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La recombinación V (D) J es el mecanismo de recombinación somática que ocurre solo en los linfocitos en desarrollo durante las primeras etapas de la maduración de las células T y B. Da lugar a un repertorio muy diverso de anticuerpos / inmunoglobulinas y receptores de células T (TCR) que se encuentran en las células B y las células T , respectivamente. El proceso es una característica definitoria del sistema inmunológico adaptativo .

La recombinación V (D) J en los mamíferos ocurre en los órganos linfoides primarios ( médula ósea para las células B y timo para las células T) y de forma casi aleatoria reordena la variable (V), la unión (J) y, en algunos casos, la diversidad ( D) segmentos de genes. En última instancia, el proceso da como resultado nuevas secuencias de aminoácidos en las regiones de unión a antígenos de inmunoglobulinas y TCR que permiten el reconocimiento de antígenos de casi todos los patógenos, incluidas bacterias , virus , parásitos y gusanos , así como "células propias alteradas", como se ve en cáncer . El reconocimiento también puede ser de naturaleza alérgica (p. ej., al polen u otros alérgenos ) o pueden coincidir con los tejidos del huésped y dar lugar a autoinmunidad .

En 1987, Susumu Tonegawa recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina "por su descubrimiento del principio genético para la generación de diversidad de anticuerpos". [1]

Antecedentes [ editar ]

Las moléculas de anticuerpos humanos (incluidos los receptores de células B ) están compuestas por cadenas pesadas y ligeras, cada una de las cuales contiene regiones tanto constantes (C) como variables (V), codificadas genéticamente en tres loci :

Cada gen de cadena pesada o de cadena ligera contiene múltiples copias de tres tipos diferentes de segmentos de genes para las regiones variables de las proteínas del anticuerpo. Por ejemplo, la región de la cadena pesada de inmunoglobulina humana contiene 2 segmentos de genes constantes (Cμ y Cδ) y 44 segmentos de genes variables (V), más 27 segmentos de genes de diversidad (D) y 6 segmentos de genes de unión (J). [2] Los genes de la cadena ligera poseen un solo (Cκ) o cuatro (Cλ) segmentos de genes constantes con numerosos segmentos de genes V y J, pero no tienen segmentos de genes D. [3] El reordenamiento del ADN hace que una copia de cada tipo de segmento génico entre en cualquier linfocito dado, generando un enorme repertorio de anticuerpos; son posibles aproximadamente 3 × 10 11 combinaciones, aunque algunas se eliminan debido a la autorreactividad.

La mayoría de los receptores de células T se componen de una cadena alfa variable y una cadena beta. Los genes del receptor de células T son similares a los genes de inmunoglobulina en que también contienen múltiples segmentos de genes V, D y J en sus cadenas beta (y segmentos de genes V y J en sus cadenas alfa) que se reorganizan durante el desarrollo del linfocito para proporcionar a esa célula un receptor de antígeno único. En este sentido, el receptor de células T es el equivalente topológico de un fragmento de unión a antígeno del anticuerpo, y ambos forman parte de la superfamilia de inmunoglobulinas.

Se previene una respuesta autoinmune al eliminar las células que reaccionan por sí mismas. Esto ocurre en el timo al probar la célula contra una serie de autoantígenos expresados ​​a través de la función del regulador autoinmune (AIRE). El locus de la cadena ligera lambda de inmunoglobulina contiene genes que codifican proteínas que pueden perderse con su reordenamiento. Esto se basa en un mecanismo fisiológico y no es patogénico de leucemias o linfomas. Una célula persiste si crea un producto exitoso que no reacciona automáticamente; de ​​lo contrario, se poda mediante apoptosis .

Inmunoglobulinas [ editar ]

Descripción general simplista de la recombinación V (D) J de cadenas pesadas de inmunoglobulina

Cadena pesada [ editar ]

En la célula B en desarrollo , el primer evento de recombinación que ocurre es entre un segmento del gen D y uno J del locus de la cadena pesada. Se elimina cualquier ADN entre estos dos segmentos de genes. Esta recombinación de DJ es seguida por la unión de un segmento del gen V, de una región aguas arriba del complejo DJ recién formado, formando un segmento del gen VDJ reordenado. Todos los demás segmentos de genes entre los segmentos V y D ahora se eliminan del genoma de la célula. Se genera una transcripción primaria (ARN sin empalmar) que contiene la región VDJ de la cadena pesada y las cadenas mu y delta constantes (C μ y C δ ). (es decir, la transcripción primaria contiene los segmentos: VDJC μ -C δ). El ARN primario se procesa para agregar una cola poliadenilada (poli-A) después de la cadena C μ y para eliminar la secuencia entre el segmento VDJ y este segmento génico constante. La traducción de este ARNm conduce a la producción de la proteína de cadena pesada IgM .

