Gentica de las inmunoglobulinas Introduccin 1 Recordemos que

Genética de las inmunoglobulinas

Introducción (1) Recordemos que las Igs son glucoproteínas constítuidas por 4 cadenas 2 pesadas (H) y 2 ligeras (L) codificadas en diferentes cromosomas. En la región variable (V) de ambas cadenas H y L se encuentra el sitio de reconocimiento del antígeno y esta región se determina por la secuencia de aa de los dominios V de ambas cadenas H y L. . La región gozne o bisagra es por donde se unen las regiones constantes por enlaces disulfuros. La región C de la cadena H es la que determina la forma en que el antígeno es removido del organismo.

Introducción (2) La síntesis de estas cadenas H y L está regulada por cromosomas distintos y en ella participan varios segmentos de genes que combinados dan lugar a los genes funcionales responsables de la codificación de las Igs. La síntesis de las Igs se efectúa en los ribosomas de las células plasmáticas, donde tiene lugar la traducción del RNAm correspondiente a las 4 cadenas peptídicas, posteriormente se produce el proceso de glicosilación de dichas cadenas y la secreción de las mismas.

Introducción (3) Teorías sobre la formación de los anticuerpos: 1. Teoría de la línea germinal: Planteaba que el genoma debe contenere un enorme repertorio de genes uno por cada especificidad de anticuerpo. 2. Teoría de la variación somática: Planteaba que el genoma contenía un pequeño número de genes de anticuerpos que por mutaciones o recombinaciones generarían el repertorio de anticuerpos del individuo.

Introducción (4) En 1965 Dreyer y Bennet propusieron lo siguiente: 1. Cada cadena L y H está constituída por 2 tipos diferentes de genes : 1 para la región constante y otro para la región variable. 2. Estos genes están separados en la línea germinal y se unen durante el desarrollo de los LB. 3. En la línea germinal existirían cientos o miles de genes codificadores de la región variable y unos pocos genes para las regiones constantes.

Introducción (5) Tonegawa confirmó el modelo propuesto por Dreyer y Bennet en 1975 y esto le valió el premio nobel en 1987. Esto explica las múltiples posibilidades de formación del gran número de Igs partiendo de un limitado material genético. Esto ocurre durante el desarrollo embrionario de los LB y se le llamó diversificación primaria de las inmunoglobulinas.

Genes implicados en la síntesis de Ig. S. a) Cadenas ligeras kappa. Su información genética está en el cromosoma 2 y solo existe un exón que codifica para la parte constante de estas cadenas por lo que todas las cadenas kappa van a tener la misma secuencia en su región constante. b) Cadenas ligeras lambda. Su información genética está en el cromosoma 22, pero ella tiene de 6 – 9 exones que codifican para la parte constante, por lo tanto van a existir varias subclases de cadenas ligeras lambda.

Genes implicados (2) Cadenas pesadas. Su información genética está en el cromosoma 14. Cada región constante está codificada por un grupo de varios exones cortos. La secuencia de las regiones de las cadenas pesadas se disponen en el cromosoma en el siguiente orden: C mu, C gamma, C delta 3, C delta 1, C alfa 1, C delta 2, C delta 4, C epsilón, C alfa 2.

Segmentos de genes (1) a) Segmentos de genes para las regiones constantes. Son codificadas por un solo segmento de DNA el C. b) Regiones variables: 1. Regiones variables de las cadenas L. Son codificadas por 2 segmentos el V ( responsable de la variabilidad de las Igs) y el J ( unión). 2. Regiones variables de las cadenas H. Son codificadas por 3 segmentos el V, el J y el D ( diversidad).

Segmentos de genes (2) Resumen: Cadena ligera: q. VJC Cadena pesada: q. VJDC

Reordenamiento de los segmentos génicos (1) A lo largo del proceso madurativo de los LB se produce un reagrupamiento de segmentos de genes para iniciar la síntesis de cadenas H y L de las Igs que se nombra Diversificación primaria de las Igs o Recombinación intracromosómica. La información para codificar una Ig está dispersa a lo largo de una tira de ADN en unos segmentos llamados exones o codificadores separados por otros llamados intrones o no codificadores.

Reordenamiento de los segmentos génicos (2) A medida que se produce el proceso madurativo de los LB los segmentos V, D, J cambian de sitio en el cromosoma y se colocan juntos, una vez que ellos se han unido se reagrupan con el segmento C y queda constítuida toda la información de la cadena. Cuando el LB es maduro posee ya reagrupados los genes correspondientes a sus cadenas L y H y solo podrá producir una determinada Ig.

