Genética Bioquímica

Genética Bioquímica
Imunogenética
É a base molecular da diversidade da resposta imune adaptativa.
Os genes de anticorpos e de receptores de células T são estocados
como segmentos gênicos na linhagem germinativa, sendo
arranjados durante a diferenciação a partir de células básicas da
medula óssea.
Cada indivíduo é um mosaico em relação à organização dos genes de
Ig e RcT – escolha dos segmentos gênicos é célula-específica.
Rearranjos genômicos em Linfócitos B
(Recombinação V(D)J)
• Cadeias leve lambda (22q11) – montada a partir de dois segmentos
gênicos.
• Cadeias leves kappa (2p13) – montadas a partir de três
segementos gênicos.
• Cadeias pesadas (14q32) – montadas a partir de quatro segmentos
gênicos.
Rearranjo de genes da cadeia leve lamba
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Dois segmentos gênicos:
– LV
– JC
Humanos:
– ~300 segmentos LV diferentes
– 9 segmentos JC (seis funcionais)
Junção de um segmentos LV com um segmento JC por recombinação
somática e deleção do DNA intercalar durante a diferenciação do linfócito B.
Qualquer segmento LV pode se juntar a qualquer segmento JC.
Os segmentos gênicos individuais são compostos de éxons e íntrons.
Gene LVJC montado – dois íntrons entre L e V e um entre J e C.
Remoção dos íntrons do transcrito primário ocorre durante o processamento
do mRNA e o peptídeo líder é removido durante o transporte do polipeptídio
pela membrana do RER.
Rearranjo de genes da cadeia leve kappa
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Três segmentos gênicos:
– LV
– J
– C
Humanos:
– ~300 segmentos LV diferentes
– 5 segmentos J (situados entre os segmentos LV e C)
– 1 segmento C
Junção de um segmentos LV com um segmento J e o único segmento
C por recombinação somática e deleção do DNA intercalar durante a
diferenciação do linfócito B.
Gene LVJC montado – região não-codificante é removido do transcrito
primário durante o processamento do mRNA e o peptídeo líder é removido
durante o transporte do polipeptídio pela membrana do RER.
Rearranjo de genes da cadeia pesada (, , ,  e )
Quatro segmentos gênicos:
– LHVH
– D
– JH
– CH
Humanos
– ~300 segmentos LHVH diferentes
– 25 segmentos D diferentes
– 6 segmentos JH
– 1-4 segmentos CH diferentes para cada classe de Ig
Região variável da cadeia pesada especificada por segmentos gênicos
separados LHVH, D e JH se unem a um segmento CH no desenvolvimento
do linfócito B
Rearranjos consecutivos para formar um segmento LHVHDJHCH
– Primeiro um segmento D se junta a um segmento JH
– Depois um segmento LHVH se junta ao arranjo DJH
– Posteriormente, o segmento CH é incorporado à seqüência LHVHDJH
Gene LHVHDJHCH montado – região não-codificante é removido do transcrito
primário durante o processamento do mRNA e o peptídeo líder é removido
durante o transporte do polipeptídio pela membrana do RER
Controle dos eventos de recombinação somática
Presença de sinais específicos de junção V-J, V-D e D-J – formação de
estruturas “haste e alça” – segmentos gênicos LV e J ou LVD e J
colocados em justaposição para união
Participação de RAG1 e RAG2 (recombination-activating gene)
Diversidade de anticorpos gerada pela união combinatória de
segmentos gênicos diferentes:
• Cadeia leve lambda
– ~300 segmentos LV
– 6 segmentos JC
• Cadeia leve kappa
– ~300 segmentos LV
– 5 segmentos J
• Cadeia pesada
– ~300 segmentos LHVH
– 25 segmentos D
– 6 segmentos JH
1800 tipos
1500 tipos
45000 tipos
Total: 3300 (=1500+1800) cadeias leves diferentes e 45000 cadeias
pesadas diferentes = 148.500.000 de anticorpos diferentes
Diversidade adicional
Análise molecular de genes de anticorpos – especificidade e
diversidade também são gerados por outros mecanismos:
• Uso de sítios alternativos de recombinação durante os eventos
de junção dos segmentos gênicos
• Nos genes das cadeias pesadas, inserções de nucleotídeos,
produzidas pela transferase desoxinucleotidil terminal (TdT),
ocorrem nos pontos de junção entre os segmentos V, D e J
• Nas regiões variáveis podem ocorrer substituições de nucleotídeos
por hipermutação somática – regiões hipervariáveis (aprox.
1 nt x gene-1 x divisão celular-1).
Contudo, processo que geram diversidade podem aumentar o risco de
que dois segmentos se liguem de uma forma imprópria, resultando
em um gene não-funcional.
Resumindo, diversidade pode ser gerada por:
• Combinação entre cadeias leves e pesadas;
• Existência de centenas de genes V e vários genes D e J;
• Combinação aleatória entre os genes V e J (cadeias leve) e V, D e J
(cadeias pesadas);
• Diversidade juncional, criada pela junção imprecisa e pela inserção
aleatória na cadeia pesada de nucleotídeos entre os elementos V e
D ou D e J recombinantes;
• Ocorrência de mutações somáticas na região hipervariável;
Mudança de classe de anticorpo
Inicialmente todas as Igs são IgM – proximidade da região Cµ com o
segmento VHDJH
Mudança de classe corre quando certos plasmócitos produzem
anticorpos tanto IgM quanto IgD – produção de transcrito primário
com segmentos C ou C
Expressão de Igs diferentes da IgM – cadeias pesadas sofrem
rearranjo do DNA e colocam um novo segmentos CH adjacente ao
segmento VDJ – deleção dos segmentos CH intervenientes
Deleção das regiões CH é irreversível
Primeiros anticorpos dos linfócitos B em desenvolvimento são ligados
à membrana (aminoácidos hidrofóbicos de ancoragem) – células
mudam para forma secretada (aminoácidos hidrofílicos nas porções
COOH das cadeias pesadas).
Rearranjos genômicos em linfócitos T
Os rearranjos gênicos em linfócitos T são semelhantes aos que ocorrem
durante o desenvolvimento dos linfócito B.
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Presença de segmentos gênicos L-V, D, J e C nos receptores de células T
Múltiplos segmentos gênicos L-V, D e J
Regiões constantes codificadas por um número pequeno de segmentos
gênicos
Polipeptídios  e  codificados por segmentos gênicos situados nos
cromossomos 1 e 7, respectivamente.
Diversidade
– Recombinação de múltiplos segmentos gênicos
– Combinação aleatória de polipeptídios  e 
– Imprecisão da junção
Diferenças para linfócitos B
– A origem dos receptores de células T não envolve mutação somática
– Não possuem forma solúvel
Regulação da expressão gênica de Igs
Porque é produzido um só tipo de anticorpo por um determinado plasmócito?
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Exclusão alélica – um só arranjo funcional de cadeia leve e um de cadeia
pesada por célula durante a diferenciação de cada linfócito B
União dos segmentos DH e JH é um dos primeiros eventos na ontogenia da
célula B e ocorre simultaneamente em ambas as cópias do cromossomo 14
A cadeia pesada pode ser sintetizada a partir do cromossomo materno ou
paterno em qualquer célula B
Rearranjos do gene da cadeia leve não se iniciam até que os rearranjos
VDJ da cadeia pesada tenham parado
União VJ é tentada em cada cromossomo 2 ou 22 em sucessão, até que
um gene  ou  funcional seja produzido
Assim que um tipo de proteína de cadeia leve apareça, a célula perde a
capacidade de realizar rearranjos VJ adicionais (exclusão da cadeia)
• Estágio final de desenvolvimento do linfócito B: cadeias pesada e
leve são expressas juntas ligadas por pontes dissulfeto sobre a
superfície da membrana celular
• Regulação de retro-alimentação negativa (feedback) – inibição do
processo de montagem pelo próprio anticorpo
• Moléculas de Igs produzidas por seleção clonal possuem o mesmo
rearranjos funcional – especificidade antigênica idêntica
• A expressão monoalélica também se aplica aos receptores de
células T, mas não ao complexo MHC (alelos co-dominantes).
O que ativa a transcrição gênica de anticorpos após sua montagem?
Nas cadeias pesadas a montagem traz promotores situados antes dos
segmentos gênicos LHVH para a faixa de influência de um elemento
acentuador (enhancer) situado entre os segmentos gênicos JH e CH.
Um elemento acentuador também está presente entre o segmento
gênico da cadeia leve J e a seqüência codificante C