Antikūnų genai

Žmogaus ląstelėse aptinkami trys antikūnų (Ak arba Ig) genai: pirmasis – IGH – koduoja sunkiąją grandinę, ir du genai – IGK ir IGL – atitinkamai koduoja alternatyvias kapa (κ) ir liamda (λ) lengvąsias grandines.

Šių genų sandara ir raiška daugeliu atžvilgiu ganėtinai skiriasi nuo visų kitų genų. Taip yra todėl, kad kiekvienas asmuo produkuoja milžinišką kiekį (apie 2,5 * 107) imunoglobulinų (Ig), kuriuos gamina B limfocitai. Šios ląstelės yra pagrindiniai adaptyvios imuninės sistemos atstovai, atpažįstantys daugybę svetimų antigenų ir gebantys pradėti gynybą prieš didelį skaičių patogenų. Tačiau atskiros B ląstelės yra monospecifiškos: gamina tik vieno tipo Ig heterodimerus, turinčius unikalią antigeno prijungimo vietą, taigi jos yra specifinės konkretiems antigenams. T ir B ląstelių populiacija kiekviename yra individuali, o tai suteikia galimybę sintetinti tiek daug skirtingų šių molekulių tipų. Dėl didelio Ig skaičiaus tiekimo, žymiai padidėja galimybės atpažinti ir prijungti daugelį skirtingų svetimų antigenų tipų.

Daugelyje ląstelių Ig genai yra inaktyvintoje būsenoje, tačiau neįprastas šių genų maišymasis (pasikeitimas), vykstantis B ląstelėse, juos atitinkamai aktyvina. Kuomet tai įvyksta, sukurtos naujos koduojančios kombinacijos suteikia galimybę produkuoti nepaprastai didelę įvairovę Ig.

Stuburiniuose gyvūnuose yra žinomi keturi pagrindiniai DNR sukeitimo mechanizmai:
 VDJ arba VJ rekombinacija (l. paplitęs mechanizmas). Ig variabilios srytys yra koduojamos dviejų arba trijų geno segmentų tipų – visuomet V (variabili sritis) ir J (prisijungimo sritis), ir taip pat kai kuriais atvejais D (įvairumo sritis). Gemalinėje DNR yra daugybė kiekvieno šių genų segmento kopijų. Vis dėlto subrendusių B ląstelių DNR patiria šioms ląstelėms specifinę DNR rekombinaciją, kuri kartu įtraukia specifinę V, D ir J arba V ir J segmentų kombinaciją, dėl kurios susidaro VDJ arba VJ egzonai.
 somatinis hipermutabilumas (pagrindinis mechanizmas žmogaus ir pelių organizmuose). Papildoma Ig įvairovė atsiranda dėl taškinių mutacijų, kurios įvedamos į VJ ir VDJ egzonų V sritis dėl klaidų paliekančio DNR ištaisymo.
 geno konversija (pagrindinis mechanizmas trušių ir viščiukų organizmuose). Ig įvairovė gali atsirasti ir dėl to, kad dideli nukleotidinės sekos plotai (stretches) yra nukopijuojami nuo esančių prieš transkripcijos pradžios ant pseudogenų sekų į esančią VJ ir VDJ egzonuose V geno segmentų seką.
 klasės kaitos rekombinacija (l. plačiai paplitęs mechanizmas). Pastovi Ig - ų sritis koduojama transkripcijos vienetų, kuriuos sudaro skirtingi egzonai. Ig sunkiųjų grandinių atveju, skirtingi transkripcijos vienetai koduoja skirtingas sunkiųjų grandinių klases, tokias kaip Cμ (IgM), Cδ (IgD), Cγ (IgG). B ląstelių brendimo metu viduchromatininė rekombinacija, vykstanti sunkiosios grandinės geno viduje, įneša (sukuria) transkripcijos vieneto nuolatinės srities specifinį tipą, esantį arti VDJ egzono.
Pastarųjų metų duomenimis, tokie procesai, kaip somatinis hipermutabilusmas, geno konversija ir klasės kaitos rekombinacija (kurie gali apimti pavienes rūšis, nors kai kurie mechanizmai yra labai paplitę konkrečiose rūšyse) yra valdomi vieno geno, koduojančio aktyvaciją sukeliančią dioksicitidino deaminazę (AID).

