Recombinación V(D)J

A recombinación V(D)J é un mecanismo de recombinación xenética que se dá en vertebrados por medio do cal se seleccionan e ensamblan de forma aleatoria segmentos de xenes que codifican proteínas específicas do sistema inmunitario, como os anticorpos e o receptor TCR, o que aumenta a súa variabilidade. Esta recombinación tan especificamente localizada xera un amplo repertorio de receptores de linfocitos T (TCR) e moléculas de inmunoglobulina (Ig), que son necesarios para o recoñecemento dos máis diversos antíxenos bacterianos, víricos e de parasitos, ou de células disfuncionais, como as tumorais e do pole. Introdución
As moléculas de anticorpo humanas (e os receptores de células B ou BCR) constan de cadeas lixeiras e pesadas que conteñen rexións constantes (C) e variables (V) que se codifican mediante tres tipos de xenes. Xene da cadea pesada, localizado no cromosoma 14 humano.
Xene kappa (κ) da cadea lixeira, localizado no cromosoma 2.
Xene lambda (λ) da cadea lixeira, localizado no cromosoma 22.
No xenoma humano están localizados múltiples xenes das rexións variables que constan de tres tipos de segmentos. Por exemplo, a rexión de inmunoglobulina da cadea pesada contén 65 xenes variables (V), ademais de 27 xenes de diversidade (D) e seis xenes de unión funcional (functional joining ou J). As cadeas lixeiras tamén posúen numerosos xenes V e J, pero non D. Por este mecanismo de reorganización do ADN destas rexións xénicas é posible xerar un repertorio de anticorpos de máis de 3 × 1011 posibles combinacións, aínda que algunhas son eliminadas debido á autorreactividade.
A maioría dos receptores de linfocitos T están compostos por cadeas α e β. Os seus xenes son similares aos das inmunoglobulinas no sentido de que conteñen mútiples xenes V, D e J nas súas cadeas β (e xenes V e J nas súas cadeas α) que se reorganizan durante o desenvolvemento do linfocito para dotar á célula dun único receptor de antíxeno.
Cando a célula ten fallos ao crear un produto correcto por este mecanismo, iso leva á apoptose da célula. Recombinación V(D)J nas inmunoglobulinas
Cadea pesada
Nos linfocitos B en desenvolvemento, o primeiro evento de recombinación ten lugar entre un xene do segmento D e outro do segmento J do locus da cadea pesada. Elimínase o fragmento de ADN entre os segmentos seleccionados. Tras esta recombinación D-J prodúcese a unión co xene V, a partir dunha rexión situada "corrente arriba" do complexo DJ acabado de formar, para dar lugar a un xene VDJ reorganizado. Neste momento tamén se elimina do xenoma da célula calquera outro xene que estivese comprendido entre os segmentos V e D. Xérase un transcrito primario (ARN sen splicing), que contén a rexión VDJ da cadea pesada, ademais das cadeas constantes μ e δ (Cμ e Cδ) (é dicir, este transcrito contén os segmentos V-D-J-Cμ-Cδ). O ARN primario procésase engadindo unha cola de poliadenilación (poli-A) despois da cadea Cμ e eliminando a secuencia entre o segmento VDJ e as zonas constantes. A tradución deste ARNm produce a cadea proteica pesada μ da Ig.
Cadea lixeira
As cadeas kappa (κ) e lambda (λ) dos loci da cadea lixeira da inmunoglobulina reorganízanse dun modo moi semellante, excepto en que as cadeas lixeiras carecen de segmento D. Noutras palabras, o primeiro paso da recombinación nas cadeas lixeiras implica a unión das cadeas V e J para dar lugar a un complexo VJ trala adición da cadea constante durante a transcrición primaria. A tradución do ARNm procesado das cadeas kappa ou lambda dá lugar á formación dunha proteína de cadea lixeira Ig κ ou Ig λ.
A ensamblaxe da cadea pesada Ig μ e unha das cadeas lixeiras dá lugar á produción da forma unida á membrana da inmunoglobulina IgM que se expresa na superficie dos linfocitos B inmaturos. Nos receptores de linfocitos T
Durante o desenvolvemento dos linfocitos T, as cadeas do seu receptor (TCR) sofren esencialmente a mesma secuencia ordenada de sucesos que se describiu para as inmunoglobulinas. A recombinación de D a J ten lugar primeiro na cadea β do TCR. Este proceso implica a unión dun segmento xénico Dβ1 a un dos seis segmentos Jβ2. Despois, hai reordenacións do tipo Vβ con DβJβ. Todos os xenes entre Vβ-Dβ-Jβ dentro do complexo de nova formación son suprimidos e o transcrito primario sintetízase incorporando a porción do dominio constante (Vβ-Dβ-Jβ-Cβ). A tradución do ARNm unha vez que completou o splicing xera a produción da cadea do TCR Cβ definitiva.
