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Genética de la Diversidad de las
   Inmunoglobulina y el Receptor de
              Célula-T




Fíguras tomadas de: Tizard, 2004. Veterinary Immunology.
                Janeway et al., 2001. Immunobiology.
                 Coico et al., 2003. Immunology.
Introducción


1. Los Anticuerpos deben reconocer un número
  gigantesco de antígenos
   – Teoría de la línea germinal
   – Diversificación somática

2. Funciones de las moléculas de anticuerpos
   – Forma secretada
      • Opsonización
      • Activación del Complemento
      • Neutralización
   – Forma unida a membrana: receptor antigénico
     de célula B.
Cuatro receptores antigénicos clave
        del sistema inmune
Generación de la diversidad de
              anticuerpos:
a nivel del gen, anticuerpo, célula y organismo


 Región variable cadena pesada tiene 3 segmentos: VH, DH, JH
 Región variable cadena liviana tiene 2 segmentos: VH, JH


   1. Unión combinatoria
   – Utiliza cualquiera de los múltiples segmentos
     génicos
   – Se utilizan con más frecuencia los que se ubican
     hacia el extremo 3’
   – Selección variable del segmento génico
Gen típico que codifica una proteína
           transmembrana
Exones separados codifican para dominios
     individuales de la proteína Ig
Genetica de la síntesis de la cadena liviana Ig
                    kappa
Reordenamiento de DNA de la cadena liviana
                  kappa
”Looping out” unwanted genes
Construcción
de la cadena
 liviana Ig
Construcción
de la cadena
 pesada Ig
Genética de la síntesis de la cadena pesada Ig
Ejemplos: mamíferos utilizan diferentes genes
 (se genera variación por combinaciones V-J de las
          cadenas livianas kappa y lambda)
2. Diversidad de unión


  – Región J con longitudes de nucleótidos
    variables


3. Hipermutación (somática)


  – Mutaciones de punto untemplated
  – Puntos calientes de mutación en región de
    unión
Hipermutación somática
(genera variación en la Ig reordenada que está sujeta
   a selección pos & neg para mejorar la unión al
                       antígeno)
4. Conversión génica somática (pocas especies)


   – Translocación de segmentos cortos de la región
     V (pseudogenes) al gen VH
   – Se utiliza en las especies que tienen pocos genes
     VH o poca variación
   – Gallina, conejo
Conversión génica somática (eg., IgH gallina)
Pseudogene sequences copied into rearranged B-cell VDJ unit
Proceso de la
  conversión
   génica:

 pseudogenes
   generan
diversidad de
  secuencia
La
diversification
 de la Ig de
gallina ocurre
por conversión
     génica
5. Diferentes pares de cadenas VH y VL

  – Para formar el sitio de unión al antígeno
  – Unión combinatoria de cadenas (no de segmentos
    génicos)
  – Mecanismo actua a nivel de la proteína
Genes región V construídos a partir de
          segmentos génicos
6. Maduración de afinidad


  – Algunos mutantes unen mejor al antígeno
  – Estos subconjuntos son activados para
    proliferar
  – Selección de célula B
  – Mecanismo actua a nivel de todo el animal
    sobre mutaciones que ocurren en cada célula
    individual
Selección de mutaciones somáticas:
 A partir de mutaciones espontáneas las células que se
unen mejor al antígeno se estimulan para que proliferen
7. Apoptosis


  – Célula pre B cell: Reordenamientos no producen
    Ig
  – B madura: Encuentra antígenos propios en
    médula ósea
  – B madura: No reconoce antígenos en gánglios
    linfáticos
Las cuatro
posibilidaddes
de la célula B
para producir
    una Ig
  funcional
8. Cambio de clase de la inmunoglobulina


   – En ambientes de citoquinas específico
   – VDJ se yustapone con diferentes genes CH
   – Misma especificidad antigénica, nueva función
   – Ocurre por eliminación de DNA
   – Variación estructural en regiones C confiere
     especialización de función
Clases de Inmunogloblinas: funciones