Cadena ligera [ editar ]

Las cadenas kappa (κ) y lambda (λ) de los loci de la cadena ligera de inmunoglobulina se reorganizan de una manera muy similar, excepto que las cadenas ligeras carecen de un segmento D. En otras palabras, el primer paso de la recombinación de las cadenas ligeras implica la unión de las cadenas V y J para dar un complejo VJ antes de la adición del gen de cadena constante durante la transcripción primaria. La traducción del ARNm empalmado para las cadenas kappa o lambda da como resultado la formación de la proteína de cadena ligera Ig κ o Ig λ.

El ensamblaje de la cadena pesada de Ig μ y una de las cadenas ligeras da como resultado la formación de la forma unida a la membrana de la inmunoglobulina IgM que se expresa en la superficie de la célula B inmadura.

Receptores de células T [ editar ]

Durante el desarrollo de los timocitos , las cadenas del receptor de células T (TCR) experimentan esencialmente la misma secuencia de eventos de recombinación ordenada que la descrita para las inmunoglobulinas. La recombinación D-a-J ocurre primero en la cadena β del TCR. Este proceso puede implicar la unión del segmento del gen D β 1 a uno de los seis segmentos J β 1 o la unión del segmento del gen D β 2 a uno de los seis segmentos J β 2. [3] La recombinación de DJ se sigue (como antes) con reordenamientos V β -a-D β J β . Todos los segmentos de genes entre V β -D β -J βSe eliminan los segmentos de genes en el complejo recién formado y se sintetiza la transcripción primaria que incorpora el gen de dominio constante (V β -D β -J β -C β ). La transcripción del ARNm corta y empalma cualquier secuencia intermedia y permite la traducción de la proteína de longitud completa para la cadena β de TCR.

El reordenamiento de la cadena alfa (α) del TCR sigue al reordenamiento de la cadena β y se asemeja al reordenamiento V-a-J descrito para las cadenas ligeras de Ig (ver más arriba). El conjunto de las cadenas beta y alpha resultado la formación de la αβ-TCR que se expresa en una mayoría de células T .

Mecanismo [ editar ]

Enzimas y componentes clave [ editar ]

El proceso de recombinación V (D) J está mediado por la recombinasa VDJ, que es una colección diversa de enzimas. Las enzimas clave involucradas son los genes de activación de recombinación 1 y 2 (RAG), la desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT) y la nucleasa de Artemis , un miembro de la ruta ubicua de unión de extremos no homólogos (NHEJ) para la reparación del ADN. [4] Se sabe que varias otras enzimas están involucradas en el proceso e incluyen la proteína quinasa dependiente del ADN (ADN-PK), la proteína de complemento cruzado de reparación de rayos X 4 (XRCC4), la ligasa de ADN IV , la unión de extremos no homólogos factor 1(NHEJ1; también conocido como Cernunnos o factor similar a XRCC4 [XLF]), el recientemente descubierto Paralog de XRCC4 y XLF (PAXX), y ADN polimerasas λ y μ. [5] Algunas enzimas implicadas son específicas de los linfocitos ( p . Ej. , RAG, TdT), mientras que otras se encuentran en otros tipos de células e incluso de forma ubicua ( p . Ej. , Componentes NHEJ).

Para mantener la especificidad de la recombinación, la recombinasa V (D) J reconoce y se une a secuencias señal de recombinación (RSS) que flanquean los segmentos de genes variables (V), diversidad (D) y unión (J). Los RSS se componen de tres elementos: un heptámero de siete nucleótidos conservados, una región espaciadora de 12 o 23 pares de bases de longitud y un nonámero de nueve nucleótidos conservados. Si bien la mayoría de los RSS varían en secuencia, las secuencias de heptámero y nonamero de consenso son CACAGTG y ACAAAAACC, respectivamente; y aunque la secuencia de la región espaciadora está poco conservada, la longitud está muy conservada. [6] [7]La longitud de la región espaciadora corresponde aproximadamente a una (12 pares de bases) o dos vueltas (23 pares de bases) de la hélice de ADN. Siguiendo lo que se conoce como la regla 12/23, los segmentos de genes que se van a recombinar suelen ser adyacentes a los RSS de diferentes longitudes de espaciador ( es decir , uno tiene un "12RSS" y el otro un "23RSS"). [8] Esta es una característica importante en la regulación de la recombinación V (D) J. [9]

