Universidad Nacional de Piura Mecanismos de Agresin y Defensa II Facultad de Medicina Humana Unidad de Inmunologa

Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAFacultad de Medicina Humana

CURSO: MECANISMO DE AGRESION Y DEFENSA II.

TEMA: ESTRUCTURA MOLECULAR Y GENTICA DE LOS ANTICUERPOS

DOCENTE: DRA KARINA LAMADRID.

INTEGRANTES: Reyes Castro, Yamila Saavedra Guevara, Jaime San Martn Mulatillo, Sander Smbala Jalca, Giennier Villalta Lizana, Jack

GRUPO N 07PIURA PER01/04/2013ANTICUERPOS

Losanticuerpos(tambin conocidos comoinmunoglobulinas, abreviado Ig) songlicoprotenasdel tipogamma globulina. Pueden encontrarse de forma soluble en lasangreu otros fluidos corporales de losvertebrados, disponiendo de una forma idntica que acta comoreceptorde loslinfocitos By son empleados por elsistema inmunitariopara identificar y neutralizar elementos extraos tales comobacterias,virusoparsitos. El anticuerpo tpico est constituido por unidades estructurales bsicas, cada una de ellas con dos grandescadenas pesadasy doscadenas ligerasde menor tamao, que forman, por ejemplo,monmeroscon una unidad,dmeroscon dos unidades o pentmeros con cinco unidades. Los anticuerpos son sintetizados por un tipo deleucocitodenominadolinfocito B. Existen distintas modalidades de anticuerpo,isotipos, basadas en la forma de cadena pesada que posean. Se conocen cinco clases diferentes de isotiposenmamferosque desempean funciones diferentes, contribuyendo a dirigir la respuesta inmune adecuada para cada distinto tipo de cuerpo extrao que encuentran.

1. DISTRIBUCIN NATURAL Y PRODUCCIN DE ANTICUERPOSLoslinfocitos Bactivados sediferencianenclulas plasmticas, cuyo papel es la produccin de anticuerpos solubles o bien en linfocitos B de memoria, que sobreviven en el organismo durante los aos siguientes para posibilitar que el sistema inmune recuerde el antgeno y responda ms rpido a futuras exposiciones al agente inmungeno.Los anticuerpos son, por tanto, un producto esencial delsistema inmunitario adaptativoque aprenden y recuerdan las respuestas a patgenos invasores. Los anticuerpos se encuentran en dos formas: en formasolublesecretadaen la sangre y otros fluidos del cuerpo y en forma unida a lamembrana celularque est anclada a la superficie de un linfocito B. Forma solubleLos anticuerpos solubles son secretados por un linfocito B activado (en su forma declula plasmtica) para unirse a substancias extraas y sealizarlas para su destruccin por el resto del sistema inmune. Tambin se les podra llamaranticuerpos libres(hasta que se unen a un antgeno y acaban como parte de uncomplejo antgeno-anticuerpo)o comoanticuerpos secretados. En estas formas solubles se unen a las inmunoglobulinas molculas adicionales. En la IgM, por ejemplo, encontramos una glicoprotena unida a la Fraccin constante mediante puentes disulfuro de unos 15 KDllamada cadena J. Al isotipoIgA, adems, se le une la llamada "pieza de secrecin". Se trata de una glicoprotena que se forma en lasclulas epitelialesyglndulas exocrinas, y que posteriormente se une a la inmunoglobulina para facilitar su secrecin.

Forma anclada a membranaLa forma anclada a membrana de un anticuerpo se podra llamarinmunoglobulina de superficie(sIg) oinmunoglobulina de membrana (mIg), que no es secretado: siempre est asociado a lamembrana celular. Forma parte delreceptor del linfocito B(BCR), que permite a ste detectar cuando un antgeno especfico est presente en el organismo, desencadenando la activacin del linfocito Bvrgen.El BCR se compone de anticuerpos IgD o IgM unidos a la superficie de membrana y sus heterodmeros asociados Ig- e Ig- que tienen capaz de producir latransduccin de sealdel reconocimiento del anticuerpo a la clula.Un linfocito B humano tpico tiene entre 50.000 y 100.000 anticuerpos unidos a su superficie.

