Sistema genetico delle immunoglobuline e generazione della diversità degli anticorpi

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1 Sistema genetico delle immunoglobuline e generazione della diversità degli anticorpi

2 La risposta immunitaria: una overview overview Coinvolge 3 step: riconoscimento(self vs non-self) comunicazione eliminazione risposta immune non specifica infiammazione e reclutamento di fagociti risposta immune specifica sintesi di proteine (anticorpi, recettore di cellule T, MHC) e cellule (linfociti B e T cells, fagociti) specializzate A phagocytestalkinga rod-shaped bacterium Anticorpo = immunoglobulina Antigene = antibody-generating substance

3 Le cellule del sistema immunitario

4 Una plasmacellula matura sintetizza da 2000 a anticorpi al secondo! Antibody/antigen complex elimination

5 Interazione chiave-serratura

6 Struttura schematica delle immunoglobuline Catene leggere: 220 a.a. Catene pesanti: a.a. Regioni variabili: 110 a.a.

7 Struttura schematica delle immunoglobuline

8 Tipo Struttura % (rispetto alle Ig circolanti) Funzione Caratteristiche IgG 2γ-2L 4 sottoclassi 75-80% Attivazione del complemento nella risposta secondaria Monomeri Attraversano la barriera placentare IgA 2α-2L 2 sottoclassi 14-20% Protezione contro le infezioni locali Nelle secrezioni (saliva, colostro, lacrime,muco) Monomeri (nel siero) Dimeri (nelle secrezioni) IgD 2δ-2L <1% Attivazione del linfocita e differenziamento a plasmacellula IgE 2ε-2L < 1% Risposta ai parassiti Coinvolte nelle allergie IgM 2µ-2L 5-10% Attivazione del complemento nella risposta primaria Monomeri Solo di membrana Si legano ai recettori dei mastociti e granulociti basofili Monomeri (sulla membrana plasmatica) Pentameri (nella forma secreta)

9 = molecole di carboidrati IgD sigm IgG IgA siga IgE

10 GENERAZIONE DELLA DIVERSITA ANTICORPALE 1) Molteplici segmenti genici 2) Ipermutazioni somatiche 3) Ricombinazioni somatiche (diversità combinatoriale e giunzionale) 1) 2) 3)

11 Differenziamento dei linfociti B

12

13 GENERAZIONE DELLA DIVERSITA ANTICORPALE - I RIARRANGIAMENTI GENOMICI DURANTE IL DIFFERENZIAMENTO DEI LINFOCITI B Unione combinatoriale di segmenti genici per ricombinazione somatica

14 Organizzazione dei geni delle immunoglobuline umane nella linea germinale * *L = sequenza leader E coinvolta nel trasferimento della catena polipeptidica neo-tradotta nel lume del reticolo endoplasmatico. Poi viene rimossa non compare nella Ig di membrana né in quella secreta