Proceso [ editar ]

La recombinación V (D) J comienza cuando la recombinasa V (D) J (a través de la actividad de RAG1) se une a un RSS que flanquea un segmento de gen codificante (V, D o J) y crea una muesca de una sola hebra en el ADN entre la primera base del RSS (justo antes del heptámero) y el segmento de codificación. Esto es esencialmente neutro desde el punto de vista energético (sin necesidad de hidrólisis de ATP ) y da como resultado la formación de un grupo hidroxilo 3 'libre y un grupo fosfato 5' en la misma hebra. El grupo hidroxilo reactivo es posicionado por la recombinasa para atacar el enlace fosfodiéster de la hebra opuesta, formando dos extremos de ADN: una horquilla (tallo-bucle) en el segmento de codificación y un extremo romo en el segmento de señal. [10]El modelo actual es que el corte de ADN y la formación de horquillas ocurren en ambas hebras simultáneamente (o casi) en un complejo conocido como centro de recombinación . [11] [12] [13] [14]

Los extremos romos de la señal se ligan juntos para formar una pieza circular de ADN que contiene todas las secuencias intermedias entre los segmentos codificantes conocidos como unión de señal (aunque de naturaleza circular, esto no debe confundirse con un plásmido ). Aunque originalmente se pensaba que se perdían durante las sucesivas divisiones celulares, existen pruebas de que las articulaciones señalizadoras pueden volver a entrar en el genoma y provocar patologías al activar oncogenes o interrumpir las funciones del gen supresor de tumores [Ref].

Los extremos de codificación se procesan aún más antes de su ligamiento por varios eventos que finalmente conducen a la diversidad de unión. [15] El procesamiento comienza cuando el ADN-PK se une a cada extremo del ADN roto y recluta varias otras proteínas, incluidas Artemis, XRCC4, ADN ligasa IV, Cernunnos y varias ADN polimerasas. [16] DNA-PK forma un complejo que conduce a su autofosforilación , lo que resulta en la activación de Artemis. Las horquillas de codificación final se abren por la actividad de Artemis. [17] Si se abren en el centro, resultará un extremo de ADN desafilado; sin embargo, en muchos casos, la apertura está "descentrada" y resulta en bases extra que quedan en una hebra (un saliente). Estos se conocen como nucleótidos palindrómicos (P) debido a lanaturaleza palindrómica de la secuencia producida cuando las enzimas reparadoras del ADN resuelven el saliente. [18] El proceso de apertura de horquilla de Artemis es un paso crucial de la recombinación V (D) J y es defectuoso en el modelo de ratón de inmunodeficiencia combinada severa (scid) .

A continuación, XRCC4, Cernunnos y DNA-PK alinean los extremos del ADN y reclutan la desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT), una ADN polimerasa independiente de la plantilla que añade nucleótidos sin plantilla (N) al extremo codificante. La adición es mayoritariamente aleatoria, pero TdT muestra preferencia por los nucleótidos G / C. [19] Como ocurre con todas las ADN polimerasas conocidas, la TdT agrega nucleótidos a una hebra en una dirección de 5 'a 3'. [20]

Por último, las exonucleasas pueden eliminar bases de los extremos codificantes (incluidos los nucleótidos P o N que puedan haberse formado). Las ADN polimerasas λ y μ luego insertan nucleótidos adicionales según sea necesario para que los dos extremos sean compatibles para la unión. Este es un proceso estocástico, por lo tanto, puede ocurrir cualquier combinación de la adición de nucleótidos P y N y eliminación exonucleolítica (o ninguna). Finalmente, los extremos codificantes procesados ​​se ligan mediante ADN ligasa IV. [21]

Todos estos eventos de procesamiento dan como resultado un paratopo que es muy variable, incluso cuando se recombinan los mismos segmentos de genes. La recombinación V (D) J permite la generación de inmunoglobulinas y receptores de células T para antígenos que ni el organismo ni sus antepasados ​​necesitan haber encontrado previamente, lo que permite una respuesta inmune adaptativa a nuevos patógenos que se desarrollan oa aquellos que con frecuencia cambio ( por ejemplo , influenza estacional ). Sin embargo, una advertencia importante para este proceso es que la secuencia de ADN debe permanecer en el marcopara mantener la secuencia correcta de aminoácidos en el producto proteico final. Si la secuencia resultante está fuera de marco, el desarrollo de la célula se detendrá y la célula no sobrevivirá hasta la madurez. La recombinación V (D) J es, por tanto, un proceso muy costoso que debe (y está) estrictamente regulado y controlado.

