x

 

IMUNOLOGJIA – KAPITULLI 6  

GJENETIKA E IMUNOGLOBULINAVE

Dr Gene Mayer
Department of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina
Columbia

Përktheu:
Dr Adrian Zhubi
University  of Illinois Chicago 

OBJEKTIVAT MËSIMOR
Përshkrimi i organizimit dhe ekspresionit të familjeve të gjeneve të imunoglobulinave

Shpjegimi i origjinës dhe shumëllojshmërisë së anitrupave

Historia

Analizat e renditjes së aminoacideve dëshmuan se regjioni i veçantë C, mund të jetë i shoqëruar me disa regjione të ndryshme V. Gjithashtu është treguar se një idiotip i veçantë mund të jetë i shoqëruar me regjione C të ndryshme (p.sh.IgM dhe IgG). Për t’i shpjeguar këto të dhëna është sugjeruar se dy regjione të molekulës IgG kodohen nga dy gjene të veçanta dhe se regjionet  e gjeneve V dhe C janë bashkuar para se të krijohet molekula e IgG – d.m.th. janë dy gjene për një polipeptid.

Ky ishte një koncept revolucionar, por vetëm me zbulimin e teknologjisë rekombinuese te ADN-së u dëshmua të jetë i saktë.Vargjet e rënda dhe të lehta të imunoglobulineve janë koduar nga tri familje të veçanta të gjeneve, secila prej tyre ne kromozom të veçantë – një për vargun e rënde dhe nga një për secilin varg të lehtë. Secila prej këtyre familjeve të gjeneve ka disa regjione V të gjeneve dhe një ose me shumë  regjione C te gjeneve. Por, regjionet e gjeneve V dhe C, nuk janë te afërt me njëri-tjetrin. 

FJALET KYÇE
V gjeni
C gjeni
J regjioni
D regjioni
Lider
Përforcues
Promotor
Shumellojshmëria e At
Teoria e vijës embrionale
Teoria e mutacioneve somatike
N regjioni i insertimit
Diversiteti i kryqëzimit
Asocimi kombinues
Multispecificiteti
Seleksionimi klonal

Familjet e gjeneve të vargjeve të lehta 

Organizimi i gjeneve të vijës embrionale

Organizimi i vargjeve të lehta kappa dhe lambda në vijën embrionale ose qelizat e padiferencuara  eshte  paraqitur ne Figurën 1.

a. Vargjet e lehta llambda- familja e gjeneve llambda përbëhet prej 4 regjioneve C të gjeneve ,një për secilin nëntip të vargjeve llambda dhe përafërsisht 30 regjione V të gjeneve. Secili regjion V i gjeneve përbëhet prej  dy eksoneve, një (L) që kodon regjionin inicial dhe tjetri (V) që kodon pjesën më të madhe të regjionit variabil. Në segmentin inicial të gjenit C, ndodhet edhe një ekson shtesë i quajtur J (joining). L,V,J dhe C janë ndarë me introne (sekuenca jokoduese te ndërmjetme).

b. Vargjet e lehta kappa-  familja e gjeneve kappa përbëhet vetëm prej një regjioni të gjenit C,pasiqë ekziston  vetëm një tip kappa i vargjeve të lehta. Ka disa regjione të gjeneve V (përafërsisht 250) dhe secili prej tyre ka një ekson inicial dhe një ekson V. Në familjen e gjeneve kappa janë disa eksone J të lokalizuara në mes të gjeneve V dhe C. Të gjithë këta eksone janë të ndara me introne.

Rirregullimi i gjeneve dhe ekspresioni

Me diferencimin e qelizës në limfocit të pjekur B që do të krijojë vargun e lehtë, ndodh një ristrukturim i gjeneve (eksoneve) te ndryshme si dhe ekspresioni i tyre (figura 2). 

Me diferencimin e qelizës në limfocit të pjekur B që do të krijojë vargun e lehtë, ndodh një ristrukturim i gjeneve në nivel të ADN-së, në atë mënyrë që një gjen V vendoset afër një regjioni J. Kjo ndodh me rekombinimin që zhvendos intronin në mes të regjionit V dhe J. Përzgjedhja e gjenit V të shfrytëzuar nuk është krejt e rastësishme, por ekzistojnë preferenca për përdorimin e gjeneve V më të përafërt me  regjionet J. Sidoqoftë, me kohë, të gjitha gjenet V mund të përdoren në kombinim duke dhënë të gjitha kombinimet e mundshme të gjeneve V dhe regjioneve J.