2. CARACTERSTICAS GENERALES DE LA ESTRUCTURA DE LOS ANTICUERPOS

Todas las molculas de anticuerpo comparten las mismas caractersticas estructurales bsicas pero muestran variabilidad importante en las regiones que se unen a los antgenos, esto explica la capacidad que poseen los diferentes anticuerpos para unirse a un elevado nmero de antgenos estructuralmente diferentes. Las funciones efectoras y las propiedades fisicoqumica comunes de los anticuerpos se relacionan con las porciones que no se unen a los antgenos que muestran relativamente pocas variaciones entre los diferentes anticuerpos.Una molcula de anticuerpo tiene una estructura bsica simtrica compuesta por dos cadenas ligeras idnticas y dos cadenas pesadas idnticas. Tanto las cadenas pesadas como las ligeras constan de regiones variables amino terminales (V) que participan en el reconocimiento del antgeno y regiones constantes carboxiterminales (C); las regiones C de las cadenas pesadas son las que median las funciones efectoras.

En las cadenas pesadas, la regin V se compone de un dominio Ig y la regin C de tres o cuatro dominios Ig. Cada cadena ligera est compuesta por un dominio Ig en la regin V y un dominio Ig en la regin C. Las regiones variables de denominan as porque contienen zonas de variabilidad en la secuencia de aminocidos que distinguen a los anticuerpos elaborados por un clon de linfocitos B de los fabricados por otros clones. La regin V de una cadena pesada (VH) se encuentra yuxtapuesta con la regin V de una cadena ligera (VL) para formar un punto de unin con el antgeno; y debido a que la unidad estructural bsica de cada molcula de anticuerpo contiene dos cadenas pesadas y dos ligeras, presenta dos puntos de unin al antgeno.Las regiones C de la cadena pesada interactan con otras molculas efectoras y clulas del sistema inmunitario y, por tanto, median la mayora de las funciones biolgicas de los anticuerpos; adems, los extremos carboxi terminales de las cadenas pesadas anclan a los anticuerpos membranarios a las membranas plasmticas de los linfocitos B. Por otro lado, tenemos que las regiones C de las cadenas ligeras no participan en las funciones efectoras ni se fijan directamente a las membranas celulares.

Cada cadena ligera es de aproximadamente 24 kD y cada cadena pesada de 55 a 70 Kd. Las cadenas pesadas y ligeras estn unidas covalentemente mediante puentes disulfuro entre cistenas del extremo carboxiterminal de la cadena ligera y del dominio CH1 de la cadena pesada. Las interacciones no covalentes entre los dominios VL y VH y entre los dominios CL y CH1 tambin pueden contribuir a la asociacin de las cadenas ligeras y pesadas. Las dos cadenas pesadas de cada molcula de anticuerpo tambin estn unidas covalentemente por puentes disulfuro. En los anticuerpos IgG, la primera clase de anticuerpos que se analiz estructuralmente, estos puentes se forman entre cistenas de las regiones CH2, cerca de la regin conocida como bisagra. En otros isotipos los puentes disulfuros pueden estar en localizaciones diferentes. Interacciones no covalentes (entre los terceros dominios CH3) tambin pueden contribuir al emparejamiento de las cadenas pesadas.

Las asociaciones entre las cadenas de las molculas de anticuerpos y las funciones de las diferentes regiones de los anticuerpos se dedujeron por primera vez a partir de experimentos realizados por RodneyPorter en los que se escindi la IgG del conejo con enzimas proteolticas en fragmentos con diferentes propiedades estructurales y funcionales. En las molculas de IgG, la bisagra entre los dominios CH1 y CH2 de la cadena pesada es la regin ms susceptible a la escisin proteoltica.

FIGURA (A): Si la IgG del conejo se trata con la enzima papana en condiciones de protelisis limitada, la enzima acta sobre la regin de la bisagra y la escinde de la IgG en tres fragmentos distintos. Dos de los fragmentos son idnticos entre s y estn formados por la cadena ligera completo (VL y CL) asociada a un fragmento VH-CH1 de la cadena pesada. Estos fragmentos conservan la capacidad de unirse a un antgeno porque cada uno de ellos contiene dominio VL y VH emparejados, y se denominan fragmentos Fab (fragmento de unin al antgeno). El tercer fragmento est formado por dos pptidos idnticos unidos por puentes disulfuro y que contienen los dominios CH2 y CH3 de la cadena pesada. Este fragmento de la IgG tiene tendencia a auto asociarse a cristalizar formando un enrejado y, por tanto, se denomina Fc (fragmento cristalizable).

FIGURA (B): Cuando se utiliza pepsina para escindir la IgG del conejo en condiciones limitantes, la protelisis se produce distal a la regin de la bisagra, generando un fragmento F(ab)2 (fragmento de unin al antgeno bivalente) de unin a la IgG al antgeno con la bisagra y los puentes disulfurointracatenarios intactos.