IgG                             IgA

•   High serum concentration    •     High in secretions
•   Small size, easy escape     •     Dimer with secretory piece
    from circulation            •     Resistance to degradation
•   Antibody-mediated defense   •     Highest total volume
•   Triggers phagocytosis
                                IgE
IgM
                                •   Mediates allergic reactions
•   Primary response            •   Binds receptors on cells that
•   Large molecular size,       release inflammatory mediators
    pentamer                    •   Immunity to helminthic parasites
•   Efficient complement
    activation                  •IgD
•   Agglutination
                                •     Acts as antigen receptor on B cells
Cambio de clase en la síntesis de Ig
Mecanismo del
 cambio de
    clase
Cambio de
   clase
 involucra
recombina
   -ción
   entre
  señales
específicas
de cambio
La co-expresión de IgD e IgM es regulada
       por procesamiento de RNA
Diferentes tipos
  de variación
   entre las
inmunoglobulinas
Diferencias en la herencia entre las variantes
         inmunoglobulinas principales
clases y subclasses de Ig en mamíferos
Diversidad en los genes de immunoglobulina
         entre especies animales


  • Número de genes y clases de cadena CH


  • Expresión de la cadena liviana: kappa y lambda


  • Número de familias de cadena V y L


  • Mecanismo de generación de la diversidad de
    anticuerpos en región V
Diversidad de inmunoglobulinas entre
             mamíferos
Órganos linfoides donde ocurre recombinación,
            conversión y mutación
Generación de Anticuerpos y diversidad TCR
3 grupos de genes que forman 4 cadenas TCR
Producción de
  la cadena
peptídica del
 receptor de
   célula T
Las diferencias principales en las regiones V
de Ig y TCR está en la región determinante
  de complementaridad (región de unión al
                  antígeno)
Resumen de los mecanismos que generan la
    diversidad de la immunoglobulina
 Actuando a nivel del gen
    1.   Unión combinatoria**
    2.   Diversidad de unión**
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    5.   Cambio de clase de la immunoglobulina


 Actuando a nivel intracelular
    (proteína immunoglobulina)
    6. Diferente apareamiento de cadena VH y VL **


 Actuando a nivel de la población celular
    (nivel organismal)
    7. Maduración de afinidad
    8. Apoptosis                      **También TCR

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6. genética de la diversidad de inmunoglobulina y receptor de célula t