Reordenamiento de los segmentos génicos (3) Los sitios donde van a ocurrir los rearreglos del DNA están marcados por secuencias cortas de él, son sitios donde hay 7 ( heptámeros) ó 9 ( nonámero) bases adyacentes a los segmentos V, D, J y separados por una región espaciadora de 12 ó 23 bases, que se llama secuencia señalizadora de recombinación (RSS). Esta RSS puede ser : a) RSS de una vuelta cuando hay 12 nucleótidos intercalados entre las 7 y las 9 bases. b) RSS de 2 vueltas cuando hay 23 nucleótidos intercalados.

Reordenamiento de los segmentos génicos (4) Esquemas de disposición de RSS. 1. Cadenas lambda; En el extremo 3’del segmento V hay un RSS de 2 vueltas y en el extremo 5’de cada segmento J hay un RSS de 1 vuelta. 2. Cadenas kappa. En el extremo 3’de cada segmento V hay un RSS de 1 vuelta y en el extremo 5’de cada segmento J hay un RSS de 2 vueltas. 3. Cadenas pesadas: Tanto en el extremo 3’como 5’hay RSS de 2 vueltas. A ambos lados de cada segmento D hay un RSS de 1 vuelta.

Reordenamiento de los segmentos génicos (5) Esta disposición no es nada casual ya que la reordenación de segmentos se debe a emparejamiento entre 2 secuencias RSS de modo que solo se pueden emparejar una RSS de 1 vuelta con una RSS de 2 vueltas, esto garantiza que los segmentos VL se unan a los JL y que los segmentos VH, DH y JH se unan en el orden adecuado, evitándose las uniones ilegítimas entre segmentos del mismo tipo.

Reordenamiento de los segmentos génicos (6) El proceso de reordenamiento génico además de juntar los segmentos de genes aproxima las regiones promotoras a las amplificadoras ( enhancer), estas se encuentran separadas de las promotoras a miles de pares de bases de distancia, por lo que este acercamiento implica la formación de un bucle en la estructura espacial del ADN de manera que la aproximación de estas regiones no es lineal sino espacial. Las regiones amplificadoras también tienen motivos de unión que interactúan con los factores transcripcionales.

Reordenamiento de segmentos génicos (7) Este sistema de reordenamiento tiene muchas imprecisiones y se producen reordenamientos no productivos, los cuales pueden rescatarse reordenando los cromosomas hasta obtener un reordenamiento productivo, que una vez conseguido sirve de señal que paraliza el proceso.

Reordenamiento de genes de las cadenas pesadas (1) Esta cadena es la primera que se reordena. Primero se recombinan los genes para la porción variable. Esto sigue una secuencia estricta: a) Se ensamblan los segmentos DH y JH esto ocurre en las 2 copias del cromosoma 14. b) Después estos segmentos se unen al VH. Este complejo VDJ se puede por último recombinar con cada uno de los segmentos que codifican las regiones constantes según la Ig a formar. Si estas uniones tuvieron éxito se comienza a sintetizar una cadena pesada y la expresión de ella va a fungir como un mecanismo de inhibición para que no se siga produciendo más cadena pesada.

Reordenamiento de genes de la cadena pesada (2) El proceso de recombinación con los genes C tiene lugar a nivel del RNA y el material genético que da estructurado de la siguiente forma; a) Un segmento líder corto. b) Un pequeño intrón. c) Un segmento fusionado VH DH JH. d) Un segundo intrón. e) Una serie de genes CH uno para cada isotipo o subclase separados entre sí por intrones más o menos largos y precedidos por sus respectivos promotores.

Reordenamiento de los genes de la cadena pesada (3) La RNA polimerasa reconoce un promotor situado en sentido 5’del segmento L y transcribe hasta cubrir el C mu y terminar con el C delta, entonces se detiene y se genera el transcrito primario, el cual será procesado por medio de la poiladenilación y corte empalme diferenciales que produce 2 tipos de RNAm; a) RNAm para cadenas mu. b) RNAm para cadenas delta. Cada RNAm es traducido y procesado generándose cadenas pesadas mu y delta con la misma especificidad.

Reordenamiento de genes de las cadenas ligeras (1) En este rearreglo intervienen 2 segmentos nada más el V y el J, los cuales se ensamblan y dan lugar a una cadena kappa o lambda de acuerdo al cromosoma donde haya ocurrido el rearreglo. Los genes kappa o lambda reordenados consisten en sentido 5’ 3’: 1. Un segmento líder. 2. Un corto intrón. 3. Un segmento empalmado V-J. 4. Un segundo intrón. 5. Un segmento C.

Reordenamiento de genes de las cadenas ligeras (2) Esta secuencia de DNA reorganizado es transcrita por la RNA polimerasa comenzando por el segmento L hasta terminar en el lado 3’del C, esto produce RNA primario que es sometido al procesamiento de corte y empalme ( splicing) y se le adiciona la cola de poli – A en el extremo 3’para generar el RNAm que sale del núcleo al citoplasma.