Ver también [ editar ]

  • Receptor de células B
  • Receptor de células T
  • Instituto de Inmunología de Basilea
  • Charles M. Steinberg
  • Célula NKT
  • Gen activador de la recombinación

Referencias [ editar ]

  1. ^ "El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1987" . nobelprize.org . Consultado el 26 de diciembre de 2014 .
  2. ^ Li A, Rue M, Zhou J, et al. (Junio ​​de 2004). "Utilización de la variable de cadena pesada de Ig, diversidad y unión de segmentos de genes en niños con leucemia linfoblástica aguda de linaje B: implicaciones para los mecanismos de recombinación de VDJ y para la patogénesis" . Sangre . 103 (12): 4602–9. doi : 10.1182 / blood-2003-11-3857 . PMID 15010366 . 
  3. ↑ a b Abbas, Abul K. (2018). "Desarrollo de linfocitos y reordenamiento del gen receptor de antígeno". Inmunología celular y molecular (9ª ed.). Filadelfia, PA: Elsevier. ISBN 978-0-323-47978-3.
  4. ^ Ma, Yunmei; Lu, Haihui; Schwarz, Klaus; Lieber, Michael (septiembre de 2005). "Reparación de roturas de ADN de doble hebra por la vía de unión del extremo del ADN no homólogo humano: el modelo de procesamiento iterativo" . Ciclo celular . 4 (9): 1193-1200. doi : 10.4161 / cc.4.9.1977 . PMID 16082219 . 
  5. ^ Malu, Shruti; Malshetty, Vidyasagar; Francis, Dailia; Cortes, Patricia (2012). "Papel de la unión de extremos no homólogos en la recombinación V (D) J". Investigación inmunológica . 54 (1–3): 233–246. doi : 10.1007 / s12026-012-8329-z . PMID 22569912 . 
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  7. ^ Cowell, Lindsay; Dávila, Marco; Ramsden, Dale; Kelsoe, Garnett (2004). "Herramientas computacionales para comprender la variabilidad de secuencia en señales de recombinación". Revisiones inmunológicas . 200 : 57–69. doi : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00171.x . PMID 15242396 . 
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  12. ^ Curry, John; Geier, Jamie; Schlissel, Mark (2005). "Nicks de secuencia de señal de recombinación de una sola hebra in vivo: evidencia de un modelo de captura de Synapsis". Inmunología de la naturaleza . 6 (12): 1272-1279. doi : 10.1038 / ni1270 . PMID 16286921 . 
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  15. ^ Lewis, Susanna (1994). El mecanismo de unión V (D) J: lecciones de los análisis moleculares, inmunológicos y comparativos . Avances en inmunología . 56 . págs. 27-150. doi : 10.1016 / s0065-2776 (08) 60450-2 . ISBN 9780120224562. PMID  8073949 .
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  17. ^ Ma, Yunmei; Schwarz, Klaus; Lieber, Michael (2005). "La Artemisa: la endonucleasa de ADN-PKcs corta los bucles, las aletas y los huecos de ADN". Reparación de ADN . 4 (7): 845–851. doi : 10.1016 / j.dnarep.2005.04.013 . PMID 15936993 . 
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Lectura adicional [ editar ]

  • Hartwell LH, Hood L, Goldberg ML, Reynolds AE, Silver LM, Veres RC (2000). Capítulo 24, Evolución a nivel molecular. En: Genética . Nueva York: McGraw-Hill. págs. 805–807. ISBN 978-0-07-299587-9.
  • V (D) J Recombinación. Serie: Avances en Medicina y Biología Experimentales, Vol. 650 Ferrier, Pierre (Ed.) Landes Bioscience 2009, XII, 199 p. ISBN 978-1-4419-0295-5