Sistema genetico delle immunoglobuline e generazione della
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Sistema genetico delle immunoglobuline e generazione della diversità degli anticorpi La risposta immunitaria: una “overview” Coinvolge 3 step: riconoscimento (self vs non-self) comunicazione eliminazione risposta immune non specifica infiammazione e reclutamento di fagociti risposta immune specifica sintesi di proteine (anticorpi, recettore di cellule T, MHC) e cellule (linfociti B e T cells, fagociti) specializzate A phagocyte stalking a rod-shaped bacterium Anticorpo = immunoglobulina Antigene = antibody-generating substance Le cellule del sistema immunitario Una plasmacellula matura sintetizza da 2000 a 20000 anticorpi al secondo! Antibody/antigen complex elimination Interazione “chiave-serratura” Struttura schematica delle immunoglobuline Catene leggere: 220 a.a. Catene pesanti: 440-450 a.a. Regioni variabili: 110 a.a. Struttura schematica delle immunoglobuline Tipo Struttura % Funzione Caratteristiche (rispetto alle Ig circolanti) IgG 2γγ-2L 75-80% Attivazione del complemento nella risposta secondaria Monomeri Attraversano la barriera placentare 14-20% Protezione contro le infezioni locali Nelle secrezioni (saliva, 4 sottoclassi IgA 2α α-2L 2 sottoclassi colostro, lacrime,muco) Monomeri (nel siero) Dimeri (nelle secrezioni) IgD 2δ δ-2L <1% Attivazione del linfocita e differenziamento a plasmacellula Monomeri Solo di membrana IgE 2εε-2L < 1% Risposta ai parassiti Coinvolte nelle allergie Si legano ai recettori dei mastociti e granulociti basofili IgM 2µ µ-2L 5-10% Attivazione del complemento nella risposta primaria Monomeri (sulla membrana plasmatica) Pentameri (nella forma secreta) = molecole di carboidrati sIgM IgD IgG IgA sIgA IgE GENERAZIONE DELLA DIVERSITA’ ANTICORPALE 1) Molteplici segmenti genici 2) Ipermutazioni somatiche 3) Ricombinazioni somatiche (diversità combinatoriale e giunzionale) 1) 2) 3) Differenziamento dei linfociti B GENERAZIONE DELLA DIVERSITA’ ANTICORPALE - I RIARRANGIAMENTI GENOMICI DURANTE IL DIFFERENZIAMENTO DEI LINFOCITI B Unione combinatoriale di segmenti genici per ricombinazione somatica Organizzazione dei geni delle immunoglobuline umane nella linea germinale * *L = sequenza leader E’ coinvolta nel trasferimento della catena polipeptidica neo-tradotta nel lume del reticolo endoplasmatico. Poi viene rimossa non compare nella Ig di membrana né in quella secreta Organizzazione dei geni delle immunoglobuline umane nella linea germinale VDJ-C VJ-C V-JC Riarrangiamento dei geni per le catene leggere κ (sul cromosoma 2) X VJ-non coding-Cκ VJCκ Riarrangiamento dei geni per le catene leggere λ (sul cromosoma 22) X LV+JCκ LVJCλ VJCλ Riarrangiamento dei geni per le catene pesanti (sul cromosoma 14) X Catena pesante di IgM Catena pesante di IgD Riarrangiamento dei geni per le catene pesanti (sul cromosoma 14) X X Catena pesante di IgM Catena pesante di IgD “SWITCHING” DI CLASSE (isotipico) - I Splicing alternativo “SWITCHING” DI CLASSE (isotipico) - II Riarrangiamenti genomici LVDJ-CHγγ LVDJ-CHεε LVDJ-CHαα “SWITCHING” DI CLASSE (isotipico) - II Riarrangiamenti genomici LVDJ-CHγγ LVDJ-CHεε LVDJ-CHαα X “SWITCHING” DI