INMUNO Tema 9.- Genética de las inmunoglobulinas (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Inmunologia
Año del apunte 2015
Páginas 7
Fecha de subida 13/03/2015
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INMUNOLOGIA arokargomez 3r Biologia UAB Tema 9.- Generacion de las inmunoglobulinas (Igs genetica) La resolucion del enigma de la diversidad: como es posible generar respuesta especifica frente a la gran diversidad antigenica existente. La paradoja del dogma central de la bioquimica: un gen, un mensajero, una proteina.
Habia dos posibles hipotesis para explicar de donde venia la diversidad: la teoria de la linea germinal (toda la diversidad debe estar codificada en el genoma) y la diversidad somatica (algun mecanismo que permite crear diversidad variando la informacion existente).
Se estima un repertorio de 109 anticuerpos y solo hay 30000 genes, por lo que la primera teoria queda refutada. En el 1965 se crea la hipotesis que dice que las regiones codificantes son codificadas por distintos segmentos de genes distintos, y que mediante una reordenacion genica se dan las diferentes inmunoglobulinas. Esta reordenacion se descubre con un experimento de Tonegawa.
Western blot es una electroforesis con proteinas para detectar proteinas, Southern-blot es de DNA con una sonda de DNA y Northern-blot es de RNA con una sonda de RNA.
La generacion de la diversidad (GOD) de las inmunoglobulinas implica una reordenacion de segmentos genicos codificados en la línea germinal, una organizacion multigénica. La diversidad combinatorial es más compleja que las regiones variables y constantes existentes.
Genetica y estructura proteica: generalidades     Regiones variables y constantes estan codificadas por distintos genes.
La misma region C se puede asociar con diferentes regiones V (diversidad de especificidad), y la misma region V se puede asociar con diferentes regiones C (diversidad funcional).
A su vez, cada dominio V está codificado por distintos segmentos génicos V- (D)-J.
La region C está codificada por disintos genes, uno por cada isotipo y subtipo. Dentro de cada uno, cada domino C está codificado por un exón.
Organizacion genómica de los genes de la cadena ligera La organizacion genomica de las distintas cadenas es la del esquema. La cadena kappa tiene una region con segmentos variables (V kappa-numero) y otra region donde hay 5 segmentos J. Luego esta el segmento que codifica para el segmento constante de la cadena (C).
La inmunoglobulina tiene un dominio constante que viene directamente codificado por una region constante, y el dominio variable vendra codificado por un segmento V y un segmento J (o solo el segmento V).
INMUNOLOGIA arokargomez 3r Biologia UAB Recombinacion de la cadena ligera Tenemos un proceso en que los dos segmentos que se uniran (uno V y una J) tienen un proceso de reordenacion en el DNA de forma que se unen y dan lugar a un segmento o a un DNA reordenado en que el V se ha juntado con el segmento J correspondiente.
Posterior a VJ esta la region constante.
Esto se transcribe a un premRNA, que madura (splicing de la region entre el segmento VJ y el segmento constante de forma que se pierde a nivel de RNA todo el resto de informacion) dando lugar a un mRNA que ya tiene la reordenacion VJC y se transcribira para dar lugar a la proteina, en este caso la cadena ligera de la inmunoglobulina.
Organizacion genomica de los genes de la cadena pesada El caso de las cadenas pesadas es mas complicado. Tenemos una region variable, una region donde estan los elementos de diversidad (unos 100 elementos variables, unos 15 de diversidad) y la region que codificara para la parte constante. Para cada isotipo de inmunoglobulina hay una region constante distinta, y cada segmento que codifica para esta inmunoglobulina estara codificado en exones que codificaran para la region constante de la inmunoglobulina.
INMUNOLOGIA arokargomez 3r Biologia UAB Reordenamiento de la cadena pesada El proceso de reordenacion es similar: primero se unen los segmentos D y J y se produce la reordenacion DJ para que queden unidos. En un segundo proceso de reordenacion este segmento DJ elegira a su pareja de segmento variable, dando la reordenacion VDJ. Este RNA reordenado es el que se transcribe a pre-RNA que contendra segmentos reordenados y el resto de la informacion. Este sufrira maduracion con splicing en el que se pierde la informacion que no es necesaria. En el primer reordenamiento que ocurre siempre se forma la cadena mu y delta.
