Przeciwciała: 7 ważnych mechanizmów, które przyczyniają się do rozwoju przeciwciał
Następujące mechanizmy przyczyniają się do rozwoju przeciwciał:
1. Wiele segmentów genów V, D i J genów zarodkowych:
Ludzki DNA linii płciowej zawiera segmenty genów 51VH, 27DH, 40Vk, 5Jk, 30V λ i 4J λ . Liczby te pochodziły z badania genów immunoglobulin u jednego osobnika, Davida Perry'ego.
Numery segmentów genów mogą się nieznacznie różnić u innych osób. Mysz ma około 134VH, 13DH, 4 funkcjonalne JK, 85Vk, 4 funkcjonalne Jk, 2V λ i 3 funkcjonalne segmenty genu J λ .
2. Losowa kombinacja segmentów genów VJ i V- (D) -J:
Ogromna różnorodność przeciwciał jest tworzona przez losowe kombinacje segmentów genów V, J i D. Poniższe możliwe kombinacje ludzkich segmentów genów V, D i J ilustrują liczbę różnych cząsteczek przeciwciał, które może stworzyć ludzki układ odpornościowy.
51V H x 27D H x 6 J H = 8262 możliwe rekombinacje
40V k x 5J k = 200 możliwych rekombinacji
30 V λ x 4J λ = 120 możliwych rekombinacji
Możliwe kombinatoryjne połączenia łańcucha ciężkiego i lekkiego = 8262 (200 + 120) = 2, 64 x 10 6
3. Elastyczność połączenia:
Jak opisano wcześniej, rekombinację V, D i J osiąga się przez usunięcie pewnych segmentów genów, a następnie rekombinację pozostałych segmentów genów. Rekombinacja obejmuje zarówno łączenie się kanałów RSS w celu utworzenia połączenia sygnałowego, jak i łączenie sekwencji kodujących w celu utworzenia połączenia kodującego. RSS są precyzyjnie połączone. Ale łączenie sekwencji kodujących jest często niedokładne.
Elastyczne łączenie w sekwencje kodujące generuje kilka wydajnych kombinacji, które kodują naprzemienne aminokwasy w złączu kodującym. W związku z tym generowana jest różnorodność. Zjawisko to nazywane jest elastycznością łączeniową.
Warianty sekwencji aminokwasowej generowane przez elastyczność połączeń w stawach kodujących mieszczą się w obrębie CDR3 (trzeci region determinujący dopasowanie). Ponieważ region CDR3 jest obecny w miejscu wiążącym antygen, zmiany sekwencji aminokwasowej generowane przez elastyczność połączeń są ważnym zjawiskiem w generowaniu różnorodności przeciwciał.
4. Dodatek nukleotydu w regionie P (dodatek P):
Podczas rekombinacji DNA linii zarodkowej, pojedyncza nić DNA jest cięta na styku zmiennego segmentu genu i dołączonej sekwencji sygnałowej.
↓
Nukleotydy na końcu sekwencji kodującej zawracają, tworząc strukturę spinki do włosów.
↓
Spinka jest później oczyszczana przez endonukleazę. To drugie cięcie czasami pozostawia krótką pojedynczą nić na końcu sekwencji kodującej.
↓
Uzupełniające nukleotydy są dodawane do tej nici przez enzymy naprawcze, aby wytworzyć sekwencję palindromową w złączu kodującym (stąd nazywaną P-nukleotydami).
5. N-dodatek:
Stwierdzono, że stawy kodujące region zmienny w przegrupowanych genach łańcucha ciężkiego mają pewne nukleotydy, które nie były obecne w segmentach genów V, D i genów linii zarodkowej. Te nukleotydy zostały dodane podczas procesów łączenia DJ i V- (D) -J przez enzym zwany terminalną transferazą deoksynukleotydylową (TdT). Do D H Jh i V H D H J H można dodać do 15 N-nukleotydów. Ponadto dodatek N-nukleotydów występuje w regionie CDR3 genu łańcucha ciężkiego.
6. Hiper-mutacja somatyczna:
Uważano, że po uformowaniu przegrupowanego genu regionu zmiennego, przegrupowana jednostka była stabilna i pozostała niezmieniona. Później odkryto, że pojedyncze nukleotydy w jednostkach VJ i VDJ zostały zastąpione innymi nukleotydami. Dlatego zmiana nukleotydów po przegrupowaniu DNA linii zarodkowej zwiększa różnorodność przeciwciał. Ten mechanizm nazywa się hiper-mutacją somatyczną.
Hiper-mutacja somatyczna występuje w komórce B po prowokacji antygenem. W ciągu tygodnia po immunizacji antygenem, hiper-mutacja somatyczna występuje w komórkach B położonych w centrach zarodkowych wtórnych narządów limfatycznych. Z powodu zmiany w sekwencji nukleotydów (z powodu hiper-mutacji somatycznej) w regionach VJ i VDJ przeciwciała wytworzone po hiper-mutacji somatycznej nieznacznie różnią się od przeciwciał wytwarzanych wcześniej przez tę samą komórkę B.
Mechanizm hiper-mutacji somatycznych nie jest znany. Większość mutacji to substytucje nukleotydów, a nie insercje lub delecje. Taka zmienność (po prowokacji antygenem) prawdopodobnie będzie wytwarzać przeciwciała o większej zdolności do wiązania antygenu. Komórki B, które wytwarzają przeciwciała o tak wysokim powinowactwie są preferencyjnie wybierane do przeżycia.
Dlatego proces ten jest również określany jako "dojrzewanie powinowactwa". Chociaż hiper-mutacja somatyczna może wystąpić w regionach VJ i VDJ, zmiany są skupione w obrębie CDR. Spontaniczna stopa mutacji w innych genach wynosi około 10 -8 / bp / pokolenie. Ale hiper-mutacja somatyczna w jednostkach genowych VJ i VDJ w komórce B występuje z częstotliwością około 10 -3 / bp / generacji.
7. Asocjacja łańcuchów ciężkich i łańcuchów lekkich:
Jak wyjaśniono wcześniej, ludzki region zmienny łańcucha ciężkiego może wytworzyć około 8262 rekombinowanych sekwencji DNA o zmiennym łańcuchu ciężkim. Możliwe rekombinacje w sekwencjach DNA Vk i Vλ wynoszą odpowiednio 200 i 120. Albo Vk albo Vλ, łańcuch może łączyć się z łańcuchem ciężkim w celu wytworzenia pełnej cząsteczki immunoglobuliny. W związku z tym potencjalna liczba par łańcuchów ciężkich i łańcuchów lekkich wynosi 2, 644, 240 (2, 6 x 10 6 ).
Inne mechanizmy, takie jak elastyczność połączeń, dodawanie P i dodawanie N, również zwiększają różnorodność wytwarzania immunoglobulin. Jednak bardzo trudno jest dokonać dokładnych obliczeń dotyczących liczby cząsteczek przeciwciał, które może wytworzyć układ odpornościowy. Obliczono, że ludzki układ odpornościowy może generować około 10 "różnorodnych cząsteczek przeciwciał.