Reordenamiento de los genes de las cadenas ligeras (3) Este RNAm se une a ribosomas en el RER y comienza su traducción, lo primero que surge es el péptido líder que empuja la cadena polipeptídica en crecimiento al interior del RER, finalmente la cadena proteica se escinde a nivel del péptido líder quedan do la cadena L en el interior del RER. Tan pronto aparece una cadena L de cualquier tipo la célula pierde la capacidad para seguir haciendo rearreglos para formar más cadenas L.

Reordenamiento de los genes de las cadenas ligeras ( 4) Una vez que han ocurrido los rearreglos de las cadenas H y L se comienza a producir una Ig. La glicosilación y el ensamblaje ocurren en el RE. Los segmentos intrónicos son eliminados por procesos de corte en el RNAm y los exones se unen. Una vez que se ha producido el ensamblaje de la Ig, esta tiene 2 opciones: 1. Permanecer en la membrana como receptor de los LB. 2. Ser secretada al medio para interaccionar con el Ag y destruirlo. La decisión de optar por una u otra opción es tomada a nivel de la transcripción del RNA mediante el proceso de splicing.

Reordenamiento de los genes de las cadenas ligeras (5) Si la Ig formada tiene en la región carboxi terminal de la cadena pesada una pequeña cola hidrofílica formada por 19 aa que le sirve de ancla, entonces la Ig permanece unida a la membrana y si no tiene esta cola se secreta. En los LB en reposo el RNA contiene la información del complejo VDJ más la correspondiente a los genes C mu y C delta por lo que solo se formarán Ig. M e Ig. D.

Segmentos líder Están asociados a los segmentos V y situados en dirección 5’. Ellos codifican un péptido pequeño que sirve de guía tanto para las cadenas L como H y se separa de ellas antes de que se unan entre sí para formar la molécula completa de Ig.

Segmentos promotores Están situados junto a los líder y son responsables de iniciar la señal del proceso de transcripción del RNAm. La secuencia promotora comienza normalmente a una distancia de alrededor de 25 pares de bases antes del lugar de inicio de la transcripción y se aleja en sentido 5’. El lugar donde se inicia la transcripción tiene 4 bases TATA ( timina adenina 0 y le sigue un triplete de bases que codifica el aa metionina.

Segmentos promotores (2) En las secuencias promotoras están los motivos de secuencias que son secuencias de DNA a las que se van a unir de manera específica ciertas proteínas nucleares que son las que van a regular su función y que se conocen como factores transcripcionales.

Regulación del proceso de reordenación de las inmunoglobulinas Este proceso de reordenación tiene un mecanismo de regulación muy estricto y en él van a intervenir 2 genes RAG 1 y RAG 2 ( gen activador de la recombinación) , si ellos no están presentes este proceso no ocurre y por lo tanto no habrá en periferia LB ni LT maduros. Estos genes se expresan durante las fases de progenitor linfoide, pro B y pre B y también estas fases se expresa el gen para la enzima desoxinucleotidiltransferasa terminal (Tdt).

Regulación del proceso de reordenación de las Igs (2) Estos genes están estrechamente ligados y van a intervenir en la recombinación de los segmentos génicos de las Igs. Ellos inducen roturas de cadena doble en el ADN a nivel del límite entre RSS y las secuencias codificadoras y solo actúan sobre el ADN germinal de las Igs. En este rearreglo también van a intervenir un número complejo de enzimas y proteínas que se llaman recombinasa VDJ la activación de la cual solo existe en los LB y LT en las etapas tempranas de su desarrollo. Si hay mutaciones de estos genes ocurre una inmunodeficiencia combinada severa por bloqueo de la recombinación de ambos linfocitos B y T.

Exclusión alélica Fenómeno por el cual tras la síntesis de una Ig funcional o productiva se detiene el reordenamiento. O sea cada LB va a expresar solo 1 de los 2 alelos de cada tipo de cadena L y H. Esto asegura que cada LB tenga una determinada especificidad antigénica y que cada LB produzca un único tipo de anticuerpo a fin de evitar el reconocimiento de más de un epítopo mediante la producción de anticuerpos multirreactivos.

Cambio de isotipo Constituye un nuevo proceso de reordenamiento del DNA en el que se van perdiendo genes constantes de las diferentes cadenas pesadas. Se puede producir múltiples veces en la vida de un clon pero es irreversible. Aquí no intervienen las regiones variables. Ocurre en el LB maduro activado ya que el LB maduro virgen solo expresa Ig. M e Ig. D. Si cambiamos de Ig. M a Ig. E este LB no producirá más Ig. M. El límite para este proceso es el gen C alfa 2 que es el último gen del cromosoma 14.