En el splicing se da lugar al RNA codificante de la igM o codificante de la igD. Asi pues el RNA primario da lugar a dos RNAs mensajeros de la igM o igD.
RSS: Secuencia señal de recombinación Existen unas señales que le dicen al DNA donde se tiene que recombinar.
Son hectametros ricos en C y A separados por 12 o 23 pares de bases (una o dos vueltas de DNA). Son palindrómicos.
Se reordenan siempre siguiendo una regla: un segmento de 12 pb se reordenara con otro de 23.
El genoma esta organizado de forma que en las secuencias kappa los segmentos V tienen secuencias de 12 pb y los segmentos J 23, de forma que nunca se podran aparear dos iguales.
En el caso de las lambdas pasa del mismo modo pero en sentido contrario. Las cadenas pesadas los segmentos V tienen la RSS de 23 en el extremo 5’, las D tienen las secuencias de 12pb a ambos extremos porque tienen que reordenarse con los dos, y las J son de 23pb en el extremo 3’.
La recombinasa tiene dos elementos fundamentales: la RAG1 y la RAG2. Es la enzima encargada de unir una region de 12pb con una de 23, la union da lugar a CDR3 que contendra las regiones en que se ha producido la recombinacion.
INMUNOLOGIA arokargomez 3r Biologia UAB V (D) J joining can occur by deletion or inversion En el proceso de recombinacion los segmentos V pueden estar en distinta orientacion de lectura, por tanto pueden tener la secuencia a reconocer en el extremo 3’ o en el 5’. Si estan en la misma orientacion de lectura los dos RSS se aparean y toda la informacion de enmedio queda fuera para ser eliminado por splicing (la RAG cortara, formando un circulo de escision y los segmentos V y J se unen).
Si estan en orientacion distinta tiene que darse una iversion (reordenacion espacial) para que V y J se puedan aparear. Es este caso toda la informacion en lugar de perderse en ciruclos de escision queda unido al DNA pero en otra localizacion que permite que el segmento VJ este unido.
Diversificacion VDJ: nucleótidos P y N El proceso de union es un poco mas complicado: en primer lugar se cortan los heptameros de las secuencias señales de recombinacion adyacentes a los segmentos D y J (en el ejemplo). Cortan justo por el lado y se estabiliza mediante una horquilla tanto en el segmento D como en el J. Una endonucleasa corta la horquilla, pero en vez de cortar en los extremos 5’ y 3’ de las dos hebras cortara de forma variable; de forma que se tebdrab secuencias palindromicas en que los nucleotidos de la otra hebra suben a la cadena codificante. Esta es la diversidad P (de palindromica). Con esto se permitira una union y una diversidad que se genera de forma aleatoria de residuos palindromicos.
Ademas, hay diversidades introducidas al azar: hay una transferasa de oxinucleotidos terminal (TDT) que introduce al azar nucleotidos. Puede llegar a introducir hasta 20, aunque normalmente son menos. Las polimerasas normales se encargaran de rellenar los dos extremos y hacer que pdodamos pasar del segmento D al J, teniendo tambien diversidad de exonucleasas.
INMUNOLOGIA arokargomez 3r Biologia UAB Extra combinatorial VDJ diversification La diversidad aleatoria que introduce la tdt luego tiene que permitir que el DNA se pueda seguir leyendo. Para esto el DNA tiene que estar en fase de lectura. La actividad de la transferasa terminal es mucho mas potente en la cadena pesada.
Dependiendo de cuantos nucleotidos se hayan introducido producira que se pueda seguir leyendo el DNA o no, y el resultado de esto es que aproximadamente 2 de cada 3 recombinaciones da lugar a recombinaciones que no pueden ser leidas y por tanto no son productivas.
Contribucion de diversos mecanismos a la generacion de diversidad Pre-contacto con el antigeno: combinatorial, de union e insercional (TDT) y por asociacion de cadenas. Repertorio independiente de antigenos.
Otros aspectos importantes de la reordenación génica      Orden de reordenacion: cadena pesada H, ligera K y ligera L. Se da durante la ontogenia del linfocito B.
Cuando se producen los reordenamientos H y L productivos, el linfocito B ya es viable y mantendra durante toda su vida ese reordenamiento (el y su progenie).
Una vez producido el reordenamiento productivo en un cromosoma, se da exclusion alelica. Una vez se ha reordenado con éxito (generacion de un tránscrito traducido a proteina) el locus correspondiente al otro cromosoma se inhibe. Empieza por D-J (H), dando un cambio en la estructura de la cromatina. Si en uno no funciona se intentara en el segundo cromosoma.
Tambien se da exclusion isotipica: si se da reordenamiento de una cadena ligera K ya no se dara en otra cadena ligera (L por ejemplo).
Existe un limite en el tamaño CDR3.
INMUNOLOGIA arokargomez    3r Biologia UAB Diferencias de frecuencias de reordenamiento (V).
No todos los apareamiento VL-HL son posibles.
Formas de membrana (BCR) y secretada: procesamiento diferencial.
Hipermutacion somatica: maduración de la afinidad Hay un segundo proceso de generacion de diversidad una vez que el linfocito ya se ha generado, durante la respuesta inmune. Implica la hipermutacion somatica. Esto tiene lugar en el centro germinal cuando ya se han activado los linfocitos B y permite que la afinidad del anticuerpo aumente extraordinariamente por aumento de interacciones polares o incluso puentes salinos.
Esto viene por la deaminasa, que permite la hipermutacion. De esta forma tenemos un cambio de base por cada mil en vez de uno por cada cien millones que es lo normal. Lo que ocurre es que se acumulan mutaciones para intentar tener inmunoglobulinas mas eficaces apra ese antigeno. No se acumulan en la region CDR3, sino en las CDR1 y CDR2 porque la 3 ya ha acumulado bastante diversidad. Suelen ser mucho mas frecuentes las transiciones que las transversiones.
Edicion del receptor A veces puede ocurrir un segundo proceso de reordenacion, conocidos como edicion del receptor cuando la inmunoglobulina que tenemos no nos vale. En lugar de mejorar la inmunogloublina a lo mejor empeora por perdida de afinidad o de funcionalidad. En este caso se da un segundo proceso de reordenacion apra intentar generar otra inmunoglobulina y volver a ganar actividad. En la medula osea. Tambien se puede dar si se han generar inmunoglobulinas autoreactiva. Normalmente la edicion del receptor afecta a la cadena ligera. En la realidad no se sabe como de importante es este proceso.
Isotipos: relacion estructura primaria-organizacion genomicafuncion.
Tenemos la region constante que codificara para ls distintos tipos de inmunoglobulas. Cada uno de ellos tiene intrones y exones y cada exon codifica para cada dominio. La cadena mu y la delta estan mucho mas cerca entre si que el restro, por eso siempre dan lugar a un transcrito primario en que se pueden producir tanto igD como igM. Con splicing se elimina el genoma que impide que los segmentos recombinados esten unidos.
INMUNOLOGIA arokargomez 3r Biologia UAB En este caso (cambio de isotipo) la organizacion de la germinal se produce siempre primera la IgM y la igD. Luego estos segmentos se iran uniendo a regiones constantes en funcion de las inmunoglobulinas que se necesiten en ese momento. NO es secuencial: la igM sera la primera y a partir de esta se daran las demas por maduracion del genoma. Los cambios de isotipo pueden hacer que se genere por ejemplo igG 2a y se pierda informacion, por tanto no podra dar luego a igG3 o igM pero si podra modificarse perdiendo aun mas informacion para dar lugar a otras inmunoglobulinas con menos regiones constantes.
Evolucion del reordenamiento cromosomico con el cambio de isotipo La IgM y la igD siempre se transcriben simplemente porque estan muy cerca en el genoma. Se expresara una o la otra dependiendo del proceso de poliadenilacion que sufran. Un splicing dara lugar o bien al RNA codificante de la igM o la igD si se elimina la region del RNA por splicing codificante de la igM. Es decir aunque esten juntas y se transcriban juntas en primera instancia, tiene dos sitios de poliadenilcion. Es el unico momento en que los linfocitos pueden dar a dos inmunoglobulinas diferentes.
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