Los resultados de la protelisis limitada con papana o pepsina de otros isotipos distintos a IgG, o de IgG de otras especies distintas al conejo, no siempre recapitulan los estudios con la IgG el conejo. Sin embargo, la organizacin bsica de la molcula de la IgG que dedujo Porter a partir de sus experimentos es comn a todas las molculas de Ig de todos los isotipos y de todas las especies. De hecho, estos experimentos de protelisis proporcionaron el primer dato de que las funciones de reconocimientos del antgeno y las funciones efectoras de las molculas de la Ig estaban separadas espacialmente.

3. CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES DE LAS REGIONES VARIABLES Y SU RELACIN CON LA UNIN AL ANTGENO.La mayora de las diferencias en la secuencia entre diferentes anticuerpos se limitan a tres breves segmentos de la regin V de la cadena pesada y a tres segmentos de la regin V de la cadena ligera. Estos diversos segmentos se conocen como segmentos hipervariables y corresponden a tres bucles que sobresalen y que conectan hebras adyacentes de las lminas BETA que forman los dominios V de las protenas de las cadenas pesadas y ligeras de las Ig. Las regiones hipervariables tienen unos 10 aminocidos de longitud y se mantienen en su posicin gracias a las secuencias estructurales ms conservadas que constituyen el dominio de Ig de la regin V. En una molcula de anticuerpo, las tres regiones hipervariables de un dominio VL y las tres de un dominio VH se encuentran juntas en el espacio tridimensional para formar una superficie de unin al antgeno. Como estas secuencias forman una superficie que es complementaria a la estructura tridimensional del antgeno al que se une, las regiones hipervariables tambin se denominan Regiones determinantes de la complementariedad (CDR). Estas regiones, procedentes de los extremos aminos VL o VH, reciben el nombre de CDR1, CDR2 y CDR3, respectivamente.Las CDR3 de los segmentos tanto VL como VH son las ms variables de las CDR. Existen mecanismos gnicos especiales para generar una mayor diversidad en la secuencia CDR3 que en CDR1 y CDR2.Los anlisis cristalogrficos de anticuerpos revelan que las CDR forman bucles extendidos que quedan expuestos sobre la superficie del anticuerpo y, por tanto, estn disponibles para interactuar con el antgeno. Las diferencias en la secuencia entres las CDR de las diferentes molculas de anticuerpos dan lugar a estructuras qumicas singulares que se muestran en las superficies de los bucles que se proyectan y, en consecuencia, a diferentes especificidades por los antgenos.La capacidad de una regin V para plegarse en un dominio de Ig se determina principalmente por las secuencias conservadas de las regiones estructurales adyacentes a las CDR. La restriccin de la variabilidad de secuencias a tres fragmentos cortos permite que la estructura bsica de todos los anticuerpos se mantenga a pesar de la variabilidad de diferentes anticuerpos. La unin del antgeno a las molculas del anticuerpo es fundamentalmente una funcin de las regiones hipervariables de VH y VL. Los anlisis cristalogrficos de complejos antgeno-anticuerpo muestran que los residuos de aminocidos de las regiones hipervariables forman contactos mltiples con el antgeno unido. El contacto ms amplio es con la tercera regin hipervariable (CDR3), que es tambin la ms variable de las tres. Sin embargo, la unin al antgeno no es nicamente una funcin de la CDR, de modo que algunos aminocidos estructurales tambin pueden contactar con el antgeno. Es ms, en la fijacin de algunos antgenos, una o ms CDR pueden quedar fuera de la zona de contacto, de forma que no participan en la unin antignica.

4. CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES DE LAS REGIONES CONSTANTES Y SU RELACIN CON LAS FUNCIONES EFECTORAS

Las molculas de anticuerpos se pueden dividir en distintas clases y subclases atendiendo a las diferencias en la estructura de sus regiones C de la cadena pesada.

Las clases de molculas de anticuerpos se denominan tambin isotipos y se designan como IgA, IgD, IgE, IgG e IgM. En el ser humano, los isotiposIgA e IgG se pueden subdividir en subclases estrechamente relacionadas o subtipos, denominados IgA1 e IgA2, e IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 (los ratones que se utilizan a menudo en el estudio de las respuestas inmunitarias, se diferencian en que el isotipoIgG se divide en las subclases IgG1, IgG2a, IgG2b e IgG3.) Las regiones C de la cadena pesada de todas las molculas de anticuerpo de un isotipo o subtipo tienen esencialmente la misma secuencia de aminocidos. Esta secuencia es diferente en los anticuerpos de otros isotipos o subtipos. Las cadenas pesadas se designan con la letra del alfabeto griego correspondiente al isotipo del anticuerpo: IgA1 contiene cadenas pesadas 1; IgA2, 2; IgD, ; IgE, ; IgG1, 1; IgG2, 2; IgG3, 3; IgG4, 4; IgM, . En los anticuerpos IgM e IgE humanos, las regiones C contienen cuatro dominios de Ig en tndem. Las regiones IgG, IgA e IgD constan solo de tres dominios Ig. Estos dominios se designan CH y se numeran secuencialmente desde los extremos amino hasta los extremos carboxilo (p. ej., C1, C2 en IgG). Los anticuerpos pueden actuar como antgenos cuando se introducen en huspedes extraos, provocando la sntesis de anti-anticuerpos. Al inmunizar a un animal de una especie con una Ig de otra especie, es posible producir anti-anticuerpos especficos frente a una clase o subclase de Ig; estos anticuerpos se emplean habitualmente en los anlisis clnicos y experimentales de las respuestas inmunitarias humorales.

