Estructura de los genes de los receptores
En el genoma humano existen 6 grupos principales que codifican las cadenas de los receptores de reconocimiento de antígenos de los linfocitos B y T (inmunoglobulinas Ig y receptores de células T TCR). Los genes están localizados en diferentes cromosomas y, en su configuración germinal, constan de regiones separadas.
Los segmentos codificantes se dividen en:
- Segmentos V (Variable). Forman la mayor parte del dominio variable (hasta la región CDR3). Su número llega hasta 129, pero muchos son pseudogenes y no se expresan.
- Segmentos D (Diversity). Son responsables de la diversidad adicional. Están presentes solo en los grupos de cadenas pesadas H de las inmunoglobulinas, así como en las cadenas $\beta$ y $\delta$ del TCR.
- Segmentos J (Joining). Cortos segmentos de unión.
- Genes C (Constant). Codifican los dominios constantes y determinan el isotipo de la molécula.
La configuración génica madura, capaz de codificar un receptor completo, se forma exclusivamente durante el proceso de recombinación somática, cuando las regiones germinales se unen.
Mecanismo y regla 12/23
Para que las enzimas reconozcan los sitios de corte del ADN, hay secuencias de señales de recombinación (RSS) junto a los segmentos codificantes. Cada RSS consta de un heptámero (7 nucleótidos) y un nonámero (9 nucleótidos) altamente conservados, separados por un espaciador de exactamente 12 o 23 bases de longitud.
El ensamblaje de los segmentos sigue estrictamente la «regla 12/23»: un segmento con un espaciador de 12 pares de bases solo puede unirse a una región que tenga un espaciador de 23 pares de bases.
El proceso en sí es llevado a cabo por un complejo multicomponente de recombinación V(D)J:
- Aproximación y ruptura. Las recombinasas RAG-1 y RAG-2 se unen a las RSS, forman un dímero y crean un bucle de ADN. Se produce la ruptura de las hebras exactamente en el límite de los segmentos codificantes.
- Eliminación del exceso. El ADN intermedio junto con las secuencias de señal se cierra en un anillo (REC) y se elimina para siempre del genoma.
- Formación de horquillas e inserciones. Los extremos de las regiones codificantes rotas se pliegan en «horquillas» cerradas. A continuación, la endonucleasa las corta lateralmente y las hebras se despliegan, formando inserciones P palindrómicas. Inmediatamente después, la enzima TdT añade nucleótidos aleatorios sin participación de una matriz, formándose inserciones N (hasta 20 nucleótidos).
- Reparación. La ADN ligasa IV, con la participación del complejo Ku70/Ku80, une los segmentos ya preparados.
Exclusión alélica
La recombinación se produce de forma independiente en cada linfocito y comienza estrictamente en un cromosoma. Este mecanismo se denomina exclusión alélica.
Si el reordenamiento se realiza con éxito, la expresión de los genes RAG se bloquea y el gen del cromosoma homologo permanece en su estado intacto (germinal). Esto es de importancia crítica para garantizar la monospecificidad de la célula: un solo linfocito debe portar receptores de una sola especificidad.
Sin embargo, el propio proceso conlleva una alta tasa de errores. Alrededor de 2/3 de los intentos provocan un cambio en el marco de lectura. En caso de fallo en el primer cromosoma, la célula activa el reordenamiento en el segundo. Si ambos intentos fracasan, el linfocito entra en apoptosis.
Fuentes de hipervariabilidad
El reordenamiento se produce en la zona de formación de la tercera región hipervariable del receptor (CDR3), cuya variabilidad es colosal. La diversidad se logra gracias a un conjunto de factores:
- Combinatoria: la selección aleatoria de segmentos V, D y J específicos.
- Imprecisión en la unión: las enzimas pueden introducir rupturas con un desplazamiento de varios nucleótidos.
- Inserciones P y N: la adición de nuevas bases no codificadas originalmente.
- Desplazamiento del marco de lectura: el segmento D se puede leer en tres marcos diferentes.
Teóricamente, este mecanismo permite crear hasta $10^{19}$ variantes de receptores. En la práctica, es imposible realizar este potencial debido al número limitado de células en el organismo (el número real de clones de células T es de aproximadamente $2,5 \times 10^7$). Sin embargo, esta diversidad es más que suficiente para reconocer cualquier antígeno existente en la naturaleza.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas y complejos proteicos participan en el proceso de recombinación V(D)J?
En el proceso de recombinación V(D)J participa un complejo de recombinación especializado que consta de seis componentes principales. Estos incluyen:
- Dímero de recombinasas (RAG-1/RAG-2): lleva a cabo el reconocimiento de las secuencias de señal y la ruptura de las hebras de ADN.
- Proteincinasa dependiente de ADN: participa en la resolución de las horquillas y en la reparación.
- ADN ligasa IV: asegura la reunión de las hebras de ADN.
- Desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT): cataliza la síntesis no templada de oligodesoxirribonucleótidos (inserciones N).
- Heterodímero HMG 1/2: promueve la aproximación de las regiones de ADN.
- Heterodímero Ku70/Ku80: participa en el proceso de reparación.
Asimismo, en la resolución de las horquillas participa la enzima endonucleasa.
¿En qué cromosomas específicos se localizan los distintos grupos de genes de inmunoglobulinas y del TCR?
Los grupos de genes de inmunoglobulinas (IG) y de los receptores de células T (TR) se localizan en cuatro cromosomas humanos diferentes. La distribución de los loci génicos se presenta de la siguiente manera:
| Cromosoma | Genes de inmunoglobulinas (IG) | Genes del receptor de células T (TR) |
|---|---|---|
| Cromosoma 2 | Cadena κ (IGK) | — |
| Cromosoma 7 | — | Cadena β (TRB), cadena γ (TRG) |
| Cromosoma 14 | Cadena pesada H (IGH) | Cadena α (TRA), cadena δ (TRD) |
| Cromosoma 22 | Cadena λ (IGL) | — |
¿En qué etapas de la diferenciación independiente de antígenos de los linfocitos B se produce el reordenamiento de los genes de las cadenas pesadas y ligeras?
El reordenamiento de los genes de las cadenas pesadas y ligeras de las inmunoglobulinas ocurre en etapas estrictamente definidas del desarrollo de los linfocitos B.
- Los genes de cadenas pesadas (cadenas H) se reordenan primero en el estadio pro-B II. Este proceso consta de dos etapas: primero se produce la recombinación D-J y, a continuación, la recombinación V-DJ para formar el gen maduro.
- Los genes de cadenas ligeras (cadenas L) se reordenan en el estadio pre-B II. En este proceso, los segmentos V y J se unen directamente (debido a la ausencia del segmento D); primero se involucran los genes de la cadena κ, y si esto falla, los de la λ.
¿A qué inmunodeficiencias primarias conducen los defectos en los genes RAG1 y RAG2?
Los defectos en los genes RAG1 y RAG2 provocan el síndrome de Omenn (Omenn syndrome) en caso de un bloqueo incompleto de RAG. La función génica se conserva parcialmente, por lo que se produce la recombinación V(D)J necesaria para generar un repertorio específico de antígenos.
La regla 12/23 se puede comparar con el montaje de una vía férrea: un fragmento con un conector tipo "12" solo se acopla a una ranura tipo "23". Los extremos idénticos (12+12 o 23+23) no se unen. Esto protege a la célula de la unión incorrecta de dos segmentos idénticos (por ejemplo, V y V).
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué cadenas de receptores poseen segmentos D?
Los segmentos D solo están presentes en los clústeres de cadenas pesadas H de las inmunoglobulinas, así como en los clústeres de las cadenas β y δ del receptor de células T. El resto de las cadenas prescinden de ellos y se ensamblan mediante el mecanismo V-J.
¿Qué son las inserciones N y de dónde provienen?
Se trata de nucleótidos completamente nuevos, no codificados en el genoma, que la enzima terminal desoxinucleotidil transferasa (TdT) añade de forma aleatoria a los extremos del ADN cortado. Estos incrementan enormemente la variabilidad de los receptores.
¿Qué ocurre con el fragmento de ADN escindido?
Los segmentos genéticos no utilizados y las secuencias de señales se pliegan en un círculo de escisión de recombinación (REC). Este se escinde físicamente y se pierde de forma irreversible para la célula.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura palindrómica de heptámeros, nonámeros e inserciones P
- Estructura y funciones de las recombinasas RAG-1 y RAG-2 en la sinapsis del ADN
- Mecanismo de selección del linaje de diferenciación de los linfocitos T (αβ o γδ)
- Fenómeno de edición periférica de receptores
- Secuencia estricta de reordenamiento de cadenas (primero las pesadas, luego las ligeras)
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