Si rrjedhojë e këtij ristrukturimi  të ADN-së gjeni bëhet aktiv sa i përket transkripsionit sepse një promotor (P) qe është i ndërlidhur me  gjenin V, është sjellur afër përforëcuesit të lokalizuar në intron, në mes të regjioneve J dhe C. Me inicimin e transkripsionit nga promotori, krijohet para-ARNi që përmban sekuenca nga regjionet L,V,J dhe C dhe sekuenca prej introneve ne mes L dhe V,si dhe ne mes J dhe C (shiko Figurën 2). Ky para-ARNi është procesuar në bërthamë dhe intronet tjera janë eliminuar. ARNi përfundimtare përmban eksonet e përngjitura L,V,J dhe C.

ARNi përkthehet në citoplazmë dhe segmenti inicues largohet me transportimin e proteinës në lumen të retikulumit endoplazmatik. Vargu i lehtë është përngjitur me vargun e rëndë në retikulumin endoplazmatik dhe imunoglobulina sekretohet përmes rrugës normale te proteinës sekretore. Regjioni V i vargut të lehtë kodohet nga sekuenca në  gjenin V dhe  regjionin J, kurse regjioni C nga sekuenca në gjenin C. 

Familja e gjeneve të vargjeve të rënda

Organizimi i gjeneve të vijës embrionale
Organizimi i gjeneve të vargjeve të rënda është paraqitur në figurën 3.

Ne familjen e gjeneve të vargjeve të rënda janë shumë  gjene C - një për secilën klasë dhe nënklasë te imunoglobulinave. Gjenet C janë të ndërtuara prej disa eksoneve, një për secilin domen dhe tjetri për regjionin varës. Ne familjen e gjeneve të vargjeve të rënda janë shumë regjione të gjeneve V, secili i përbërë prej eksonit inicial dhe eksonit V. Bashkë me disa eksone J, familja e gjeneve të vargjeve të rënda po ashtu përmban disa eksone shtesë te quajtura eksonet D. Te gjitha eksonet janë të ndara me introne (figura 3).

Rirregullimi i gjeneve dhe ekspresioni
Me diferencimin e qelizës në limfocit të pjekur B që do të krijojë vargun e rëndë, ndodh një ristrukturim i gjeneve (eksoneve) te ndryshme si dhe ekspresioni i tyre (figurat 4 dhe 5).

 Figura 5
Para-ARNi eshte procesuar ne bërthamë, kurse introni mbetës, përfshire këtu edhe atë mes eksoneve ne gjenin C janë larguar.

Me orientimin e qelizës në limfocit B që krijon varg të rëndë, paraqiten dy rirregullime në nivel të ADN-së. Së pari, një nga regjionet D sillet afër një regjioni J dhe së dyti, një nga gjenet V sillet afër regjionit DJ të rirregulluar. Kjo paraqitet me dy rekombinime, të cilat i zhvendosin intronet ne mes të regjioneve V,D dhe J. Sikurse me vargjet e lehta, seleksionimi i vargjeve të rënda V nuk është krejt i rastësishëm, pasiqë të gjitha gjenet V mund te vihen ne përdorim.

Si pasojë e këtij rirregullimi të ADN-së eshte se gjenet bëhen aktive ne aspektin e transkripsionit sepse një promotor(P), që eshte i ndërlidhur me gjenin V, eshte sjellur afër përforëcuesit të lokalizuar në intronin mes J dhe regjionit C_mu. Me fillimin e transkripsionit, prej promotorit formohet para-ARNi që përmban sekuenca prej L,V,D,J, C_mu dhe C_delta  regjione si dhe sekuenca për intronet mes L dhe V , mes J dhe C_mu  dhe mes C_mu dhe C_delta (Figura 4).