Diferentes isotipos y subtipos de anticuerpos realizan diferentes funciones efectoras.

Esto se debe a que la mayora de las funciones efectoras de los anticuerpos esta mediada por la unin de las regiones C de la cadena pesada a los receptores en diferentes clulas, tales como fagocitos, linfocitos NK y mastocitos, y a protenas plasmticas, tales como las protenas del complemento . Los isotipos y subtipos de anticuerpos difieren en sus regiones C y, por consiguiente, en las molculas a las que se fijan y en las funciones efectoras que realizan.

Las molculas de anticuerpo son flexibles, lo que les permite unirse a diferentes estructuras antignicas.

Cada anticuerpo contiene al menos dos puntos de unin a los antgenos, cada uno formado por un par de dominios VH y VL. Muchas molculas de Ig pueden orientar sus lugares de fijacin de forma que pueden acoplarse a dos molculas de antgeno en una superficie plana (p. ej., una clula) a la vez. Esta flexibilidad se debe, en gran parte, a la zona bisagra localizada en algunos isotipos entre CH1 y CH2. La zona bisagra vara desde 10 a ms de 60 aminocidos en diferentes isotipos. Algunas porciones de esta secuencia adoptan una configuracin aleatoria y flexible, lo que permite el movimiento molecular entre CH1 y CH2. Algunas de las mayores diferencias entre las regiones constantes de las subclases de IgG estn concentradas en la bisagra. Estas diferencias dan lugar a diferentes formas de subtipos de IgG. Adems, parte de la flexibilidad de las molculas de anticuerpos se debe a la capacidad de cada dominio VH para rotar con respecto al dominio CH1 adyacente.

Existen 2 clases de isotipos de cadenas ligeras denominados K y , que se distinguen por el extremo carboxlico de las regiones constantes (C).

Una molcula de anticuerpo tiene dos cadenas ligeras K o dos cadenas ligeras , pero nunca una de cada. Las secuencias de aminocidos de las regiones C de la cadena ligera K (CK) son diferentes a las de las regiones C de la cadena ligera (C), pero todas las secuencias C de las diferentes molculas de anticuerpos son idnticas, como lo son C. A pesar de las diferencias en la secuencia, CK y C son estructuralmente homologas entre ellas y cada una se pliega en un dominio de Ig. En el ser humano, aproximadamente el 60% de las molculas de anticuerpos presenta cadenas ligeras k y el 40% cadenas ligeras . En pacientes con tumores de linfocitos B monoclonales existen cambios importantes en esta proporcin, debido a que el clon neoplasico produce molculas de anticuerpos con la misma cadena ligera. De hecho, la proporcin de clulas que portan cadenas con respecto a las que llevan cadenas K suele utilizarse clnicamente en el diagnostico de linfomas de estirpe B. en ratones, los anticuerpos que contienen K son unas 10 veces mas abundantes que los que portan . A diferencia de lo que ocurre en los isotipos de las cadenas pesadas, no se conocen diferencias en la funcin entre los anticuerpos que contienen K y .

Los anticuerpos se pueden expresar de una forma secretada o asociada a membranas como que difieren en la secuencia de aminocidos del extremo carboxlico terminal de la regin C de la cadena pesada.

En la forma secretada, que aparece en la sangre y en otros lquidos extracelulares, la secuencia de la ltima regin CH termina con aminocidos cargados e hidrfilos. En la forma membranaria , que se observa solo en las membranas plasmticas de los linfocitos B que sintetizan el anticuerpo, la ltima regin CH va seguida por 26 aminoacidos con cadenas hidrfobas y un nmero variable de aminocidos bsicos. En las molculas de IgM e IgDmembranarios, la porcin citoplasmica de la cadena pesada es corta, con solo tres aminocidos de longitud; en las molculas de IgG e IgE de membrana es algo ms larga, alcanzando hasta 30 aminocidos de longitud.

