Wiki/Genetika/Imunogenetika

Somatska rekombinacija i raznolikost antitijela

Sve dosadašnje stranice ove baze koje pominju "rekombinaciju" - krosingover tokom mejoze, gensko sprezanje, HLA haplotip nasljeđivanje na prethodnoj stranici - govore o promjenama koje se dešavaju u GAMETAMA i prenose se na sljedeću generaciju. V(D)J rekombinacija, opisana ovdje, koristi isti riječ "rekombinacija" za potpuno drugačiji proces: dešava se u SOMATSKIM ćelijama (razvijajućim B i T limfocitima) unutar jedne osobe, i ne prenosi se na potomstvo - ista distinkcija somatsko/germinativno koja je već uspostavljena na stranici o mutacijama gena, ovdje primijenjena na rearanžman cijelih genskih segmenata umjesto na promjenu pojedinačnih baza.

Šta se rearanžira. Gen za imunoglobulinski (antitijelni) lanac se ne nasljeđuje kao gotov, jedinstven slijed - nasljeđuje se kao skup ODVOJENIH genskih segmenata: varijabilni (V), spajajući (J), i kod teškog lanca dodatno diverzitetni (D) segment. Tokom ranog razvoja limfocita, u svakoj pojedinačnoj ćeliji se nasumično odabere po jedan segment svake vrste i oni se fizički spoje u jedan funkcionalan gen - taj proces se zove V(D)J rekombinacija. Odvija se isključivo u primarnim limfoidnim organima - koštanoj srži za B limfocite, timusu za T limfocite.

RAG1 i RAG2. Enzimi koji pokreću ovaj proces, RAG1 i RAG2 (recombination-activating genes), eksprimiraju se isključivo u limfocitima koji su u tom trenutku zauzeti sklapanjem svog antigenskog receptora - "molekularne makaze" specifične za ovaj jedan zadatak, ne opšti alat za rekombinaciju DNK.

Zašto ograničen broj segmenata daje ogroman repertoar. Svaka osoba nasljeđuje relativno mali, fiksan broj V, D i J segmenata - ali pošto se u svakoj pojedinačnoj ćeliji bira DRUGA kombinacija tih segmenata (kombinatorna raznolikost), i pošto se na samim spojevima između odabranih segmenata dodaju i brišu nasumični nukleotidi tokom spajanja (spojna raznolikost), ukupan mogući repertoar antitijela daleko premašuje broj nasljeđenih genskih segmenata - iz svega nekoliko desetina do stotina naslijeđenih segmenata nastaje repertoar reda veličine miliona do stotina milijardi različitih mogućih antitijela, zavisno od toga koliko se mehanizama uračuna. Ključno je razumjeti razliku: kombinatorna raznolikost je pitanje KOJI segmenti se biraju, spojna raznolikost je pitanje ŠTA se dešava NA SPOJU odabranih segmenata - dva odvojena doprinosa ukupnoj raznolikosti, ne isti mehanizam dvaput izbrojan.

T-ćelijski receptor - ista logika, drugi geni. Analogan proces, koji koristi isti RAG1/RAG2 mehanizam ali druge genske segmente, generiše i raznolikost T-ćelijskog receptora (TCR) u T limfocitima. Ovo direktno povezuje ovu stranicu sa prethodnom: T ćelije prepoznaju peptide prezentovane na HLA/MHC molekulima upravo preko svog TCR-a, čija se raznolikost gradi istim V(D)J mehanizmom kao antitijela B limfocita.

Česta zabuna

Termin "rekombinacija" ovdje NIJE ista pojava kao mejotski krosingover opisan na stranici o rekombinaciji i genskom sprezanju. Krosingover se dešava tokom mejoze, mijenja gamete, i prenosi se na potomstvo. V(D)J rekombinacija se dešava u somatskim ćelijama (limfocitima) tokom razvoja jedne osobe, mijenja samo tu ćeliju i njene potomke (klon te ćelije), i NIKAD se ne prenosi na djecu te osobe - isti dijete će morati iznova, samostalno, generisati sopstveni repertoar antitijela kroz sopstveni V(D)J proces.

Klinička korelacija

Poremećaji u RAG1/RAG2 genima ili drugim komponentama V(D)J mehanizma su uzrok težih oblika teške kombinovane imunodeficijencije (SCID) - bez funkcionalne V(D)J rekombinacije, B i T limfociti ne mogu sklopiti funkcionalne antigenske receptore, pa se imuni sistem ne može razviti normalno, uprkos tome što su svi ostali dijelovi genoma potpuno uredni.

Izvori
  • NCBI Bookshelf, Immunobiology (Janeway) - "The generation of diversity in immunoglobulins" - primarni izvor za RAG1/RAG2 mehanizam, V-D-J spajanje, kombinatornu raznolikost
  • OpenStax Biology, 2. izdanje, pog. 42.3 (Antibodies) - pojednostavljen prikaz V-J rekombinacije lakog lanca
  • Wikipedia: "V(D)J recombination" - spojna raznolikost, TCR paralela