Para–ARNi procesohet në bërthamë, kurse introni mbetës dhe ato në mes eksoneve ne gjenet C largohen (shiko fig.5). Para-ARNi mund të procesohet në dy mënyra: e para  duke  sjellë VDJ afër gjenit C_mu ; dhe e dyta, duke sjellë VDJ afër gjenit C_delta. ARNi rezultues përmban  L, V, D, J dhe C_mu ose C_delta eksonet afër dhe kodon vargjet mu dhe delta, respektivisht.

ARNi përkthehet  në citoplazmë dhe segmenti iniciues largohet me transportimin e proteinës në lumen të retikulumit endoplazmatik. Vargu i rëndë  është përngjitur me vargun e lehtë në retikulumin endoplazmatik dhe imunoglobulina sekretohet përmes rrugës normale të proteinës sekretore. Regjioni V i vargut të maturuar të rëndë është koduar nga sekuenca e gjeneve V, D regjionit dhe regjioni C nga sekuenca në gjenin C.

Mekanizmi i rirregullimit të ADN-së

Pranë V, J dhe D eksoneve gjenden sekuenca të veçanta të njohura si sekuenca të sinjalit rekombinant (SSR) që kanë rol në rekombinim. Çdo SSR përbëhet nga një monomer dhe heptamer i konservuar që janë të ndarë me nga 12 ose 23 qifte bazash (figura 6). Hapësirat te 12 bp dhe  23 bp i përgjigjen një ose dy kthesave ne heliksin e ADN-së.

Rekombinimi paraqitet vetëm ne mes sinjalit në kthesën e parë dhe të dytë. Në rastin e λ vargut të lehtë është një 1 kthesë sinjal teposhtë nga  eksoni J dhe një 2 sinjale teposhte gjenit V_lambda. Në rastin e κ vargut të rëndë është 1 kthesë sinjal  teposhte nga V_kappa gjeni dhe një 2 kthesa sinjale përpjete nga eksoni J.Në rastin e vargjeve të rënda ekziston nga 1 kthesë sinjali ne secilën anë të eksonit D; një 2 kthesa sinjali teposhte nga V gjeni dhe 2 kthesa sinjali përpjete i eksonit J .Kjo siguron zhvillimin e rregullt të proceseve rekombinuese.

Procesi rekombinues rezulton me largimin e introneve mes V dhe J në rastin e vargjeve të lehta ose V,D dhe J në rastin e vargjeve te rënda. Ky proces rekombinues është katalizuar nga dy proteina ,Rag-1 dhe Rag-2. Mutacionet në gjenet përgjegjëse për këto proteina rezultojnë ne sëmundjen e imunodeficiencës së rëndë të kombinuar ( të dy llojet e limfociteve T dhe B janë deficitare), pasiqë këto proteina dhe SSR janë të angazhuara në prodhimin e receptorëve për këto dy lloje t limfociteve B dhe T.

Figura 8

Radha e ekspresionit të gjeneve Ig- vargu i rëndë

Renditja e ekspresionit gjenetik në familjen e gjeneve të Ig

Një B qelizë e vetme prodhon vetëm një tip të vargut të lehtë dhe një klasë te vargut të rëndë. (Një përjashtim është qeliza B e pjekur, që mund të prodhojë vargje μ dhe δ të rënda, por specificiteti i antitrupit është i njëjte, pasiqë VDJ regjioni është prezent në vargjet μ dhe δ vargjet ).Pasiqë cilado qelizë B ka kromozome nga dy prindërit - maternale dhe paternale te cilët kodojnë për  gjenet e imunoglobulinave , duhet te ketë një rend në të cilën qeliza e ekpreson gjenin e imunoglobulines, ashtu që të sigurohet  se vetëm një tip i vargut të lehtë dhe një klasë e vargut të rëndë është prodhuar.

Renditja me te cilën gjenet e imunoglobulinave janë te ekspresuara ne B qelizë janë paraqitur ne figurën 7 dhe 8.

Vargu i rëndë (figura 7)

Qeliza përpiqet te rikomponojë një nga gjenet e vargjeve të rënda të saj, me ç’rast në disa qeliza kromozomi maternal është zgjedhur, kurse në tjerat ai paternal. Nëse rikomponimi është i suksesshëm ashtuqe ndërtohet një varg i rëndë, nuk paraqitet rikomponimi i mëtejmë. Nëse përpjekja e parë për rikomponimin e gjeneve te vargut të rëndë është e pasuksesshme ( asnjë varg i rëndë nuk është krijuar ), atëherë qeliza tenton ta rikomponojë gjenin e vargut të rëndë në kromozomin tjetër.Nëse qeliza nuk është e suksesshme në rikomponimin e gjeneve të vargjeve të rënda për të dytën herë, ajo është e destinuar të eliminohet.

Kappa vargu i  lehte (Figura 8)

Kur një qelizë rikomponon me sukses një gjen të vargut të rëndë,pastaj fillon te rikomponon një nga gjenet e kappa vargjeve të lehta. Është e rastësishme se cili prej gjeneve të vargjeve paternale ose maternale  kappa do të zgjidhet. Nëse rikomponimi është i pasuksesshëm (nuk prodhon vargje funksionale të lehta kappa), atëherë tentimi vazhdon në rikomponimin e kappa gjeneve në kromozomin tjeter. Nëse një qelizë me sukses rikomponon një gjen të kappa vargut  të lehtë, do te jetë qeliza B ajo që do të prodhojë një imunoglobulinë me kappa varg te lehte.

 

Lambda vargu i  lehte (Figura 8)

Nëse një qelizë është e pasuksesshme në rikomponimin e gjeneve të dy kappa vargjeve të lehta, ajo pastaj tenton të prodhojë një lambda varg të lehtë. Është e rastësishme se cili prej gjeneve të vargjeve paternale ose maternale  lambda  do të zgjidhet. Nëse rikomponimi është i pasuksesshëm (nuk prodhon vargje funksionale të lehta lambda) atëherë tentimi vazhdon në rikomponimin e lambda gjeneve në kromozomin tjetër. Nëse një qelizë me sukses rikomponon një gjen të lambda vargut të lehtë, do te jete qeliza B ajo qe do të prodhojë një imunoglobulinë me kappa varg të lehtë.

 Renditja e sekuencës së rikomponimit të gjeneve të familjes së imunoglobulinave shpjegon:

1) pse një B qelizë e vetme mund të prodhojë vetëm një lloj të imunoglobulinës me një tip të vargut të rëndë dhe të lehtë.

2) pse një qelize e vetme B mund të prodhojë antitrupa specifik.

3) pse eshte një përjashtim alelik në allotipet e imunoglobulinave në nivel të një molekule të vetme të imunoglobulinës por ekspresioni  kodominant i allotipeve në organizëm si i tërë.

 

Origjina e shumëllojshmërisë së antitrupit  

Prapavija
Shumëllojshmëria e antitrupave i referohet shumës totale të gjithë antitrupave specifik që një organizëm mund të prodhojë. Vlerësohet  se ne mund te prodhojmë 10⁷ - 10⁸   molekula të antitrupave. Një nga pyetjet kryesore në imunologji është se si mund të prodhojmë aq numër të ndryshëm  të molekulave të imunoglobulinave. Teoritë qe tentojnë të shpjegojnë origjinën e shumëllojshmërise së antitrupave ndahen ne 2 grupe.

a. Teoria e qelizave embrionale

Kjo teori thotë se ne kemi një regjion të ndryshëm të gjeneve V për secilin antitrup që mund të prodhojmë.

b.Teoria e mutacionit somatik

Kjo teoria thotë se ne mund te kemi vetëm një ose disa regjione V të gjeneve dhe shumëllojshmëria eshte produkt i mutacioneve që shfaqen ne këto gjene.