DNR pertvarkymas B ląstelėse 
Genai, koduojantys tris Ig grandines (vieną sunkiąją grandinę ir dviejų tipų lengvąsias grandines) yra išsidėstę skirtingose chromosomose ir turi ypatingą sandarą. Kiekvienu atveju variabili sritis yra koduojama dviejų arba trijų skirtingų geno segmentų, kurie yra daugelio skirtingų kopijų sudėtyje, kurios vėliau kartojasi gemalinėje DNR. Šie genai sudaryti iš:
 V (kintamoji sritis) geno segmentai. V geno segmentai koduoja variabilios srities didžiąją dalį.
 J (jungiančioji sritis) geno segmentai. J geno segmentai koduoja prijungimo sritį – nedidelę variabilios srities C-galinio domeno dalį.
 D (diversiškumo sritis) geno segmentai. D geno segmentai koduoja nedidelę diversiškumo sritį, esančią arti Ig sunkiųjų grandinių variabilios srities C-galinio domeno.

Ypatingas genų segmentų išsidėstymas Ig ir TCR genų grupėje atspindi labai neįprastą kelią, kuriame B limfocitai patiria somatinę rekombinaciją ir aktyvuojami anksčiau nefunkcionuojančių Ig genų, ir tik po to gamina jų produktus. Tai įmanoma specifiškai derinant V + D + J (tik tuo atveju, kai koduojama Ig sunkioji grandinė) arba V+J genų segmentus (kitų genų atveju). Kai tik susimontuoja V+J arba V+D+J dalelės, jos funkcionuoja kaip funkciniai egzonai. Kiekvieno šių genų pasirinkimas, kurį iš daugelio V, D arba J geno segmentų paimti kartu, limfocituose įvairuoja, todėl ir naujai sudaryti VD arba VDJ egzonai yra ląstelėms specifiški. Rezulatate individualios B ląstelės gamina skirtingus Ig. Tačiau tam tikra prasme, vis dėlto, kiekvienas individas yra mozaikiškas Ig genų sandaros B limfocituose atžvilgiu, ir todėl netgi identiški dvyniai skirsis šia prasme genetiškai.
Kuomet pirmą kartą surenkami VDJ arba VJ egzonai, yra sukuriami funkcionalūs Ig genai. Susidaręs naujas DVJ arba VJ egzonas tiekia pirmąjį egzoną šiam genui, o už transkripcijos pradžios esantys egzonai yra tiekiami egzonų, esančių gretimame transkripcijos vienete. Ig geno sunkiosios grandinės atveju, egzistuoja skirtingi funkciniai C transkripcijos vienetai, turintys skirtingas biologines savybes. Pradžioje splaisingas apima VDJ egzoną ir egzoną, esantį greta Cμ ir Cδ transkripcijos vienetų, o alternatyvus spalaisingas baigiasi μ ir δ grandinės sinteze, kuri įterpiama į IgM ir IgD vidų. Kuomet subręsta B ląstelės, tolesnės somatinės rekombinacijos baigiasi surinkto VDJ egzono prijungimu prie skirtingų C tanskripcijos vienetų, gaminančių γ, α arba ε sunkiąsias grandines, kurios yra įterpiamos į IgG, IgA arba Ig E (sunkiosios grandinės klasės kaita).

Genetiniai mechanizmai, valdantys funkcionalių VJ arba VDJ egzonų gamybą, dažnai apima didelę skalę delecijų sekose, skiriančių atrinktus geno segmentus ir kai kuriais atvejais inversijas įterptuose sekose. Konservatyvios signalinės rekombinacijos sekos apsuptos kiekvieno V ir J segmento 3‘galais ir abiejais kiekvieno D geno segmento 5‘ ir 3‘ galais. Tai įgalina segmentus jungtis V su J arba D su J, o vėliau V su DJ, tačiau niekda V su V arba D su D.