Cambio de isotipo(2) Este cambio es inducido por la cooperación de los LT y LB. Para ello es preciso un contacto célula a célula entre estos linfocitos lo que ocurre entre el CD 40 L y el CD 40 y citocinas secretadas por los LT: 1. IL-4 activa la síntesis de Ig. E. 2. IFN activa la síntesis de Ig. G. 3. TGF activa la síntesis de Ig. A. 4. IL-4 y 13 inducen la síntesis de Ig. M sin cambio de isotipo.

Fuentes responsables de la diversidad de anticuerpos En la diversificación primaria de las Igs existe una gran diversidad por; 1. Existencia de múltiples segmentos génicos en la línea germinal. 2. La gran cantidad de recombinaciones VDJ que pueden producirse o sea las múltiples posibilidades combinatorias de cada uno de los genes entre sí.

Fuentes responsables de la diversidad de anticuerpos (2) 3. Imprecisiones durante la unión de estos segmentos génicos , ya sea por inserciones o deleciones lo que provoca un pequeño cambio en la estructura de la cadena peptídica. Este mecanismo tiene una gran importancia en la maduración de la afinidad de los anticuerpos, de forma tal que a medida que progresa la respuesta frente a un Ag los An formados presentan cada vez mayor grado de afinidad por los epítopos del Ag.

Fuentes responsables de la diversidad de los anticuerpos 4. Aparición de mutaciones puntuales en el gen responsable de una determinada cadena de Ig. 5. Diferentes formas de unión de las cadena L y H. Resumiendo: Esta diversificación primaria ocurre durante el desarrollo embrionario de los LB.

Mecanismos de diversificación secundaria (1) Ocurren cuando se produce la estimulación antigénica de los LB y van a optimizar la especificidad de los receptores, ellos son: 1. Hipermutación somática. (HMS). 2. Cambio génico o conversión génica (CG). 3. Recombinación para cambio de clase( RCC).

Hipermutación somática o diversificación sin molde. Ocurre después que el LB contacta con el antígeno y migra a los folículos linfoides para crear el centro germinal. Por este mecanismo los genes reordenados de la porción variable de las cadenas L y H sufren una altísima tasa de mutación que va generando nuevas variantes de Igs a partir de la reordenación original.

HMS (2) O sea se produce una diversificación de las regiones variables de los receptores de antígenos que introduce cambios puntuales o mutaciones en los segmentos VDJ rearreglados , por lo que se le llama diversificación sin molde. Por este mecanismo se mejora la afinidad de los An. O sea la maduración de la afinidad se produce por HMS en los genes recombinados de la región variable (CDR).

Hipermutación somática (3) También por este mecanismo se originan An mucho más específicos que los originales y ocurre la mutación y progresión de la respuesta inmune. Es un proceso beneficioso aunque en ocasiones aparecen mutaciones que originan auto anticuerpos Ig. G de alta afinidad. Ocurre en una zona restringida y su primer paso es una desaminación provocada por la enzima AID ( desaminasa inducida por la activación).

Conversión génica o diversificación con molde Aquí ocurre un intercambio no recíproco de ADN ( secuencias V) entre un locus receptor y uno donador. Este mecanismo interviene en procesos de reparación de daños al DNA como cortes en la doble cadena. Él puede iniciarse por 2 tipos de lesión en el DNA: 1. Cortes en cadena sencilla. 2. Cortes en doble cadena.

Recombinación para cambio de clase Es el mecanismo por el cual ocurre el cambio de isotipo o clase, es irreversible y está influenciado por citocinas y otros factores de los LB. Es un mecanismo sitio específico y ocurre en una región llamada switch (s) que son regiones intrónicas, la transcripción de estas regiones es fundamental para que se inicie este proceso. Cuando este proceso ocurre la información que transmite la célula hija a su descendencia es la que ella cambió.

Resumen Antes de que ocurran los mecanismos de diversificación secundaria tiene que actuar una enzima la AID ( desaminasa inducida por activación). Esta enzima provoca una lesión en los segmentos VDJ y esta lesión va a ser reconocida por distintas proteínas en determinados puntos del ciclo celular y es lo que va a dar paso a alguno de estos 3 mecanismos.

Codificación genética de las fracciones del complemento C 2, C 4, FB están codificados por genes situados en el cromosoma 6 que es el cromosoma donde están los genes del HLA. 2. Cadenas alfa y beta del C 8 y alfa y beta del C 1 q se codifican en el brazo corto del cromosoma 1. 3. C 6 y C 7 en el cromosoma 5. 4. Proteínas reguladoras( CR, CR 2, DAF, H, C 4 BP, MCP) se codifican en el brazo largo del cromosoma 1 que es donde está la región de reguladores del complemento (RCA) 1.