Konceptet e tanishme

Konceptet e tashme janë se edhe teoria e qelizave embrionale edhe ajo e mutacioneve somatike janë të drejta. Mendohet se shumëllojshmëria e antitrupave është krijuar nga këto mekanizma.

a. Një numër i madh i gjeneve V

i) 30 lambda V gjene

ii) 300 kappa V gjene
iii) 1000 V gjene të vargjeve të lehta

b. V-J dhe V-D-J lidhja
Regjioni ku gjenet V të vargjeve të lehta dhe  regjioni J, ose  gjenet V të vargjeve të rënda, regjionet D dhe J bëhen se bashku në regjionin e tretë hipervariabil. Pasi që është e rastësishme se cili V dhe J ose D regjion do të behet bashkë, janë shume diversitete që mund të prodhohen nga V-J dhe V-D-J lidhja.

c. Diversiteti i lidhjeve  (pasaktësitë në rekombinimet V-J dhe V-D dhe D-J) - (Figura 9)

Rekombinimi mes V-J dhe V-D-J nuk eshte çdo herë i përkryer dhe diversiteti shtesë mund të paraqitet si rezultat i gabimeve gjatë rekombinimeve që e sjellin regjionin V afër regjioneve J dhe D ose regjionin D afër atij J. Vlerësohet se këto pasaktësi mund ta trefishojnë shumëllojshmërine e lidhjeve V-J dhe V-D-J. Diversiteti i krijuar me ketë mekanizëm shfaqet në regjion e tretë hipervariabil dhe kështu direkt e përfshin pjesën kombinuese të antitrupit.

d .Futja e regjionit N

Ne lidhjen mes segmenteve D dhe J zakonisht eshte një insertim i një serie te nukleotideve të cilat janë te kanalizuara nga enzima terminal transferaze. Terminal transferaza katalizon polimerizimin  e nukleotideve në ADN pa prezencën e kallëpit. Kjo shpie te diversiteti i mëtejme ne regjionin hipervariabil.

e.Mutacioni somatik

Ka fakte se mutacionet somatike shfaqen në gjenet V , posaçërisht në vendin ku kodohen për regjionin e dytë hipervariabil. Kështu, mutacionet somatike me siguri i kontribuojnë diversitetit të antitrupave në një masë.

f.Kombinimi asociues

 Çdo qelizë B ka potencial te prodhojë cilëndo nga vargjet e rënda dhe të lehta te mundshme. Kështu, kombinimet e ndryshme të vargjeve të rënda dhe të lehta në një qelize të vetme B i kontribuojnë diversitetit të mëtejme. 

g.  Multispecificiteti
Si rezultat i reaksionit të kryqëzuar mes determinantave antigjenike me strukturë të ngjashme, një  antitrup shpesh mund të reagoje me  më shumë se një determinantë antigjenike. Kjo dukuri quhet multispecificitet dhe i kontribuon diversitetit të antitrupit.

Një shembull se si këta mekanizma mund të gjenerojnë një numër të madh të llojllojshmërisë ,është ilustruar më poshtë:

Këto kalkulime nuk e marrin në konsideratë kontributin e lambda vargjeve të lehta, mutacionet somatike dhe diversitetin e kryqëzimit, insertimin e  regjionit N ose multispecificitetin.

Procesi i rikomponomit të gjeneve të vargjeve të rënda dhe te lehta si dhe asocimi kombinues i këtyre vargjeve shfaqet gjatë zhvillimit të qelizave B dhe eshte i pavarur nga antigjeni. Klonet e qelizave B që i ekspresojne të gjitha veçoritë e mundshme të antitrupave janë prodhuar gjatë zhvillimit dhe antigjeni thjesht i zgjedh ato klone që janë të përshtatshme për receptor. Klonet e zgjedhura aktivizohen, proliferojne dhe diferencohen në plazma qeliza që sekretojnë antitrupa.

Receptorët  antigjenik të  qelizave T

T qelizat, poashtu kanë një receptor për antigjen në sipërfaqe. Ky receptor nuk është molekulë e imunoglobulinës por është e ndërtuar nga 2  vargje polipeptidike qe kanë regjionet analoge konstante dhe variabile në imunoglobulina. Diversiteti ne reptorë të qelizave T është poashtu i gjeneruar ne mënyre te njëjte të përshkruar për diveristetin e antitrupave (p.sh. VJ dhe VDJ i bashkohen segmenteve te gjeneve dhe asocimit kombinues). Sidoqoftë, asnjë mutacion somatik nuk është vërejtur në qelizat T.

Kthehu në seksionin e imunologjia të Microbiology and Immunology On-line

faqja së fundi e ndërruar në  Sunday, February 15, 2015
faqja mbahet nga  Richard Hunt