Genetika Ig, B a T receptorů

Rozpoznání cizího antigenu je umožněno existencí dvou typů molekul fungujících jako receptor:

• receptor T buněk,
• receptor B buněk a odvozené imunoglobuliny.

Imunoglobuliny – Ig

Glykoproteiny vyskytující se jako:

1. zakotvené v plazmatické membráně B-lymfocytů jako tzv. membránové nebo povrchové Ig (mIg) tvořící receptor,
2. volně přítomné v krvi, lymfě i tkáňových tekutinách.

Kontakt mezi mIg a cizím antigenem je nutný pro indukci tvorby volných protilátek. Většina receptorů B lymfocytů je tvořena Ig typu IgM a IgD.

Receptory T buněk (TCR)

Struktura TCR

TCR heterodimery jsou asociovány s přídatnými polypeptidy, s nimiž vytvářejí TCR-komplex = skupina 3−5 polypeptidů, které jsou nutné k expresi TCR na povrchu T lymfocytu a k přenosu signálu do nitra buňky. Heterodimer složený z 2 polypeptidových řetězců:

• 95 % – α a β řetězce (TCR2),
• 5 % – γ a δ řetězce (TCR1).

TCR2

TCR2 řetězce α a β jsou transmembránové polypeptidy, složené z externí části, která je zakotvena v plazmatické membráně transmembránovou částí a krátkou cytoplazmatickou oblastí.

Genetika B receptorů

Schopnost imunitního systému rozpoznávat antigeny závisí na molekulách tvořících receptor na B a T lymfocytech; obě buněčné populace mohou rozeznat obrovské množství antigenů. Buněčné a molekulární procesy vedoucí k této rozmanitosti jsou u obou typů receptorů následovné:

V prvé řadě jsou to změny, které se nahromadily v průběhu evoluce a jsou předávány z generace na generaci, kdy původní gen, byl „namnožen“ procesem opakovaných duplikací. Zároveň probíhaly mutace, které tyto geny rozrůznily, takže nejsou přesnými kopiemi původního genu (tak vznikla tzv. genová rodina). Zůstaly-li tyto rozrůzněné geny uložené v jedné chromozomové oblasti, vytvářejí genový komplex – ten obsahuje mnoho genů nebo segmentů, které kódují variabilní oblasti a pouze jeden nebo několik málo segmentů kódují konstantní oblast. V rámci komplexu pak v somatických buňkách probíhají další změny (somatická diverzifikace), které se ovšem na potomstvo nepřenášejí (jedná se o různé přestavby genů komplexu v jednotlivých buňkách, jejichž výsledkem je definitivní úsek DNA, kódující konkrétní receptor).

Genetika B receptorů

Ig receptory B lymfocytu

Řetězce imunoglobulinů jsou kódovány třemi genovými komplexy:

• IgH – pro těžký řetězec (chromozom 14),
• IgK a IgL pro lehké řetězce κ [kappa] (chromozom 2) a λ [lambda] (chromozom 22).

IgK komplex

Genový komplex, skládající se ze tří oblastí:

• variabilní (VK),
• spojovací (JK),
• konstantní (CK).

Konstantní oblast spojuje 1 gen, ostatní jsou tvořeny větším počtem genů. Každý V gen má 2 exony, oddělené krátkým intronem. První exon determinuje tzv. vedoucí sekvenci polypeptidu, která je potřebná pro transport protilátky endomembránovým systémem buňky. Druhý exon kóduje variabilní část protilátky.

Každý lymfocyt obsahuje více než 100 segmentů IgK, z nich však pouze tři jsou překládány do jazyka bílkoviny: jeden z VK genů, jeden z JK genů a CK gen, což je umožněno tím, že v průběhu vývoje B lymfocytu dochází k přestavbě segmentů. 1 z genů VK je spojen s 1 z genů JK a dochází k deleci DNA, která je uložena mezi vybranými geny. Takto přestavěné geny jsou transkribovány do mRNA včetně sekvencí mezi kombinací VK – JK a segmentem CK. V rámci posttranskripčních úprav jsou tyto sekvence vyštěpeny jako introny. Zralá mRNA obsahuje specifickou kombinaci V–J spojenou C segmentem.

Delece „nadbytečné“ DNA během několika přestaveb genů je umožněna existencí V i J. Označuje se jako somatická mutace.

IgL komplex

Genový komplex odlišného uspořádání. Kromě mnoha genů Vλ genů obsahuje 6 genů Cλ. Každý C gen má svůj vlastní segment J. V průběhu přestaveb se kombinuje kterýkoli z V-genů s některým z páru J-C. Každý lymfocyt nese informaci pro oba typy lehkých řetězců. Imunoglobuliny produkované jednou buňkou však mají buď κ nebo λ řetězec, nikdy oba současně. Tento jev se nazývá alelická exkluze.

IgH komplex

Složitý komplex, obsahující u člověka nejméně 100V, 20D a 5J segmentů. Oblast C se zde skládá z několika segmentů – Cμ,Cδ,Cγ,Cε,Cα. Podle toho, který C gen je funkční, lze vzniklý imunoglobulin zařadit do třídy (Cμ – IgM,Cδ – IgD, atd.)

