UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVOLEON FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS Pia 2 Generación de diversidad en anticuerpos.

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1 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVOLEON FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS Pia 2 Generación de diversidad en anticuerpos

2 Generación de diversidad de anticuerpos A medida que se descifró la organización de los genes de inmunoglobulina, comenzaron a dilucidarse los orígenes de la inmensa diversidad de la región variable. La teoría de la línea germinal, mencionada con anterioridad, argumentaba que la totalidad del repertorio de la región variable se codifi ca en la línea germinal del organismo y se transmite de los padres a la descendencia a través de las células germinales (óvulo y espermatozoide). La teoría de la variación somática sostenía que la línea germinal contiene un número limitado de genes variables, que se diversifican en las células somáticas mediante fenómenos de mutación o de recombinación durante el desarrollo del sistema inmunitario

3 segmentos génicos V, D y J de la línea germinal Un inventario de los segmentos génicos funcionales V, D y J en el DNA de la línea germinal de una persona reveló 48 VH, 23 D, 6 JH, 41 V, 5 J, 34 V y 5 J segmentos génicos. Además de estos segmentos funcionales, existen muchos seudogenes. Debe recordarse que estas cifras proceden en gran parte de un sobresaliente estudio que secuenció el DNA de los loci de inmunoglobulina de un solo individuo. Los loci de inmunoglobulina de otras personas pueden contener cifras ligeramente distintas de tipos particulares de segmentos génicos.

4 flexibilidad de unión contribuye a la diversidad La enorme diversidad creada por las combinaciones V, D y J se incrementa de modo adicional por efecto de un fenómeno llamado flexibilidad de unión. Como ya se describió, la recombinación comprende tanto la unión de secuencias señal de recombinación para formar una unión señal como la unión de secuencias de codificación para crear una unión codificadora. Si bien las secuencias señal siempre se unen de manera precisa, muchas veces la unión de las secuencias de codificación es imprecisa.

5 flexibilidad de unión contribuye a la diversidad Por ejemplo, en un estudio se analizó la unión de las secuencias de codificación V21 y J1 en varias líneas de célula pre-B. El análisis de secuencia de las uniones señal y codificadora reveló el contraste en la precisión de la unión Como ya se ilustró, la flexibilidad de unión conduce a muchos reordenamientos improductivos, pero también genera combinaciones productivas que codifican aminoácidos alternativos en cada unión codificadora,lo que incrementa la diversidad de anticuerpos.

6 La adición N promueve una considerable diversidad por la agregación de nucleótidos Se ha probado que las uniones de codifi cación de la región variable en genes de cadena pesada reordenados contienen secuencias cortas de aminoácidos que no son codifi cados por los segmentos génicos V, D o J de la línea germinal. A estos amino- ácidos los codifi can nucleótidos que se añaden durante el proceso de unión de DJ y V a DJ en una reacción catalizada por una transferasa de desoxinucleotidilo terminal (TdT) (fi g. 5-13b). Las pruebas que señalan que la adición de estos nucleótidos N depende de la TdT provienen de estudios de transfección de fi - broblastos. Cuando se transfectaron fi broblastos con los genes RAG-1 y RAG-2 ocurrieron reordenamientos VDJ pero no hubo nucleótidos N en las uniones de codifi cación.

7 La adición N promueve una considerable diversidad por la agregación de nucleótidos

8 Es posible añadir hasta 15 nucleótidos N a las uniones DH-JH y VH-DHJH. Por consiguiente, una unidad VHNDHNJH codifi ca una región variable de cadena pesada completa. La diversidad adicional de la cadena pesada generada con la adición del nucleótido en la región N es muy grande, toda vez que al parecer las regiones N consisten en secuencias por completo aleatorias.

9 La hipermutación somática agrega diversidad en segmentos génicos ya reordenados Se crea una diversidad adicional de anticuerpos en unidades génicas de región variable reordenadas por un proceso conocido como hipemutación somática. Como resultado de esta última, nucleótidos individuales en unidades VJ o VDJ se sustituyen por otros, lo cual modifica potencialmente la especificidad de las inmunoglobulinas codificadas.

10 La hipermutación somática agrega diversidad en segmentos génicos ya reordenados En condiciones normales, la hipermutación somática sólo ocurre dentro de centros germinales (cap. 11), estructuras que se forman en órganos linfoides secundarios en el transcurso de una semana tras la inmunización con un antígeno que activa una respuesta de célula B dependiente de célula T. La hipermutación somática se dirige a regiones V reordenadas situadas dentro de una secuencia de DNA que contiene alrededor de 1 500 nucleótidos, incluida la totalidad del segmento VJ o VDJ.

11 diversidad es la asociación combinatoria de cadenas pesada y ligera En el ser humano existe el potencial de generar 6 624 genes de cadena pesada y 375 de cadena ligera como resultado de reordenamientos del gen de la región variable. Si se supone que cada uno de los posibles genes de cadenas pesada y ligera puede aparecer de modo aleatorio en la misma célula, el número posible de combinaciones de cadenas pesada y ligera es de 2 484 000. Es probable que esta cifra sea más alta que la cantidad de diversidad combinatoria creada en realidad en un individuo, ya que no es probable que todos los VH y VL formen pares entre sí. Más aún, el proceso de recombinación no es del todo aleatorio; no se utilizan con la misma frecuencia todos los segmentos génicos VH, D o VL. Algunos se usan con frecuencia, otros de manera ocasional y algunos más casi nunca.

12 La diversificación de los genes de inmunoglobulina difiere entre las especies la generación de un repertorio primario ocurre principalmente en la médula ósea. Como se expondrá en detalle en el capítulo 11, en la mayoría del resto de los vertebrados se observa una desviación respecto de este patrón. De hecho, la médula ósea no es un sitio de desarrollo de células B, y en aves, conejos, ovinos, bovinos y algunas otras especies, gran parte de este proceso clave ocurre en tejidos linfoides intestinales (GALT). Asimismo, muchas especies utilizan mecanismos distintos (o adicionales) del reordenamiento combinatorio de genes V, (D) y J de la línea germinal para generar un repertorio primario diversifi cado de genes de anticuerpo. Se observan dos diferencias importantes entre muchas otras especies y ser humano y ratón. En primer lugar, algunas especies utilizan sólo un reordenamiento (o unos pocos de ellos) de genes V(D)J de la línea germinal. Esto contrasta con los muchos reordenamientos típicos de seres humanos y ratones. En segundo lugar, en otras especies se emplea la hipermutación somática u otro proceso llamado conversión génica para diversifi car ampliamente los genes reordenados, mientras que en las especies humana y murina el repertorio primario de genes reordenados no es diversifi cado adicionalmente por mutación somática o conversión génica.

13 Bibliografia Dreyer, W. J., and J. C. Bennet. 1965. The molecular basis of antibody formation. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 54:864. Eichmann, K. 2005. Köhler’s Invention. Birkhäuser, Boston. Flajnik, M. F. 2002. Comparative analyses of immunoglobulin genes: Surprises and portents. Nature Reviews Immunology 2:688 Fugmann, S. D., et al. 2000. Th e RAG proteins and V(D)J recombination: Complexes, ends and transposition. Annual Review of Immunology 18:495. Thomas J. Kindt. (2007). Inmunologia Kuby. Mexico: Mac Graw Hil.