta immunitaria dal punto di vista genetico è mediata tramite l'attivazione di Linfociti B e Linfociti T.

La risposta immunitaria è attivata da un antigene ovvero da una molecola estranea che deriva da un agente esterno in grado di infettare l'organismo.

Dalle cellule staminali del midollo osseo si diversificano diversi precursori cellulari:

• Precursori dei fagociti che danno origine a macrofagi e fagociti (cellule difensive di prima emergenza)
• Precursori delle cellule B che danno origine ai linfociti B divisi in linfociti B con anticorpo specifico e linfocita B della memoria per l'immunità acquisita (adattamento a specifico patogeno)
• Precursori delle cellule T che danno origine ai linfociti T helper che

supportano lo sviluppo dei linfociti B, i linfociti T killer che vanno ad eliminare la cellula riconosciuta estranea e i linfociti T della memoria (immunità mediante cellule).

L'attivazione delle diverse cellule responsabili della risposta immunitaria avviene grazie all'espressione della super famiglia dei geni delle immunoglobuline che comprendono:

• anticorpi prodotti dalle cellule B
• recettori delle cellule T
• proteine del sistema MHC

Questi geni risultano omologhi per sequenza e struttura.

L'anticorpo è formato da due catene pesanti e due catene leggere unite tra loro da ponti di solfuro a formare una struttura detta a Y. L'unione della porzione N-terminale della catena pesante con quella della catena leggera (detta porzione variabile) porta alla formazione di una tasca responsabile del riconoscimento e del legame con l'antigene (quindi ogni anticorpo presenta due porzioni di riconoscimento). Nel momento in cui l'antigene viene legato

L'anticorpo si attiva. La parte presente in C-terminale, che prende il nome di parte costante, ha una funzione effettore, ovvero permette di avere diverse immunoglobuline: ad esempio, le immunoglobuline possono essere ancorate alla membrana o secrete in base alle diverse caratteristiche della parte costante.

Le immunoglobuline vengono prodotte, assemblate ed espresse come comuni proteine. Prima della traduzione avvengono però sia modificazioni post-trascrizionali (quali l'editing) sia eventi pre-trascrizionali, ovvero la ricombinazione.

La diversità delle immunoglobuline è data dalla capacità delle cellule che producono anticorpi di riarrangiare le sequenze geniche contenenti i loci per le Ig, così da creare un'ampia varietà di regioni variabili.

I loci che codificano per le immunoglobuline umane sono 3: uno per le catene pesanti e due per le catene leggere (K e λ) collocati sui cromosomi 14, 2 e 22.

Risultano formati dai 3 elementi V,D,J mentre quelli delle catene leggere solo Ve J ● segmenti genici V (Variable)sono 250 e sono collocati all'estremità 5' di ciascun locus delle Ig● segmenti genici D (Diversity) sono 10 e sono collocati oltre i segmenti V e sono presenti solo nel locus per le catene pesanti delle Ig● segmenti genici J (Joining) sono 4 e sono collocati a valle dei segmenti D nel locus delle catene pesanti delle Ig e a valle dei segmenti V nei loci delle catene leggere delle Ig.Le catene leggere presentano invece solo gli elementi di tipo V e gli elementi di tipo JUnendo le possibilità di combinazioni tra catene pesanti (250x10x4) con quelle delle catene leggere7(250x4) ottengo una possibilità combinatoria di 10Il processo di ricombinazione genica avviene nei pro-linfociti B e porta alla ricombinazione dei segmenti genici V,D,J che andranno a formare i recettori per gli antigeni. Questa ricombinazione avviene nel genoma delle cellule

somaticheOgni anticorpo presenterà uno solo di questi frammenti per tipo e per permettere che non avvenga delle giunzioni tra elementi dello stesso tipo esistono sequenze segnale della ricombinazione composte da sequenze palindromiche: elemento - eptamero - uno spaziatore di 12 nucleotidi - un nonamero Sequenze di DNA non d'interesse (che andrà tagliata): nonamero - spaziatore di 23 nucleotidi - eptamero - elemento La ricombinazione V(D)J avviene solo nei linfociti B e T e segue la regola 12/23: la ricombinazione, infatti, è possibile solo tra due segmenti fiancheggiati l'uno da uno spaziatore di 12 basi e l'altro di 23 basi. Nella corretta combinazione abbiamo l'appaiamento dei due eptameri, le due sequenze nucleotidiche 12 e 23 (ovvero 2 giri di DNA), dei nonameri e dei due elementi. La ricombinazione errata due segmenti dello stesso tipo porta allo scorretto abbinamento degli spaziatori (es invece che uno da 12 e uno da 23, due da 12) che provoca la16La disposizione stericamente corretta è essenziale per far si che gli enzimi ricombinasi Rag1 e Rag2 riconoscano il sito di taglio (simmetria 12/23). Anche la variabilità del sito di giunzione porta all'aumento della variabilità dei linfociti B maturi: non sempre il taglio effettuato da Rag1 e Rag2 avviene in maniera precisa ma nel sito di giunzione ci sono delle piccole variazioni. A seconda di come viene casualmente effettuato il taglio può verificarsi un frameshift di lettura con conseguente modifica per inserzione o delezione delle basi nelle terminazioni. Tuttavia questo processo è rischioso perché può portare alla formazione di un numero di nucleotidi non multiplo di 3 con conseguente formazione di codoni di stop che portano alla produzione di proteine tronche. Questo processo è un process error prone (soggetto ad errori) e potrebbe portare alla formazione di un catena