Las IgG e IgE secretadas y todas las molculas de Ig membranarias, independientemente del isotipo, son monomericas con respecto a la unidad estructural bsica de anticuerpo (es decir, contienen dos cadenas ligeras y dos pesadas) por otro lado, las formas secretadas de IgM e IgA forman complejos multimericos en los que dos o ms de las unidades estructurales nucleares de cuatro cadenas de anticuerpo estn unidas por enlaces covalentes. Estos complejos estn formados por interraciones entre regiones, denominadas piezas de cola, que se localizan e n los extremos carboxlicos terminales de las cadenas pesadas y . Las molculas IgA e IgMmultimericas contienen tambin un poli pptido adicional de 15 kD que se denomina cadena de unin (J), que est unido mediante puentes disulfuro de las piezas de cola y sirve para estabilizar los complejos multimericos y para transportar los multimeros a travs de los epitelios desde el extremo basolateral hasta el luminal.

5. SNTESIS, ENSAMBLAJE Y EXPRESIN DE LAS MOLCULAS DE IgLas cadenas pesadas y ligeras de Ig, como la mayora de las protenas membranarias y secretadas, se sintetizan en ribosomas rodeados de membrana en el retculo endoplsmico rugoso. La protena se transloca hacia el interior del retculo endoplsmico, y las cadenas pesadas de las Ig son N-glucosiladas durante el proceso de translocacin. El plegamiento correcto de las cadenas pesadas de Ig y su ensamblaje con las cadenas ligeras estn regulados por unas protenas situadas en el retculo endoplsmico denominada carabinas. Estas protenas, que incluyen calnexina y una molcula llamada BiP (bindingprotein, protena de unin), se fijan a los polipptidos de Ig recin sintetizados y aseguran que se retengan o destinen a la degradacin a no ser que sean plegados correctamente e incorporados a molculas de Ig. La asociacin covalente de las cadenas pesadas y ligeras, creadas por la formacin de puentes disulfuro, y la glucosilacin ligada a los extremos N se producen tambin en el retculo endoplsmico. Despus del ensamblaje, las molculas de Ig se liberan de las nodrizas y se dirigen a las cisternas del aparato de Golgi, donde se modifican los hidratos de carbono y se transportan los anticuerpos a la membrana plasmtica en vesculas, donde se fijan a la membrana celular o son secretados por un proceso de exocitosis. La maduracin de los linfocitos B a partir de sus precursores de la mdula sea se acompaa de cambios especficos en la expresin del gen de Ig, lo que da lugar a la produccin de molculas de Ig en diferentes formas.Los linfocitos pre-B (primera clula en linaje del linfocito B) sintetiza la forma membranaria de la cadena pesada, estas cadenas se asocian a protenas denominadas sustitutos de cadenas ligeras y forman el receptor de las los linfocitos pre-B. Una pequea porcin del receptor sintetizado del linfocito pre-B se expresa en la superficie celular. Estos receptores actan reconociendo antgenos e inician el proceso de activacin de los linfocitos B. Cuando los linfocitos B maduros son activados por los antgenos y otros estmulos, se diferencian en clulas secretoras de anticuerpos.

6. GENTICA: ORGANIZACIN EN LA LNEA GERMINAL DE LOS GENES DE LAS IgGENES IMPLICADOS EN LA SNTESIS DE INMUNOGLOBULINAS. A partir de los estudios de Tonegawa en 1976, aparece un acumulo de conocimientos por los que se sabe que la sntesis de las cadenas ligeras y pesadas se regula por genes que se encuentran en cromosomas distintos.Esto fue puesto de manifiesto empleando tcnicas de digestin enzimtica del DNA de clulas B y posterior hibridacin con sondas de DNA complementario (cDNA), mediante la tcnica de SouthernBlot. Mediante esta tcnica, se pudo observar que usando un cDNA marcado radioactivamente como sonda correspondiente a parte de una cadena pesada, ste se una a segmentos de DNA de lneas celulares de ratn que contenan el cromosoma 12. Por otra parte, empleando igualmente sondas de cDNA marcadas radioactivamente frente al DNA de cadenas ligeras de tipo k, stas se unen a clulas que contienen el cromosoma 6, mientras que las sondas para DNA de cadenas ligeras l lo hacen al cromosoma 16. En la tabla de abajo se especifica, tanto en humano como en ratn, el cromosoma donde se encuentran estos segmentos de genes.