  • 1. Genética de la Diversidad de las Inmunoglobulina y el Receptor de Célula-T Fíguras tomadas de: Tizard, 2004. Veterinary Immunology. Janeway et al., 2001. Immunobiology. Coico et al., 2003. Immunology.
  • 2. Introducción 1. Los Anticuerpos deben reconocer un número gigantesco de antígenos – Teoría de la línea germinal – Diversificación somática 2. Funciones de las moléculas de anticuerpos – Forma secretada • Opsonización • Activación del Complemento • Neutralización – Forma unida a membrana: receptor antigénico de célula B.
  • 3. Cuatro receptores antigénicos clave del sistema inmune
  • 4. Generación de la diversidad de anticuerpos: a nivel del gen, anticuerpo, célula y organismo Región variable cadena pesada tiene 3 segmentos: VH, DH, JH Región variable cadena liviana tiene 2 segmentos: VH, JH 1. Unión combinatoria – Utiliza cualquiera de los múltiples segmentos génicos – Se utilizan con más frecuencia los que se ubican hacia el extremo 3’ – Selección variable del segmento génico
  • 5. Gen típico que codifica una proteína transmembrana
  • 6. Exones separados codifican para dominios individuales de la proteína Ig
  • 7. Genetica de la síntesis de la cadena liviana Ig kappa
  • 8. Reordenamiento de DNA de la cadena liviana kappa
  • 12. Genética de la síntesis de la cadena pesada Ig
  • 13. Ejemplos: mamíferos utilizan diferentes genes (se genera variación por combinaciones V-J de las cadenas livianas kappa y lambda)
  • 14. 2. Diversidad de unión – Región J con longitudes de nucleótidos variables 3. Hipermutación (somática) – Mutaciones de punto untemplated – Puntos calientes de mutación en región de unión
  • 15. Hipermutación somática (genera variación en la Ig reordenada que está sujeta a selección pos & neg para mejorar la unión al antígeno)
  • 16. 4. Conversión génica somática (pocas especies) – Translocación de segmentos cortos de la región V (pseudogenes) al gen VH – Se utiliza en las especies que tienen pocos genes VH o poca variación – Gallina, conejo
  • 17. Conversión génica somática (eg., IgH gallina) Pseudogene sequences copied into rearranged B-cell VDJ unit
  • 18. Proceso de la conversión génica: pseudogenes generan diversidad de secuencia
  • 19. La diversification de la Ig de gallina ocurre por conversión génica
  • 20. 5. Diferentes pares de cadenas VH y VL – Para formar el sitio de unión al antígeno – Unión combinatoria de cadenas (no de segmentos génicos) – Mecanismo actua a nivel de la proteína
  • 21. Genes región V construídos a partir de segmentos génicos
  • 22. 6. Maduración de afinidad – Algunos mutantes unen mejor al antígeno – Estos subconjuntos son activados para proliferar – Selección de célula B – Mecanismo actua a nivel de todo el animal sobre mutaciones que ocurren en cada célula individual
  • 23. Selección de mutaciones somáticas: A partir de mutaciones espontáneas las células que se unen mejor al antígeno se estimulan para que proliferen
  • 24. 7. Apoptosis – Célula pre B cell: Reordenamientos no producen Ig – B madura: Encuentra antígenos propios en médula ósea – B madura: No reconoce antígenos en gánglios linfáticos
  • 25. Las cuatro posibilidaddes de la célula B para producir una Ig funcional
  • 26. 8. Cambio de clase de la inmunoglobulina – En ambientes de citoquinas específico – VDJ se yustapone con diferentes genes CH – Misma especificidad antigénica, nueva función – Ocurre por eliminación de DNA – Variación estructural en regiones C confiere especialización de función
  • 27. Clases de Inmunogloblinas: funciones IgG IgA • High serum concentration • High in secretions • Small size, easy escape • Dimer with secretory piece from circulation • Resistance to degradation • Antibody-mediated defense • Highest total volume • Triggers phagocytosis IgE IgM • Mediates allergic reactions • Primary response • Binds receptors on cells that • Large molecular size, release inflammatory mediators pentamer • Immunity to helminthic parasites • Efficient complement activation •IgD • Agglutination • Acts as antigen receptor on B cells
  • 28. Cambio de clase en la síntesis de Ig
  • 30. Cambio de clase involucra recombina -ción entre señales específicas de cambio
  • 31. La co-expresión de IgD e IgM es regulada por procesamiento de RNA
  • 32. Diferentes tipos de variación entre las inmunoglobulinas
  • 33. Diferencias en la herencia entre las variantes inmunoglobulinas principales
  • 34. clases y subclasses de Ig en mamíferos
  • 35. Diversidad en los genes de immunoglobulina entre especies animales • Número de genes y clases de cadena CH • Expresión de la cadena liviana: kappa y lambda • Número de familias de cadena V y L • Mecanismo de generación de la diversidad de anticuerpos en región V
  • 36. Diversidad de inmunoglobulinas entre mamíferos
  • 37. Órganos linfoides donde ocurre recombinación, conversión y mutación
  • 38. Generación de Anticuerpos y diversidad TCR
  • 39. 3 grupos de genes que forman 4 cadenas TCR
  • 40. Producción de la cadena peptídica del receptor de célula T
  • 41. Las diferencias principales en las regiones V de Ig y TCR está en la región determinante de complementaridad (región de unión al antígeno)
  • 42. Resumen de los mecanismos que generan la diversidad de la immunoglobulina Actuando a nivel del gen 1. Unión combinatoria** 2. Diversidad de unión** 3. Hipermutación (somática)** 4. Conversión génica somática (pocas especies) 5. Cambio de clase de la immunoglobulina Actuando a nivel intracelular (proteína immunoglobulina) 6. Diferente apareamiento de cadena VH y VL ** Actuando a nivel de la población celular (nivel organismal) 7. Maduración de afinidad 8. Apoptosis **También TCR