Universidad de san carlos de guatemala
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO UNIVERSITARIO METROPOLITANO FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS AREA DE INMUNOLOGÍA Y MICROBIOLOGÍA MÉDICA TERCER AÑO GENÉTICA DE LAS INMUNOGLOBULINAS Dr. Mario Roberto Pinto INTRODUCCIÓN: Para responder a una variedad de antígenos que conforman especialmente a los microorganismos patógenos. El sistema inmune humano es capaz de producir 10³ moléculas de inmunoglobulinas distintas, con una especificidad única para un antígeno determinado. La especificidad al antígeno de los anticuerpos, se determina por la secuencia de los aminoácidos dentro de los dominios variables de las cadenas ligeras y pesadas, que forman el sitio de unión al antígeno. Para producir anticuerpos con especificidades distintas, el sistema inmune debe tener la capacidad genética de producir un número muy grande de secuencias variables en el sitio donde se unen al antígeno. Las secuencias de la región “constante” de las cadenas ligeras y pesadas de una inmunoglobulina dada, son las mismas y no tienen efecto sobre la especificidad del antígeno. En 1975 Tonegawa, revolucionó lo que se pensaba sobre la síntesis de anticuerpos, ya que demostró que los cromosomas heredados carecen por completo de genes de Inmunoglobulina y solo tienen bloques de construcción en los cuales pueden ensamblarse estos genes. El proceso por el cual un precursor de los linfocitos B ensambla un gen de inmunoglobulina, en sus cadenas ligeras y pesadas, la transducción para la formación del RNA mensajero, las bases moleculares de los rearreglos que se producen en las regiones variables, la hipermutación somática y el cambio de cadenas pesadas, forma parte de la respuesta inmune humoral con la producción de anticuerpos funcionales, que se unen con gran afinidad a antígenos y tienen una función biológica definida. En los genes humanos, la información que codifica para una proteína de inmunoglobulina está dispersa a lo largo de la tira de DNA en múltiples segmentos de codificación (exones), separados por regiones del DNA no codificante, (intrones), cuando se transcribe del ADN al RNA, los intrones se retiran de la cadena y los exones se juntan mediante el empalme del RNA (Splicing). Antes que una célula B en desarrollo, pueda iniciar la síntesis de una inmunoglobulina, debe primero fusionar 2 o 3 segmentos de gen para ensamblar un exón de región variable completo. Esta fusión de segmentos de gen, es a través de un proceso muy especializado, que requiere cortar, rearreglar y reunir en tiras de ADN cromosómico. Solo los linfocitos B en desarrollo tienen las enzimas necesarias para realizar dicho trabajo, otras células, aunque tienen el ADN completo, no tienen el equipo enzimático, por lo que no pueden sintetizar inmunoglobulinas. GENES DE LAS CADENAS LIGERAS (L) Las cadenas ligeras son dos; Kappa (K) y Lambda (λ). Los genes de la cadena Kappa, son los más simples y están codificados en el cromosoma 2. El primer gen, denominado gen VL codifica el dominio variable y está contenido por 2 segmentos de gen separados, llamados segmento variable (VK), que codifica alrededor de los primeros 95 aminoácidos y el segmento de unión (JK), que codifica para los siguientes 13 aminoácidos. Estos genes codifican para el exón de la variable. En contraste el exón (CK), de la constante es único y que codifica del 109 al 214. Una vez que se produjo la asociación VL – JL, este segmento queda separado de la región CL por un intrón y es esta configuración la que se transcribe a mRNA. Para producir la cadena liviana completa, luego de la transcripción, el intrón se separa del fragmento VL – JL del que CL, se elimina por una proceso denominado corte y empalme (Splicing) de mRNA. La síntesis de la cadena ligera, se produce en el linfocito Pre-B. La unión V/J se realiza al azar y la diversidad de unión en teoría es de 30 segmentos de VK y 5 de JK forman hasta 150 dominios variables distintos posibles. La cadena ligera Lambda, se origina de un complejo de gen similar en el cromosoma 22. Solo que su posibilidad y la diversidad de dominio variable es distinto, se amplia, pues no tiene un solo gen para la constante como en Kappa, sino 6 diferentes.  