Seguidamente, prodúcese o reordenamento da outra cadea (α), que comeza cunha unión V-J como a descrita nas cadeas lixeiras das Ig. A ensamblaxe das cadeas β e α produce o TCR-αβ que se expresa na maior parte dos linfocitos T. Mecanismo de recombinación
Secuencias sinal de recombinación
Os xenes rexionais (V, D, J) están flanqueados por secuencias sinal de recombinación (RSSs, polas súas siglas en inglés) que son recoñecidas por un grupo de encimas coñecidos colectivamente como recombinases VDJ. Estas secuencias sinal de recombinación están compostas por sete nucleótidos conservados (un heptámero) que están situados preto do xene que codifica a secuencia, seguidos por un espazador (que contén ou 12 ou 23 nucleótidos non conservados), seguido por un nonámero conservado (9 pares de bases). As secuencias sinal de recombinación están situadas cara ao extremo 3' ("corrente abaixo") dunha rexión V e cara ao extremo 5' ("corrente arriba") da rexión J. Estes son os extremos que están implicados no empalme. Só se recombinan eficientemente dúas secuencias sinal de recombinación espazadoras que non sexan idénticas (por exemplo, unha cun espazador de 12 nucleótidos recombinarase con outra cun espazador de 23 nucleótidos). Isto coñécese como a regra do 12/23 da recombinación.
Recombinase VDJ
A recombinase VDJ é unha colección de encimas, algúns dos cales son específicos de linfocitos, mientres que outros se expresan en moitos tipos celulares. Os pasos iniciais da recombinación VDJ lévanos a cabo encimas críticos específicos de linfocitos, chamados RAG1 e RAG2 (recombination activating gene-1, -2, xene activador da recombinación 1 e 2). Estes encimas asócianse uns con outros para recoñeceren as secuencias sinal de recombinación e induciren nelas unha escisión do ADN. Isto só ten lugar nunha das cadeas de ADN, o cal conduce a un ataque a un nucleótido e á creación dun motivo estrutural de bucle en forquita.
Outros encimas de recombinase VDJ exprésanse en moitos tipos celulares e están implicados na reparación do ADN que segue á actividade de RAG1 e RAG2. Un destes encimas chámase complexo proteína quinase activada por ADN (DNA-PK), que repara o ADN de dobre cadea. Este complexo únese a cada un dos extremos do ADN escindido, e recruta varias proteínas máis, incluída a nuclease Artemis, XRCC4 (X-ray repair cross-complementing factor 4), ADN ligase IV, Cernunnos (tamén chamado XLF ou factor semellante a XRCC4), e calquera das varias ADN polimerases. Os complexos DNA-PK de cada extremo do ADN fosforílanse mutuamente, o que orixina unha activación de Artemis. Artemis entón rompe o bucle que se formou pola acción das proteínas RAG. XRCC4 e Cernunnos actúan concertadamente con DNA-PK para aliñar os dous extremos do ADN entre si, e tamén contribúen a recrutar unha transferase terminal (desoxinucleotidil transferase terminal, TdT), que engade aos seus extremos nucleótidos ao chou, orixinando diversidade de unión ou empalme (junctional diversity). As ADN polimerases λ e μ insiren nucleótidos adicionais segundo se necesiten para crear dous extremos compatibles para a unión. Finalmente, a ligase IV une as cadeas, concluíndo o proceso.
Dada a variabilidade da posición exacta da escisión do bucle por Artemis, así como a adición ao chou de nucleótidos pola transferase terminal TdT, a secuencia final de ADN e, por tanto, o anticorpo resultante é moi variable, mesmo se entre dous anticorpos se dese a casualidade de que se uniesen ao chou os mesmos segmentos V, D e J. Esta gran diversidade permite que a recombinación V(D)J xere anticorpos mesmo para microbios cos non se atopou nunca nin un individuo nin os seus devanceiros. Enfermidades asociadas con defectos na recombinación V(D)J
A síndrome de Omenn está asociada con mutacións nos xenes que son necesarios para a síntese de RAG1 e RAG2. Orixina unha inmunodeficiencia combinada grave.
Tamén se documentaron deficiencias en Artemis, Cernunnos, e na ADN ligase IV. Estas doenzas foron asociadas con inmunodeficiencias combinadas graves, e, como afectan a encimas importantes na reparación do ADN, tamén poden causar unha sensibilidade á radiación ionizante.