15 Organizzazione dei geni delle immunoglobuline umane nella linea germinale VDJ-C VJ-C V-JC

16 Riarrangiamento dei geni per le catene leggere κ (sul cromosoma 2) X VJ-non coding-c κ VJC κ

17 Riarrangiamento dei geni per le catene leggere λ (sul cromosoma 22) X LV+JC κ LVJC λ VJC λ

18 Riarrangiamento dei geni per le catene pesanti (sul cromosoma 14) X Catena pesante di IgM Catena pesante di IgD

19 Riarrangiamento dei geni per le catene pesanti (sul cromosoma 14) X X Catena pesante di IgM Catena pesante di IgD

20 SWITCHING DI CLASSE (isotipico) - I Splicing alternativo

21 SWITCHING DI CLASSE (isotipico) -II Riarrangiamenti genomici LVDJ-C Hγ LVDJ-C Hε LVDJ-C Hα

22 SWITCHING DI CLASSE (isotipico) -II Riarrangiamenti genomici LVDJ-C Hγ X LVDJ-C Hε LVDJ-C Hα

23 SWITCHING DI CLASSE (isotipico) -II Riarrangiamenti genomici LVDJ-C Hγ X LVDJ-C Hε LVDJ-C Hα

24 Come avviene il riarrangiamento? RSS RSS=Recombination Signal Sequence 23 bp 10 bp 10 bp 23 bp 23 bp 10 bp

25 RAG=Recombination-Activating Gene 1

26 Video: VDJ Recombination

27 Light chain Heavy chain

28 La varietà di anticorpi che può essere sintetizzata come risposta ad antigeni che l organismo non ha mai incontrato prima è praticamente infinita. Catena λ = Catena κ = Nell uomo: 35 segmenti genici LV 7 segmenti genici JC 40 segmenti genici LV 5 segmenti genici J 1 segmento genico C Catene H = 44 segmenti genici V 25 segmenti genici D 6 segmenti genici J 9 segmenti genici C Possibili 245 catene λ, 200 catene κe catene pesanti diverse x ( ) = molecole di anticorpo diverse

29 GENERAZIONE DELLA DIVERSITA ANTICORPALE -II Variabilità giunzionale e Iper-mutazione somatica

30 Variabilità giunzionale = A-C C-A A-C G-T T-G G-T 5 -CCTCCC- GGTGG CCTTGG 3 Pro Trp 5 -CCTCGG 3 Pro Arg 5 -CCTCCG 3 Pro Pro 5 -CCTCCC 3 Pro Pro Si arriva a oltre 1 miliardo di combinazioni possibili!

31 Iper-mutazione somatica Ristretta alle regioni di DNA che codificano per le regioni variabili (preferenzialmente su G o C) 10-2 /divisione ( 10 4 volte > tasso di mutazione spontanea del DNA) Senza questo meccanismo il range di diversità anticorpale disponibile sarebbe fissato alla nascita rapido adattamento a nuovi antigeni (maturazione dell affinit affinità)

32 Regolazione dell espressione espressione dei geni delle Ig -I I geni per le immunoglobuline sono espressi solo dopo il loro assemblaggio: cosa ne attiva la trascrizione? Enhancer tessuto-specifico specifico il riarrangiamento lo avvicina al promotore

33 Regolazione dell espressione espressione dei geni delle Ig -II Le plasmacellule producono un solo tipo di anticorpo: perché? ESCLUSIONE ISOTIPICA il riarrangiamento del locus κ delle catene leggere blocca il riarrangiamento a livello del locus λ ESCLUSIONE ALLELICA solo un riarrangiamento funzionale/cellula

34 Early pro-b cell Late pro-b cell Pre-B cell Immature B cell H-chain gene rearrangement H-chain gene rearrangement L-chain gene rearrangement No more rearrangements D-J rearrangements on both chromosomes V-DJ rearrangement on first chromosome (chr 14) V-DJ rearrangement on second chromosome (chr 14) κ gene rearrangement on first chromosome (chr 2) Cell expresses IgM (κµ κµ) Cell loss κ gene rearrangement on second chromosome (chr 2) Productive join Non-productive join λ gene rearrangement on first chromosome (chr 22) λ gene rearrangement on second chromosome (chr 22) Cell expresses IgM (λµ λµ) Cell loss

35 RECETTORI PER L ANTIGENE L IN LINFOCITI B e T T cell receptor complex V L V H V H C L Vα Vβ C L C H C H C L γ ε ε δ C H C H ζ ζ Cα Cα C H C H CD3 BcR 2 catene leggere e 2 pesanti lega l Ag solubile 2 siti di legame per l Ag TcR 2 catene α/β(95%) o δ/γ(5%) lega Agcomplessato con MHC 1 sito di legame per l Ag

36 RIARRANGIAMENTO DEI GENI PER IL TcR Locus umano delle catene βdel TcR(cromosoma 7) V(D)J-C Locus umano delle catene α del TcR(cromosoma 14) VJ-C

37 Video: Production ofantigenreceptors: