Mecanismo de hipermutagénesis somática
El proceso de mutación intensificada de los genes de inmunoglobulinas se produce exclusivamente durante la respuesta inmune. En él participan células B en proliferación activa (centroblastos B) ubicadas en los centros germinales. En la etapa de células plasmáticas maduras, el hipermutagénesis se detiene.
El principal iniciador es la enzima citidina desaminasa, codificada por el gen AID (Activation-induced cytidine deaminase). La enzima desamina la citidina en el ADN monocatenario, convirtiéndola en desoxiuridina. Primariamente, esto causa la sustitución de citosina por timina (C→T), tras lo cual surgen múltiples mutaciones somáticas en forma de transiciones.
La frecuencia de los cambios genéticos durante este proceso aumenta de tres a cuatro órdenes de magnitud (de $10^{-6}$ a $10^{-2}$). Las mutaciones se localizan estrictamente en el dominio V, afectando más intensamente a la región CDR3, donde se modifica hasta el 3% de las bases en cada división. La mayoría de las mutaciones reduce la capacidad de los anticuerpos para unirse al antígeno, pero gracias a la enorme cantidad de variantes surgen clones con mayor afinidad. La supervivencia de estas células se denomina maduración de la afinidad.
Cambio de genes constantes (isotipos)
El cambio de isotipo proporciona la base molecular para el cambio de clases de anticuerpos. El grupo de genes IGH contiene un conjunto de genes constantes (C). En los humanos, en el cromosoma 14q, se encuentran en un orden evolutivamente fijado: desde C$\mu$ y C$\delta$ hasta C$\alpha$2.
Para iniciar el cambio, se requiere una respuesta inmune dependiente de T, contacto con células T a través de las moléculas CD40 y CD154, así como la acción de citocinas. Antes de cada gen C (excepto C$\delta$) se encuentra una secuencia S (del inglés switch), compuesta por repeticiones GAGCT o GGGGGT.
Etapas de la recombinación:
- Polimerización de las secuencias S y reorganización de la cromatina.
- Aproximación de los sitios S seleccionados.
- Formación de un bucle de ADN que captura todos los genes C intermedios.
- Rupturas de doble cadena en el ADN mediante endonucleasas en los bordes del bucle.
- Escisión del bucle y unión inmediata de los extremos libres.
Como resultado, el nuevo gen C se une al gen variable V original. La especificidad de los anticuerpos no cambia, ya que el gen V sigue siendo el mismo, solo cambia la función efectora.
Efecto de las citocinas y formación de formas secretadas
La dirección del cambio de isotipo está regulada por citocinas producidas por los linfocitos T colaboradores:
- IL-4 dirige el cambio hacia la síntesis de IgE (y en ratones también hacia IgG1).
- IFN$\gamma$ induce la transición hacia la producción de IgG3.
- TGF$\beta$ promueve la producción de IgA.
Además del cambio de isotipo, la célula B cambia la síntesis de receptores de membrana a anticuerpos secretados. En el extremo 3' de los genes C se encuentran el segmento SC (codifica la parte soluble) y dos segmentos MC (codifican el anclaje hidrófobo para la membrana).
En las células vírgenes se leen ambas regiones, pero durante el corte y empalme (splicing), el fragmento SC se elimina y el receptor se fija en la membrana. Al convertirse en una célula plasmática, la terminación de la transcripción (señal poli-A) ocurre temprano, justo después del segmento SC. Como resultado, las regiones MC no se leen y la célula sintetiza únicamente anticuerpos solubles.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿En qué orden exacto se ubican los genes de los dominios constantes de las cadenas pesadas (IGH) en el cromosoma 14q en humanos?
El orden exacto de ubicación de los genes de los dominios constantes de las cadenas pesadas en el cromosoma 14q en humanos incluye el segmento VDJ, seguido de los genes C y un pseudogen.
El orden de ubicación en el grupo IGH: VDJ — C$\mu$ — C$\delta$ — C$\gamma$3 — C$\gamma$1 — $\psi$C$\epsilon$ — C$\alpha$1 — C$\gamma$2 — C$\gamma$4 — C$\epsilon$ — C$\alpha$2.
La presencia de dos conjuntos homólogos de genes es el resultado de una duplicación evolutiva. Entre los genes C$\gamma$1 y C$\alpha$1 se encuentra un pseudogen homólogo al gen C$\epsilon$. La ubicación y el conjunto exacto de genes C son específicos de cada especie.
¿A qué inmunodeficiencia primaria conducen los defectos genéticos de la enzima AID o de la molécula CD154?
El defecto genético de la molécula CD154 conduce al desarrollo de una inmunodeficiencia primaria: el síndrome de hiper-IgM.
- Síndrome de hiper-IgM: surge debido a una mutación en el gen TNFSF5 (cromosoma Xq) y una alteración en la expresión de la molécula CD154 o su receptor CD40.
Esto bloquea la interacción intercelular normal de las células T con los macrófagos, las células dendríticas y los linfocitos B. Como resultado, el paciente presenta una alteración en el cambio de genes C. No hay información en los materiales proporcionados sobre una inmunodeficiencia primaria causada por un defecto en la enzima AID.
Para memorizar la relación entre citocinas e isotipos: la IL-4 («cuatro» suena similar a «E» en ruso) cambia a IgE. El TGF-beta («beta» y «A») dirige la síntesis de IgA.
Preguntas de clases y exámenes
¿Se produce hipermutagénesis en las células plasmáticas?
No, este proceso se detecta exclusivamente en centroblastos B en proliferación activados. No ocurre en células plasmáticas diferenciadas.
¿Cambia la especificidad del anticuerpo al cambiar de isotipo?
La especificidad por el antígeno no cambia. El gen variable (V) permanece igual, y solo se reemplaza el gen constante (C), que determina las propiedades efectoras de la molécula.
¿Por qué las células B vírgenes expresan dos isotipos simultáneamente: IgM e IgD?
Esto se logra mediante el corte y empalme alternativo del transcrito primario de ARNm. Dependiendo del lugar donde se excinden los intrones, se forma una cadena $\mu$ o $\delta$.
¿Es reversible el cambio de clases de anticuerpos?
Por regla general, este es un proceso irreversible, ya que el bucle de ADN con los genes constantes intermedios se escinde físicamente del genoma de la célula y se pierde.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de corte y empalme alternativo durante la expresión simultánea de IgM e IgD
- Estructura y funciones de las moléculas CD40 y CD154 en la respuesta inmune dependiente de T
- Duplicación evolutiva de genes en el grupo IGH en el cromosoma 14q en humanos
- Estructura molecular de las secuencias S y su sensibilidad a las endonucleasas
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