GENES DE LA CADENA PESADA (H) Los genes de las cadenas pesadas están localizadas en el cromosoma 14. Cada región constante de cadena pesada se codifica por un agrupamiento de varios exones cortos. La cadena pesada M en la región constante, tiene 5 exones, la IgG e IgA, tienen 4 exones. Las cadenas pesadas se rearreglan en el linfocito Pro-B. En la conformación de la región variable de la cadena pesada, está conformada por tres segmentos de genes V, D y J (variable, diversidad y unión). La primera unión se produce entre diversidad y unión, luego se unen al segmento variable para formar el exón de variable de la pesada (VH), la diversidad de unión es 65 segmentos de genes variables, 10 de diversidad y 6 de unión para un total de 3,900 dominios variables de la cadena pesada posibles. El dominio variable de la cadena pesada (H) está conformado por los genes V/D/J. El proceso de recombinación somática, que produce un dominio variable de la cadena pesada y se produce por corte y empalme del mRNA. Hay un sistema que asegura el ensamblado correcto de los distintos fragmentos génicos durante el proceso de recombinación somática, de manera que un fragmento V se asocie a uno D, pero no con otro gen V. La recombinación solo ocurre entre fragmentos génicos, que se encuentren en un mismo cromosoma y está guiado por secuencias conservadas de DNA no codificante denominado Secuencias Señales de Recombinación (SSR). Las SSR se encuentran adyacentes a los puntos donde se lleva a cabo la recombinación. La unión entre los fragmentos recombinados (VH – DH – JH) es imprecisa y puede ser una fuente adicional de variabilidad para la porción variable de las inmunoglobulinas. El complejo enzimático que actúa para producir la recombinación (VDJ), se conoce con el nombre de recombinasa VDJ. Los productos de los genes RAG-1 y RAG-2 forman parte de esa recombinasa y solo se expresan en linfocitos en desarrollo (Pro y Pre B). Estas enzimas poseen actividad endonucleasa y son las responsables del corte de la cadena ADN. El resto de las enzimas que forman parte de la recombinasa, como la ligasa IV o la enzima DNA-PK, están involucradas en la separación, modificación y plegado del ADN. Las enzimas de separación de la cadena de ADN incrementan aún más la diversidad, ya que son capaces de agregar o eliminar nucleótidos al azar en los sitios de unión de los fragmentos génicos. Los nucleótidos adicionados se conocen con los nombres de nucleótidos P y N. Los nucléotidos P, se adicionan por las enzimas responsables de la separación del ADN y reciben este nombre ya que generan secuencias palandrómicas. Los nucleótidos N, son adicionados sin templado por la enzima TdT (deoxinucleotidil transferasa Terminal) y se encuentran principalmente en las uniones VH-DH y DH-JH. La presencia de nucleótidos N en la cadena L es rara, debido a que la enzima TdT, en los linfocitos B, solo se expresa durante los rearreglos de la cadena H que es previa al rearreglo de la cadena L.  Los dominios variables de las inmunoglobulinas, presentan tres regiones hipervariables denominadas CDR1, CDR2 y CDR3. Tanto en las cadenas L como H, los CDR1 y CDR2, están codificados dentro de los genes V. En la cadena L, el CDR3 es codificado por un segmento ubicado en la unión de los genes VL y JL, en la cadena H, por el segmento génico DH. En ambas cadenas la CDR3 es la que presenta mayor variabilidad debido a la adición y sustracción de nucleótidos que se producen durante la unión de los segmentos génicos. HIPERMUTACIÓN SOMÁTICA La hipermutación somática es un mecanismo por el cual la porción variable de las cadenas pesadas y livianas de la Ig sufren mutaciones puntuales a una tasa muy alta. Como consecuencia, luego de cada mitosis, las células hijas expresan porciones V(D)J diferentes de los linfocitos B que les dio origen. De hecho ninguna otra célula somática posee un nivel de mutación como los centroblastos (centro germinal). Este mecanismo genera anticuerpos de mayor afinidad a medida que progresa la respuesta inmune humoral. Los centrocitos (Linfocitos B) que se originan de los centroblastos, expresan en su membrana Ig mutadas. Esto significa que expresan inmunoglobulinas distintas de las del linfocito B que reconoció por primera vez al antígeno. Como las mutaciones son al azar, muchas de ellas son perjudiciales para la célula B y a veces no se expresan en la membrana por lo que entran en apoptosis y otras veces disminuyen su afinidad por el antígeno que dio origen entrando también en apoptosis, por lo que en esta región del ganglio linfático es rico en macrófagos que eliminan las células apoptósicas.  