Immunologia - riarrangiamento BCR

LA FORMAZIONE SUI LINFOCITI DEI RECETTORI

PER GLI ANTIGENI

Ciascuna diversa catena recettoriale non può essere

presente come singola unità codificante nel genoma, perché questo

richiederebbe un numero di geni maggiore di quanto ce ne siano

in realtà.

Due teorie nel XX secolo:

• Teoria germinale

Un gene per ciascuna catena immunoglobulinica e gran parte

del reperterio anticorpale ereditato

• Teorie della diversificazione somatica

Numero limitato di regioni V ereditate che vanno incontro a

modificazioni all’interno delle cellule B durante la vita

dell’individuo

In realtà fu scoperto che in parte ciascuna teoria era vera.

Un meccanismo genetico è alla base della variabilità dei recettori

per l’antigene: riarrangiamento genico.

I domini V dei recettori sono costituiti da più frammenti, i quali sono

codificati da segmenti genici, i quali, a causa della ricombinazione

somatica del DNA che avviene durante la maturazione linfocitaria,

vengono riuniti per formare una sequenza completa.

Ciascun tipo di segmento è presente in più copie nel genoma e la

selezione di un segmento genico avviene casualmente.

I SEGMENTI GENICI DELLE IMMUNOGLOBULINE

è codificato da due segmenti genici

Il dominio V della catena leggera

separati di DNA.

Il primo codifica i primi 95-101 aminoacidi ed è chiamato segmento

genico V e corrisponde alla maggior parte del dominio V.

La parte rimanente (fino a 13 aminoacidi) è codificata dal secondo

segmento, detto segmento genico J (dall’inglese Joining).

Durante la ricombinazione, i segmenti V e J vengono uniti per

formare un esone V.

Il dominio C della catena leggera è codificato da un esone separato e

questo viene unito all’esone V durante la maturazione dell’mRNA.

I SEGMENTI GENICI DELLE IMMUNOGLOBULINE

Il dominio V della catena pesante è codificato da tre segmenti genici.

Oltre i segmenti V e J, esiste un terzo segmento detto segmento genico

D (diversity) localizzato tra i segmenti V e J.

Vi sono molti esoni diversi che possono codificare la regione C

della catena pesante.

In entrambi i casi, lo splicing dell’RNA porterà alla riunione della

regione V con la vicina regione C.

I SEGMENTI GENICI DELLE IMMUNOGLOBULINE

Esistono molte copie di ciascuno dei segmenti genici che formano le

regioni V. 40

25

I SEGMENTI GENICI DELLE IMMUNOGLOBULINE

I segmenti genici delle immunoglobuline sono organizzati in tre

κ, λ,

cluster o loci genici: e il locus per le catene pesanti.

λ:

Locus delle catene leggere cromosoma 22.

κ:

Locus delle catene leggere cromosoma 2.

Locus della catene pesanti: cromosoma 14.

ORGANIZZAZIONE DEI LOCI GENICI

DELLE IMMUNOGLOBULINE

40 25

I SEGMENTI GENICI DELLE IMMUNOGLOBULINE

I segmenti genici delle immunoglobuline possono essere

raggruppati in famiglie e i componenti di ciascuna famiglia

condividono almeno l’80% della sequenza genica.

Le famiglie che presentano delle similitudini tra loro possono

essere raggruppate in clan.

Tutti i geni V degli anfibi, rettili e mammiferi sono compresi

H

in questi tre clan

-> i segmenti genici V sono il risultato di duplicazioni e

variazioni succedutesi nella filogenesi

RIARRANGIAMENTO GENICO DEI GENI V, D, J

(RICOMBINAZIONE SOMATICA)

Geni coinvolti:

-Geni-attivanti la ricombinazione

(RAG-1 e RAG-2)

-Protein chinasi DNA-dipendente

DNA-PK)

- Nucleasi Artemide

- Proteina Ku

- DNA ligasi VI

RIARRANGIAMENTO GENICO DEI GENI V, D, J

(RICOMBINAZIONE SOMATICA)

RIARRANGIAMENTO GENICO DEI GENI V, D, J

(RICOMBINAZIONE SOMATICA)

RIARRANGIAMENTO GENICO DEI GENI V, D, J

(RICOMBINAZIONE SOMATICA)

RIARRANGIAMENTO GENICO DEI GENI V, D, J

(RICOMBINAZIONE SOMATICA)

I topi scid (severe combined immunodeficiency) hanno una mutazione

nella DNA-PKcs e producono pochi linfociti B e T.

I topi con mutazioni o deficit di DNA-PKcs, Ku o Artemis hanno un

difetto nella riparazione delle rotture del doppio filamento e sono

ipersensibili alle radiazioni ionizzanti.

Nell’uomo le mutazioni di RAG1 e RAG2 determinano la

sindrome di Omenn caratterizzata da assenza di linfociti B

circolanti.

GENERAZIONE DELLA DIVERSITA’ GIUNZIONALE

Principale Gene

coinvolto:

Transferasi

deossinucleotide

terminale (TdT)

Nucleotidi P

(palindromici)

Nucleotidi N

(nontemplated)

MECCANISMI DELLA DIVERSITA’ ANTICORPALE

La diversità anticorpale è determinata in quattro modi.

Il riarrangiamento genico, grazie al quale due o tre segmenti genici

si combinano per formare un esone completo della regione V,

genera diversità in due modi.

1) i riarrangiamenti possono utilizzare combinazioni diverse dei

vari frammenti genici -> diversità combinatoria

2) nel punto di giunzione dei diversi segmenti genici si origina la

diversità giunzionale, dovuta al fatto che durante la ricombinazione

possono essere aggiunti o sottratti nucleotidi.

MECCANISMI DELLA DIVERSITA’ ANTICORPALE

La terza causa è ancora una forma di diversità combinatoria.

Deriva dal fatto che le regioni V delle catene leggere e pesanti

possono combinarsi in vari modi quando queste si appaiano per

formare il sito di legame per l’antigene.

Questi tre meccanismi avvengono durante lo sviluppo delle

cellule B immature. Quindi avremo sulle cellule B naive un repertorio

11

di 10 differenti molecole anticorpali.

Il quarto meccanismo è rappresentato dalle mutazioni che avvengono

nelle cellule B mature ed attivate, e solo sulle regioni V: ipermutazione

somatica.

MECCANISMI DELLA DIVERSITA’ ANTICORPALE

κ:

Per le catene leggere

40 geni V e 5 segmenti J = 200 diverse regioni V .

κ κ κ