Kroky přestavby: spojení DH s jedním JH genem. K tomuto spojení je následovně přemístěn jeden z VH genů. Po ukončení uspořádání těchto segmentů dochází k jejich transkripci, která pokračuje směrem k oblasti C, k Cμ genu. Transkripce se zastaví, a výsledkem je primární transkript, z něhož jsou vystříhány všechny nekódující sekvence. Po translaci se v buňce vytvářejí těžké řetězce μ, které asociují s lehkými řetězci a kompletní molekula IgM je vystavena na buněčném povrchu. Některé primární transkripty obsahují informaci Cμ i Cδ. Oblast Cμ je vystřižena a po translaci buňka vytváří těžké řetězce δ a kompletní molekuly IgD. Všechny tyto procesy probíhají během vývoje lymfocytu z prekurzorů ve zralé B buňky a pak se zastaví. Po setkání B lymfocytu s antigenem pokračují během jeho proliferace přestavby na úrovni DNA.

Alelická exkluze

Každá protilátka se skládá ze 2 identických těžkých a 2 identických lehkých řetězců κ nebo λ. Ig molekuly produkované jednou buňkou mají stejnou specifitu pro antigen, mají identické V-oblasti. V každém B-lymfocytu je tedy aktivní genový komplex Ig pouze jednoho z chromozomů 2 nebo 22 (pro lehké řetězce) a jednoho z chromozomů 14 (pro těžké řetězce); ostatní Ig genové komplexy homologních chromozomů jsou vyloučeny z funkce – nedochází u nich k přestavbám segmentů ani k transkripci = tzv. alelická exkluze (jedna alela z páru není aktivní).

Variabilita Ig

Obrovská variabilita protilátek je umožněna třemi mechanismy:

• pokud předpokládáme, že se segmenty V, D a J mohou kombinovat náhodně, pak může vzniknout řádově 10⁷ různých kombinací (lze tedy rozlišit 10⁷ různých antigenů),
• možnost nepřesného napojování konců segmentů při procesu jejich spojování; některé nukleotidy mohou být deletovány nebo insertovány,
• somatické mutace, které se uplatňují v době, kdy B-lymfocyt stimulovaný antigenem začne proliferovat; během replikace DNA se mohou vyskytnout chyby, které mohou uniknout reparačním mechanismům.

Genetika T receptorů

T receptor je kódován třemi genovými komplexy:

• TCR-α uložený na 14. chromozomu,
• TCR-β na 7. chromozomu,
• TCR-γ na 7. chromozomu.

Geny pro δ-řetězec (TCR- δ) jsou vmezeřeny mezi geny TCR-α.

Genový komplex TCR-α je složený ze 3 oblastí: variabilní (Vα), spojovací (Jα) a konstantní (Cα). C-oblast obsahuje 1 gen, ostatní jsou tvořeny velkým množstvím genů. Pořadí oblastí je V-J-C. V komplexu TCR-β je navíc ještě segment D s jiným uspořádáním genů. Úsek D-J-C je zde duplikován: Vn-D1-J1-C1-D2-J2-C2. Každý lymfocyt pak obsahuje několik stovek segmentů TCR, z nichž však pouze 7 je přeloženo do proteinů: 1Vα, 1Jα a 1Cα; 1Vβ, 1Dβ, 1Jβ a 1Cβ. Vzniknou tak 2 polypeptidické řetězce α a β, tvořící receptor v plazmatické membráně.

V průběhu vývoje T-lymfocytu dojde k přestavbě segmentů následujícím způsobem:

Jeden z genů Vα je spojen s jedním z genů Jα a dojde k deleci DNA, která je uložena mezi vybranými geny. V rámci jednoho z duplikovaných úseků D-J-C se spojí jeden gen Dβ s jedním z genů Vβ, opět dochází k deleci úseků DNA. Takto přestavěné geny jsou transkribovány do mRNA, vyštěpeny introny a dokončeny úpravy ve zralou mRNA; delece „nadbytečné“ DNA během přestaveb genů je umožněná existencí signálních sekvencí, které obklopují každý segment V, D i J.

Signální sekvence jsou tvořeny:

• heptamery – palindromní sekvence 7 párů bazí: CACAGTG (GTGTCAC),
• mezerníky – skládají se buď přímo z 12 nebo 23 nukleotidů,
• nonamery – sekvence 9 nukleotidů, která je charakteristická přítomností několika A na jednom a několika T na druhém vlákně DNA: ACACAAACC (TGTGTTTGG).

Mezerníky

Liší se délkou a zabraňují napojení dvou genů ze stejné oblasti (2J genů, 2V genů, atd.). Při párování platí totiž pravidlo 23/12, tzn. že úsek, který v mezerníku obsahuje 23 nukleotidů se může párovat pouze s úsekem s 12 nukleotidy v mezerníku. Tímto způsobem se do těsného sousedství může dostat kterýkoli z V-genů s kterýmkoli z J a D genů. DNA uložená mezi nimi vytváří jednovláknové smyčky, které jsou vystřiženy a sousední segmenty spojeny.

Tyto signální sekvence jsou umístěny na 3´ konci každého V-genu, na obou koncích D segmentu a na 5´ konci každého J-genu. V rámci jednoho řetězce DNA může pak dojít k párování signálních sekvencí některého z V-genů s některým J-genem a D-segmentem (párování se týká heptamerů a nonamerů).

Odkazy

Související články

• Imunoglobuliny
• T-lymfocyty
• B-lymfocyty
• Genetická kontrola imunitní odpovědi
• Imunokompetentní buňky
• Hlavní histokompatibilitní komplex‎

Zdroj

• ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 11. 2. 2010]. <http://www.stefajir.cz>.