Rekombinacijos atvejai vyksta vadovaujant V(D)J rekombinazei – komplekso, turinčio du limfocitams specifinius baltymus RAG1 ir RAG2, ir fermentams, kurie padeda ištaisyti pakenktą DNR visuose mūsų ląstelėse. RAG1 ir RAG2 padaro dvigrandžius trūkius rekombinacijos signalinėse sekose, o trūkiai yra užtaisomi susiuvant kartu atitinkamus V, D ir J geno segmentus, išskyrus įterptas sekas. Nors sait - specifinė rekombinacija dažniausiai yra tiksli, rekombinacija, vykstanti Ig ir TCR genuose T ir B ląstelėse sąmoningai yra ne tokia tiksli. Vietoj to, kintamas nukleotidų skaičius yra dažnai prarandamas rekombinuojančių genų segmentų galuose ir viena ar daugiau atsitiktinai parinktų nukleotidų gali būti įterpta, sukuriant susijungimo įvairovę.

Sunkiosios grandinės klasės perjungimas 
Sunkiosios grandinės klasė (arba izotipas) gali keistis vystymosi metu: vienos ląstelės linijos palikuonys gali gaminti Ig su ta pačia antigeno (Ag) prijungimo vieta, tačiau naudoti skirtingas sunkiosios grandinės klases (klasės perjungimas arba izotipo perjungimas). Toks perjungimas yra susijęs su skirtingu to paties VDJ egzono įjungimu, kuris įvyksta dėl dviejų nuoseklių somatinių rekombinacijų, po kurių gaunami alternatyvūs pastovūs transkripcijos vienetai.

Klasės perjungimas apima viduchromatininę rekombinaciją, dėl kurios VDJ egzonas yra prijungiamas prie labiau nutolusio pastovaus transkripcijos vieneto regiono (VDJ – C prijungimas). Tai apima šias įvykių sekas:
 Nesubrendusios naivios (neturėjusios kontakto su Ag) B ląstelės pradeda Ig M sintezę. Tai įvyksta pačioje B ląstelių vystymosi pradžioje, nes RNR splaisingo metu yra kartu sujungiamos nuo VDJ egzono ir nuo gretimo Cμ transkripcijos vieneto egzonų nurašytos sekos;
 Subrendusių naivių B ląstelių vėlesnė IgM ir IgD sintezė. Vėliau B ląstelių vystymosi eigoje, tuo metu, kai B ląstelės yra imunologiškai naivios (neturėjusios kontakto su svetimu Ag), įvyksta dalinis (nepilnas) klasės perjungimas ir B ląstelės pradeda gaminti ir IgD, ir IgM. Tai įvyksta dėl papildomo alternatyvaus RNR splaisingo, kurio metu kartu sujungiamos sekos, nurašytos nuo VDJ egzono ir nuo gretimo Cμ transkripcijos vieneto egzonų. Didžioji dalis IgM ir IgD produkcijos yra skiriama sudaryti membranos receptorius, tačiau svetimų Ag buvimas sukelia stiprų IgM antikūnų sekreciją silpno pirminio imuninio atsako metu.
 Subrendusios B ląstelės sintetina IgG, IgE arba IgA. Po neapsisaugojomo nuo svetimų Ag, B ląstelėse prasideda procesai, skirti Ig prijungimo afiniškumui tobulinti (afiniškumo brendimas), taigi jos gali daug efektyviau atsakyti į svetimus Ag ateityje (kada jos galės sekretuoti daug Ak tirpiems Ag su dideliu afiniškumu svetimiems Ag stipraus antrinio imuninio atsako metu). Afiniškumo brendimas yra padedamas somatinių hipermutacijų/ geno konversijos atvejų ir pan. Subrendusiose B ląstelėse klasės perjungimas įvyksta skirtingais mechanizmais ir apima rekombinaciją, kurios metu DNR lygmenyje gali būti prijungiamas VDJ egzonas prie bet kurio Cγ, Cε arba Cα transkripcijos vieneto. Šis mechanizmas yra susijęs su įterptos sekos delecija viduchromatininės rekombinacijos metu.

Genetika