Segmentos de genes y sntesis de inmunoglobulinas.Otra caracterstica importante de la formacin de inmunoglobulinas es que, en la sntesis de cada una de las cadenas de inmunoglobulinas participan varios segmentos de genes de cuyas combinaciones resultan los diversos genes funcionales, responsables directos de la codificacin de cada una de las cadenas de inmunoglobulinas. Esto explica las mltiples posibilidades de formacin del gran nmero de inmunoglobulinas partiendo de un limitado material gentico. La codificacin multignica de las inmunoglobulinas fue demostrada tambin por Tonegawa analizando DNA de clulas embrionarias de ratn y de un mieloma tambin de ratn.Tipos de segmentos gnicosEstos segmentos codifican por separado la parte variable, la parte constante y las partes por las que ambas regiones se unen, esto es, las regiones bisagra. Los segmentos que codifican la parte variable son de dos tipos, segmentos V y segmentos D, responsables de la variabilidad y diversidad de las inmunoglobulinas respectivamente. Le siguen los segmentos J o de unin, responsables de unir los fragmentos anteriores con los segmentos C que codifican para la parte constante. El nmero de segmentos responsables de la codificacin de la parte constante es muy limitado en relacin con el nmero de segmentos que codifican la parte variable de las inmunoglobulinas. (ver figura en la parte inferior).

En las clulas embrionarias los segmentos de una misma clase se encuentran separados del resto de tal forma que, por una parte, se encuentran los segmentos V, por otra los D, los J y los C. Estos segmentos estn contenidos en los exones, que son aquellos fragmentos de DNA que sern transcritos para dar lugar a la sntesis de protenas, y que se encuentran separados entre s por fragmentos de DNA no codificadores de protenas denominados intrones.En consecuencia se puede concluir que: La sntesis de las cadenas ligeras y pesadas de las inmunoglobulinas est regulada por cromosomas distintos. En esta sntesis participan varios segmentos de genes que combinados dan lugar a los genes funcionales responsables de la codificacin de las cadenas de las inmunoglobulinas.REORDENAMIENTO DE LOS SEGMENTOS GNICOS DE LAS INMUNOGLOBULINAS. Las observaciones anteriores se interpretaron como que a lo largo del proceso madurativo de los linfocitos B, se produce un reagrupamiento de segmentos de genes para la iniciacin de la sntesis de las cadenas ligeras y pesadas. A este fenmeno se denomina recombinacin intracromosmica. A medida que se produce el proceso madurativo de los linfocitos B, los segmentos V, D y J cambian de sitio en el cromosoma de tal manera que se colocan juntos. Posteriormente este conjunto V/D/J se reagrupa con el segmento C correspondiente quedando constituido en consecuencia un gen con toda la informacin de la cadena. Cuando el linfocito B es maduro posee ya reagrupados los genes correspondientes a sus cadenas ligeras y pesadas y slo podr producir un determinado tipo de anticuerpo.Reordenamiento de genes de cadenas ligerasEn la sntesis de cadenas ligeras participan los segmentos V, J y C (es decir, no hay genes D para la cadena ligera). As pues, en el proceso de recombinacin de genes de cadenas ligeras se acopla un segmento V con un segmento J y el conjunto V/J se recombina con el segmento correspondiente a la parte constante C. El proceso de transcripcin se hace de tal manera que el RNA mensajero contiene informacin secuenciada V, J y C. En la Figura de la parte inferior se esquematiza el proceso de recombinacin y trascripcin ocurridos en la lnea celular B conducente a la sntesis de cadenas k.

Reordenamiento de genes de cadenas pesadasA su vez, un proceso similar, si bien esta vez en dos etapas, ocurre para la formacin de una cadena pesada. En este caso participan los segmentos V, D, J, y C. Primero se produce la recombinacin entre un segmento D y un segmento J. En la segunda fase, este conjunto D/J se recombina con un segmento V. El complejo V/D/J se puede por ltimo recombinar con cada uno de los segmentos que codifican las regiones constantes, segn la inmunoglobulina a formar. El proceso de recombinacin con los genes C tiene lugar a nivel de RNA. Vamos a encontrar en este momento el siguiente orden: el segmento lder; un fragmento V/D/J reordenado y unido y a continuacin cada uno de los genes que codifican para las regiones constantes (Cm; Cd; Ct, etc) separados entre s por los correspondientes intrones y a su vez precedidos por sus respectivos promotores. Se piensa que el gen Cm es el situado en primer lugar en la secuencia de genes C, seguido de Cd. En clulas B en reposo, el nico y largo trnscrito primario de RNA va a contener la informacin del complejo V/D/J ms la correspondiente a los genes Cm y Cd. Mediante mecanismos de procesamiento del RNA que analizaremos posteriormente, se va a proceder a la escisin en el trnscrito primario de la informacin correspondiente a Cm o bien a Cd. Se da lugar de esta manera a una inmunoglobulina de tipo IgM o IgD, y este mecanismo es adems el responsable de que en las clulas B en reposo se encuentre la expresin simultnea de ambas inmunoglobulinas. En la Figura de la parte inferior se esquematiza el proceso de recombinacin y transcripcin ocurrido en la lnea celular B concerniente a la sntesis de cadenas pesadas en este caso del tipo m3. En este caso la recombinacin se ha producido entre VH3, D1, JH2, responsables de la parte variable de la cadena pesada que se ha recombinado con la parte constante del segmento del gen Cg3, que originar la cadena pesada correspondiente a la IgG3. En el caso de los genes V de las cadenas pesadas, al igual que hemos visto para las cadenas ligeras, junto a su segmento gnico se encuentran las estructuras lider y cerca de las mismas se sitan las secuencias promotoras.

Segmentos lder y promotores.Asociados a los segmentos V y situados en direccin 5' de los mismos, existen otros segmentos gnicos conocidos como segmentos lder (L). Estos segmentos gnicos codifican un pptido pequeo que servir de gua tanto para las cadenas ligeras como pesadas a su paso por el retculo endoplsmico pero que se separa de estas cadenas antes de que las mismas se unan entre s para formar la molcula completa de inmunoglobulina. Junto a estos segmentos gnicos se sitan otros conocidos como segmentos promotores y que son responsables de iniciar la seal del proceso de transcripcin del mRNA.La secuencia promotora comienza normalmente a una distancia de alrededor de 25 pares de bases antes del lugar de inicio de la transcripcin y contina alejndose del mismo en direccin 5', aunque su localizacin y longitud no son siempre las mismas. El lugar preciso de la iniciacin de la transcripcin es reconocido por la combinacin conservada de cuatro bases en las que se alternan timina y adenina, para formar lo que se conoce como caja "TATA", siendo continuada por el triplete de bases que codifica el aminocido metionina, que suele ser el primero codificado de manera casi constante en la mayora de los genes eucariticos.Dentro de las secuencias promotoras, vamos a encontrar los denominados motivos de secuencias, esto es, secuencias del DNA a las que se van a unir de manera especfica ciertas protenas nucleares que son las que van a regular su funcin. En definitiva, las protenas que van a unirse a estos motivos en el DNA van a regular, en ltima instancia, la transcripcin del DNA, por lo que tambin estos factores o protenas de unin son conocidos como factores transcripcionales. En el caso de los genes de las inmunoglobulinas, encontramos en la regin promotora la presencia conservada de un octmero (secuencia de ocho bases) en la regin 5' no traducida de los genes Vk, mientras que la secuencia complementaria pero invertida de este octmero es encontrada en los genes VH. La presencia de este octmero se ha revelado de gran importancia en el control gentico de la sntesis de inmunoglobulinas, en tanto que confieren a las regiones promotoras de los genes de las inmunoglobulinas contenidos en las clulas B no slo de especificidad tisular (esto es, slo las clulas B producen inmunoglobulinas), sino que adems es necesaria para la adecuada funcin del promotor. Esto parece alcanzarse mediante la unin especfica de varios factores transcripcionales, entre los que sealamos los conocidos como Oct-1, Oct-2 y Oct-3. De manera general, los promotores eucariticos pueden contener varias regiones de unin especficas para cada uno de los factores de transcripcin que regulan su funcin. Regulacin del proceso de reordenacin de las inmunoglobulinas. Este complejo proceso de recombinacin que hemos estudiado hasta ahora ha de tener, necesariamente, un mecanismo de regulacin muy estricto. Este mecanismo est constituido por, al menos, los genes RAG-1 y RAG-2 (genes actividores de la recombinacin 1 y 2). Genes RAG-1 y RAG-2Estos genes fueron descubiertos en el laboratorio de David Baltimore en 1990. El descubrimiento previo de que cada uno de los genes V, D y J era precedido de una corta secuencia nica de DNA cuya funcin es la de servir de seal para los procesos de recombinacin, y que es conocida como secuencia de seal de recombinacin (SSR) permiti la identificacin de estos genes. Utilizando un sistema experimental de transfeccin en diversas clulas de vectores retrovirales conteniendo genes de resistencia al cido micofenlico como indicador de actividad, y que contenan los genes germinales de Vk y Jk junto con sus SSR, estos investigadores comprobaron que slo las lneas pre-B y pre-T tenan capacidad de recombinacin, lo que indicaba un mecanismo de regulacin comn a ambas estirpes. Este sistema experimental permiti la posterior identificacin de RAG-1, seguido del descubrimiento de un segundo gen (RAG-2) muy ligado al anterior tanto en su localizacin como en su estructura, y que actuaba de una manera sinrgica con RAG-1 facilitando los procesos de recombinacin. El papel in vivo que cada uno de estos genes juega en el desarrollo ontognico del sistema inmune es crtico. Para demostrarlo, se generaron mediante un proceso de ingeniera gentica, conocido como gene targeting, ratones que carecan especficamente de RAG-1 o de RAG-2. El anlisis de estos ratones demuestra que no se producen fenmenos de recombinacin en ninguno de los dos casos, y que como consecuencia, no se encuentran presentes en la periferia ni linfocitos B ni T maduros. Esto indica que los procesos de recombinacin gnica tanto de los genes del TCR y de las inmunoglobulinas van a estar sometidos a mecanismos comunes de regulacin. An ms importante, se ha encontrado recientemente un grupo de pacientes que tienen mutaciones en RAG-1 o RAG-2, dando como resultado la aparicin de una inmunodeficiencia combinada severa por bloqueo en los procesos de recombinacin tanto de linfocitos B como T. Fenmenos de aproximacin de regionesEl proceso de reordenamiento gnico, adems de juntar los segmentos de genes que formarn la estructura de las futuras cadenas ligeras y pesadas, aproxima las regiones promotoras a las regiones amplificadoras (regiones enhancer), lo cual facilitar posteriormente la regulacin y control del inicio as como la adecuada transcripcion del RNA mensajero correspondiente. Las regiones amplificadoras se localizan normalmente a miles de pares de bases de distancia de las regiones promotoras, en tanto que las regiones amplificadoras pueden encontrarse, segn el gen, despus de los segmentos J y antes de los segmentos C. Por tanto, este acercamiento implica la formacin de un bucle en la estructura espacial del DNA, de manera que la aproximacin entre ambas regiones no es lineal, sino espacial. Al igual que en el caso de los segmentos promotores, las regiones enhancer van a contener motivos de unin que van a interactuar con los factores transcripcionales. Uno de los primeros factores en ser descubierto y ms relevante funcionalmente es el factor de transcripcin NF-kB, que se une a la regin amplificadora del gen k. En la Figura de la parte inferior se muestra un esquema del proceso por el cual se eliminan los segmentos de genes que no se van transcribir.

Unin de segmentos de genesOtro mecanismo importante en la regulacin del reordenamiento de los genes de las inmunoglobulinas es el que controla las uniones entre los genes V, D y J. Es decir, cuales son las seales que hacen que un gen D identifique, dentro del cromosoma, la secuencia de un gen J con el que puede unirse, y, a su vez, el gen V identifique la secuencia del complejo DJ ya formado. Los reconocimientos y uniones de unos genes con otros estn controlados por combinaciones de secuencias de DNA que se encuentran conservadas y son nicas de los genes de las inmunoglobulinas. Estas secuencias estn formadas por un heptmeropalindrmico, un espaciador variable de 23 pares de bases y un nonmeropalindrmico (Ver figura).

Este motivo va a reconocer otro formado por un nonmero de secuencia igual pero invertida al anterior, continuado por un espaciador variable de 12 pares de bases y un heptmero cuya secuencia es, otra vez, igual pero invertida al heptmero anterior. La longitud conservada de los espaciadores no es casual, en tanto que se ha sugerido que 12 pares corresponde a una vuelta de la hlice de DNA, y 23 a dos. As, los segmentos que contienen un espaciador de 12 bases slo se pueden unir a otro de 23. Esto asegura, en el caso de las cadenas pesadas, que los genes se reordenen en el orden correcto.El mecansimo exacto por el que estas secuencias conservadas regulan la unin de los genes de las inmunoglobulinas no se conoce todava con exactitud. Los modelos actualmente considerados para explicar este fenmeno implican la formacin de un bucle en el DNA, lo que conlleva la aproximacin de las secuencias reguladoras entre s. Al ser los heptmeros y nonmeros de secuencia igual pero invertida, ello hace que al formarse el bucle cada uno de ellos se encuentre con su complementario, permitiendo de esta manera la unin del DNA. Se especula que las recombinasas (que pudieran ser codificadas por RAG-1 y/o RAG-2) tengan a estas estructuras como diana de su mecanismo de accin. Aunque, como ya hemos sealado, no podemos excluir que la actividad recombinasa a este nivel sea modulada por otros genes todava no descubiertos.

BIBLIOGRAFA

Abul K. Abbas Inmunologa celular y molecular, 6ta edicin

28Estructura Molecular y Gentica de los Anticuerpos