CAMBIO DE CLASE DE LA CADENA PESADA En cuanto al cambio de isotipo (Switch), es un proceso que ocurre luego del contacto antigénico. Los primeros anticuerpos producidos en una respuesta humoral, siempre son de IgM, pero a medida que progresa la respuesta inmune, comienzan a observarse anticuerpos de igual especificidad, pero de distintos isotipos. Esto se debe a la asociación de la porción VDJ de la cadena pesada (H) con una porción constante diferente a la cadena M a nivel genómico se observa una región con secuencia GAGCT y GGGGGT altamente repetida a la izquierda (upstream) de los genes que codifican cada una de las porciones constantes. Estas regiones llamadas de Switch, son imprescindible para que se produzca la recombinación del DNA. Aunque no se ha identificado con exactitud cuales son las enzimas responsables de la ruptura y religamiento de la hebra de ADN. En ratones se demostró que la enzima citidina desaminasa inducida por activación (AID) que solo se encuentra en linfocitos B activados, si no se expresa, los ratones presentan el síndrome hiper IgM en la cual no pueden cambiar el Isotipo, por lo que probablemente forme parte de este complejo enzimático. Se sabe que el inductor del cambio de cadenas pesadas para el Isotipo son las citoquinas IL4 para IgE, el gamma Interferón para IgG1 e IgG2, para la IgA es el Factor de Transformación de crecimiento Beta y sus receptores existen en los linfocitos B activados por antígeno.  CAMBIO DE ISOTIPO BIBLIOGRAFIA
GENÉTICA DE LAS INMUNOGLOBULINAS Dr. Mario Roberto Pinto Dra. Carmen de Tercero Dr. Fernando Mérida RESUMEN: El ser humano tiene que enfrentar para sobrevivir en un medio ambiente adverso, a los microorganismos que lo rodean. Continuamente se interrelacionan, estableciendo una serie de luchas biológicas. Para lo cual ha desarrollado una respuesta inmune innata y adquirida, por lo que posee una serie de células y moléculas entre las cuales se encuentran los anticuerpos que pertenecen a la inmunidad adquirida. Las células que producen los anticuerpos son las plasmáticas, que a su vez se originan en los linfocitos B maduros que se han originado en la médula ósea, a partir de células madres hamatopoyéticas. Las inmunoglobulinas son moléculas de naturaleza y tienen su origen en los linfocitos B inmaduros. Las inmunoglobulinas tienen cuatro cadenas polipeptídicas: dos ligeras (L) con dominios constituidos por una variable y una constante y dos cadenas pesadas (H), que tienen una región variable y una región constante. Las regiones están formadas por dominios que tienen aproximadamente 110 aminoácidos. Tienen 2 sitios, el FAb, que se une al antígeno y una región que se denomina Fc (factor cristalizable) que le da las características biológicas a la Inmunoglobulinas. Los genes que participan en la síntesis de una inmunoglobulina son: por la cadena ligera una de variable y uno de constantes, por la cadena pesada son un gen de variable y 4 o 5 de la constante. La diversidad de las inmunoglobulinas hacia los diferentes antígenos es de aproximadamente 10³ y el mecanismo utilizado para la misma es el rearreglo genético que se produce en las regiones variables tanto de la cadena pesada como de la ligera. Los segmentos de genes que participan en la región variable de la cadena ligera son dos:1) el de variable y 2) el de unión, formando un único exón (segmento codificado). (VJ) En la cadena pesada, participan 3 segmentos que conforman el gen de la variable: variable, diversidad y unión. (VDJ) El estadio de maduración del linfocito B, en el que se expresan la cadena pesada son: el pro-B y el de la cadena ligera es el pre-B, inicialmente la inmunoglobulina que sintetiza el linfocito B, es IgM y es expresada como inmunoglobulina de membrana en el estadio de Linfocito B inmaduro y maduro. En el ADN las cadenas de las inmunoglobulinas están codificadas: las ligeras en el cromosoma 2 la Kappa y en el cromosoma 22 la Lambda y las cadenas pesadas están codificadas en el cromosoma 14. CAMBIOS GENÉTICOS POST TRANSCRIPCIONALES Los anticuerpos ya elaborados tienen algunos cambios genéticos en el Linfocito B maduro, para mejorar la afinidad hacia el antígeno y es la hipermutación somática y también cambian las regiones constantes de IgM a IgG, IgA e IgE, a lo que se denomina cambio de isotipo. |