La anticorporale non corretta. L'ultimo meccanismo che garantisce l'aumento della variabilità dell'anticorpo è l'ipermutazione somatica: nelle regioni destinate alla complementarietà con l'antigene si ha l'accumulo di mutazioni di uno/due amminoacidi che porta ad un aumento di affinità per l'antigene stesso. L'enzima responsabile di questa alta frequenza di mutazioni è l'enzima AID che durante la trascrizione porta alla deamminazione della citosina che diventa quindi uracile generando mismatch G-U. La base errata può essere letta come T ed essere appaiata ad A oppure si attivano i processi di riparazione del DNA come l'intervento dell'uracilNglicosilasi che porta all'eliminazione dell'uracile con conseguente formazione di sito abasico (senza base): questa assenza viene corretta con l'inserzione di una nuova base ma 3 volte su 4 viene inserita la base sbagliata, solitamente A.

Il sito delle Ig dove avviene l'ipermutazione somatica è molto importante nel momento in cui si ha la traslocazione di myc che risulta quindi sia sottoposto ad un enhancer molto forte, sia più soggetto a subire mutazioni e diventare costitutivamente attivo (diventa insensibile all'oncosoppressore p53 e acquista un vantaggio proliferativo). Perché il linfoma di Burkitt è importante? Perché, andando a vedere il genoma dei pazienti, si è capito che determinati geni che devono essere cotrascritti, anche se si trovano su cromosomi differenti, risultano concentrati nella stessa zona grazie al ripiegamento della cromatina in modo tale che sia più facile trascriverli (es. geni myc per la proliferazione e geni per la produzione di immunoglobuline che devono essere entrambi trascritti in quantità elevata). Come avviene la maturazione di un Linfocita B? I linfociti B subiscono un processo di maturazione nel midollo osseo, dove avviene la loro produzione. Durante questo processo, i linfociti B sviluppano recettori per gli antigeni sulla loro superficie. Successivamente, i linfociti B maturi migrano verso i linfonodi e altre aree del sistema linfatico, dove possono incontrare gli antigeni e attivarsi per combattere le infezioni.

B sono cellule che, in seguito a stimolazione, sono capaci di proliferare e trasformarsi in cellule effettori (le plasmacellule) capaci di produrre anticorpi.

La genesi comincia da progenitori che non esprimono le Immunoglobuline che si sviluppano in linfociti immaturi con Ig di membrana.

1. Il primo progenitore che si forma è la cellula pro-B che non esprime immunoglobuline ma esprime gli enzimi Rag per la ricombinazione dei locus V,D,J nelle catene pesanti con la trascrizione dell'RNA finale porta alla produzione di una immunoglobulina μ
2. L'espressione della Ig μ porta alla trasformazione in Pre-B dove avviene il processamento delle catene leggere. La mancata formazione di una catena leggera funzionante porta alla morte cellulare. Una volta che ho sia catene pesanti che catene leggere correttamente formate si ottiene la IgM.
3. I Linfociti B immaturi che esprimono le IgM sulla membrana non proliferano ma vanno incontro a selezione in base alle affinità con

gli antigeni: se sono fortemente autoreattivi muoiono, se sono poco autoreattivi lasciano il midollo osseo andando verso la milza. 4) Nel momento in cui i linfociti B esprimono sia IgM che IgD sulla membrana si hanno linfociti B maturi. Queste due Ig sono le uniche ad essere coespresse perché derivano dallo splicing alternativo che avviene nel trascritto primario dell'RNA della catena pesante che contiene gli esoni e i domini sia per la catena μ (origina IgM) che per la catena δ (origina IgD). Tutte le altre Ig derivano da riarrangiamento del DNA nella porzione costante (il trascritto primario non contiene esoni per le altre Ig). Il riarrangiamento corretto della catena pesante in pro-B inibisce la ricombinazione del locus nell'altro cromosoma impedendone l'accesso agli enzimi ricombinanti. Solo se avviene un cattivo riarrangiamento, allora l'allele presente sul secondo cromosoma può completare la ricombinazione V(D)J. Quindi ogni linfocita B può.

Codificare la catena pesante da uno solo dei due alleli presenti nel proprio genoma per il fenomeno di esclusione allelica. Se entrambi gli alleli risultano incapaci di creare un recettore, la cellula verrà a mancare dei segnali di sopravvivenza necessari e morirà. Una volta che i Linfociti B sono attivi si verifica il fenomeno dello scambio di classe delle immunoglobuline (switch di classe) favorendo una maggiore versatilità e una migliore risposta immunitaria.

Come? Si ha il successivo riarrangiamento dell'esone già riarrangiato V(D)J con un altro esone della porzione costante C più a valle. Immediatamente a monte della porzione costante interessata si trova il promotore specifico che fa partire la produzione di un trascritto sterile (non produce mRNA) che permette la formazione di un loop che porta al taglio del filamento da parte di ricombinasi e all'avvicinamento dell'esone V(D)J con il C desiderato per ottenere un trascritto funzionante.

che dia l'Igvoluta. Gli switch di classe possono avvenire anche più volte durante