CLASSE (isotipico) - II Riarrangiamenti genomici LVDJ-CHγγ LVDJ-CHεε LVDJ-CHαα X Come avviene il riarrangiamento? RSS RSS=Recombination Signal Sequence 23 bp 10 bp 10 bp 23 bp 23 bp 10 bp RAG=Recombination-Activating Gene 1 Video: VDJ Recombination http://www.youtube.com/watch?v=AxIMmNByqtM Light chain Heavy chain La varietà di anticorpi che può essere sintetizzata come risposta ad antigeni che l’organismo non ha mai incontrato prima è praticamente infinita. Nell’uomo: Catena λ = 35 segmenti genici LV 7 segmenti genici JC Catena κ = 40 segmenti genici LV 5 segmenti genici J 1 segmento genico C Catene H = 44 segmenti genici V 25 segmenti genici D 6 segmenti genici J 9 segmenti genici C Possibili 245 catene λ, 200 catene κ e 59.400 catene pesanti diverse 59.400 x (245+200) = 26.433.000 molecole di anticorpo diverse GENERAZIONE DELLA DIVERSITA’ ANTICORPALE - II Variabilità giunzionale e Iper-mutazione somatica = Variabilità giunzionale A- C C- A A- C G- T T- G G- T 5’- CCTCCC- GGTGG -3’ 12 34 5’- CCTTGG – 3’ Pro Trp 5’- CCTCGG – 3’ Pro Arg 5’- CCTCCG – 3’ Pro Pro 5’- CCTCCC – 3’ Pro Pro 1 2 3 4 Si arriva a oltre 1 miliardo di combinazioni possibili! Iper-mutazione somatica Ristretta alle regioni di DNA che codificano per le regioni variabili (preferenzialmente su G o C) 10-2/divisione (≈104 volte > tasso di mutazione spontanea del DNA) Senza questo meccanismo il “range” di diversità anticorpale disponibile sarebbe fissato alla nascita rapido adattamento a nuovi antigeni (maturazione dell’affinità) Regolazione dell’espressione dei geni delle Ig - I I geni per le immunoglobuline sono espressi solo dopo il loro assemblaggio: cosa ne attiva la trascrizione? Enhancer tessuto-specifico il riarrangiamento lo avvicina al promotore Regolazione dell’espressione dei geni delle Ig - II Le plasmacellule producono un solo tipo di anticorpo: perché? ESCLUSIONE ISOTIPICA il riarrangiamento del locus κ delle catene leggere blocca il riarrangiamento a livello del locus λ ESCLUSIONE ALLELICA solo un riarrangiamento funzionale/cellula Early pro-B cell H-chain gene rearrangement D-J rearrangements on both chromosomes Late pro-B cell Pre-B cell Immature B cell H-chain gene rearrangement L-chain gene rearrangement No more rearrangements V-DJ rearrangement on first chromosome (chr 14) V-DJ rearrangement on second chromosome (chr 14) Cell loss κ gene rearrangement on first chromosome (chr 2) Cell expresses IgM (κµ) κµ) κ gene rearrangement on second chromosome (chr 2) λ gene rearrangement on first chromosome (chr 22) Productive join Non-productive join λ gene rearrangement on second chromosome (chr 22) Cell loss Cell expresses IgM (λµ) λµ) RECETTORI PER L’ANTIGENE IN LINFOCITI B e T T cell receptor complex VL V VH CL H CH CH CL Vα α Vβ β CL γ ε ε δ ζ ζ Cα α Cα α CH CH CH CH CD3 BcR • 2 catene leggere e 2 pesanti • lega l’Ag solubile • 2 siti di legame per l’Ag TcR • 2 catene α/β (95%) o δ/γ (5%) • lega Ag complessato con MHC • 1 sito di legame per l’Ag RIARRANGIAMENTO DEI GENI PER IL TcR Locus umano delle catene β del TcR (cromosoma 7) V(D)J-C Locus umano delle catene α del TcR (cromosoma 14) VJ-C Video: Production of antigen receptors: http://www.youtube.com/watch?v=IPoBkvbCdi4
