Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology


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Genes de Imunoglobulinas

Introduo

I. Questćes Histricas

II. Resposta

II.1. Cadeias leves (kappa ou lambda) II.1.1. Cadeia Kappa: rearranjos V-J
II.1.2. Cadeia Lambda: rearranjos V-J
II.1.3. Exclus'o alélica e istipos
II.2. Cadeias pesadas II.2.1. Rearranjos V-D-J 
II.2.2. Mudana de Istipos
II.3. Igs de membrana e secretadas
III. Conclusćes III.1. Diversidade germinativa: famlias multignicas
III.2. Diversidade devida ao rearranjo do DNA
III.3. Diversidade devida a hipermutaes somticas





*

Introduo

Uma imunoglobulina (Ig) consiste de 2 cadeias leves idnticas (L) e de 2 cadeias pesadas também idnticas (H) (por exemplo IgG-tipo); no nvel tridimensional, uma cadeia de Ig consiste de um domnio varivel N-terminal, denominado de V, e um (para uma cadeia leve L) ou vrios domnios constantes C-terminais (para uma cadeia pesada H), denominado de C.

As células da linhagem B (ou linfcitos B) sintetizam imunoglobulinas. Elas podem produzir tanto uma Ig de membrana (na superfcie dos linfcitos B) ou s'o secretadas (pelos plasmcitos).

Veja também: IMGT EDUCATION - Fig 1

 

I. Questćes histricas

Logo que as caractersticas principais das imunoglobulinas foram descobertas, surgiram um nômero de questćes:

A.

  • Os antgenos s'o altamente variveis; para responder a isto, as imunoglobulinas devem ser igualmente diversas (existem 1011 to 1012 diferentes Igs !), as quais correspondem diversidade dos resduos de aminocidos das partes N-terminais das cadeias L e H (i.e aos domnios variveis).
  • Seria isto um reflexo de extrema diversidade de genes de imunoglobulinas ? (de acordo com a teoria germinativa: 1 gene = 1 cadeia de Ig, e neste caso muitos genes deveriam estar implicados, estes deveriam ser originados de duplicaes de genes ancestrais; mas o genoma humano inteiro n'o seria suficiente para codificar todas as imunoglobulinas !).
  • Seria isto reflexo do acômulo de mutaes ? (de acordo com a teoria das mutaes somticas: neste caso, somente alguns genes seriam implicados, mas numerosas mutaes somticas deveriam acontecer para produzir a diversidade de imunoglobulinas j mencionada; portanto este modelo estaria contra os princpios gerais aceitos pela genética).
    . Seria isto reflexo de um mecanismo especfico dos genes de imunoglobulinas ?
     

    B.

  • Durante sua diferenciao, uma célula B, primeiro produz imunoglobulinas de membrana na  superfcie do linfcito B, passando ent'o a produzir as imunoglobulinas secretadas pelos plasmocitos. A seqncia de aminocidos das cadeias pesadas das Igs de membrana e secretadas difere somente na extremidade terminal-C: s'o os mesmos genes implicados em ambos os casos ?

    C.

  • Uma célula B primeiro expressa IgM em sua superfcie e ent'o, durante sua diferenciao, pode expressar outra classe de Ig (IgG, IgE or IgA) (este mecanismo é conhecido como controle da mudana de istipos, ou controle da express'o de classes): como este controle pode ocorrer ? Como podemos explicar isto, sendo que independentemente do istipo de Ig  produzido, o mesmo domnio varivel V (mesmo iditipo) é expresso ?

    D.
    Uma célula B sintetiza um ônico tipo de cadeia pesada e de cadeia leve, mesmo que seu genoma abrigue 2 cromossomos (2 alelos) para cada locus Ig; exclus'o alélica deve portanto, ocorrer e um fentipo hemizigoto é produzido; como pode ocorrer ent'o esta exclus'o alélica ?

    E.

  • Finalmente, se nas regićes variveis pode ocorrer mutaes, por que elas n'o ocorrem nas regićes constantes ?
  • Vrios métodos usados em biologia molecular e clonagem gnica gene no camundongo e no homem tm sido utilizados para responder tais questćes; mas limitaremos nossas discussćes sobre as imunoglobulinas humanas.
     

     

    II. Respostas

    II.1. Cadeias leves (kappa ou lambda)

    II.1.1. Cadeia Kappa: rearranjos V-J

  • Genes IGK (kappa) est'o no cromossomo 2p11.
  • Môltiplos genes IGKV que codificam as regićes variveis, V (76 genes, dos quais 31 a 35 s'o funcionais); 5  genes IGKJ para as regićes de juno, J; um ônico gene IGKC para a regi'o constante, C; os genes V, J e C est'o separados no DNA genümico (configurao 'germline' dos genes de Ig).
  • Estas s'o famlias multignicas (veja também a seo sobre famlias de genes, em "Globin genes "... sobre as sucessivas duplicaes de um gene ancestral, e as  mutaes em cada um destes genes ocasionando algum grau de diversidade. Muitos destes genes duplicados s'o funcionais ..").
  • Primeiro o DNA é rearranjado: Isto torna possvel a juno de 1 V e 1 J; as seqncias intervenientes s'o ent'o deletadas,
  • O RNA pré-mensageiro é copiado (transcrio); incluindo os ntrons,
  • Ent'o comea o processamento (splicing): a eliminao dos ntrons do RNA pré-mensageiro, para produzir um RNA mensageiro maduro,
  • Isto é seguido pela sntese de protena (traduo).
  • N.B.: crucial n'o confundir  rearranjos do DNA com processamento do RNA (splicing).

    NOTA: Somente os genes de imunoglobulinas e de receptores de células T passam pelos rearranjos de DNA.

    Veja também : IMGT EDUCATION - Fig 2

  • Os rearranjos V-J  ocurrem nas 'seqncias sinais de recombinao' (RSS), as quais incluem uma seqncia heptamérica  (7 nucleotdeos) e uma seqncia nonamerica seqncia (9 nucleotdeos), separados por uma seqncia espaadora  (spacer).

    Cada gene IGKV é seguido no sentido 'downstream'  (ou seja, a partir da posio 3') por uma seqncia RSS que consiste de um hept'mero CACAGTG , e ent'o por uma seqncia espaadora de 12-pb, e ent'o por um non'mero ACAAAAACC.

    Cada gene IGKJ é precedido no sentido 'upstream'  (ou seja, a partir da posio 5') por uma seqncia RSS que consiste de, entre  5' and 3', de um non'mero GGTTTTTGT, uma seqncia espaadora de 23-pb e um hept'mero CACTGTG.

    Veja também: IMGT EDUCATION - Fig 3

     

    II.1.2. Cadeia Lambda: rearranjos V-J

  • Genes IGL (lambda) na posio 22q11 no cromossomo 22; o mecanismo dos rearranjos V-J  é o mesmo como descrito para os genes IGK: os rearranjos tem lugar entre um dos 29 a 33 genes IGLV funcionais e um gene  J; deve ser notado que existem 4 a 5 genes IGLC funcionais, cada um dos quais precedidos por um gene IGLJ.

     

    II.1.3. Exclus'o alélica e isptipos

  • Exclus'o alélica pode ser explicada em parte pela distribuio temporal dos rearranjos, e em parte pela express'o de uma imunoglobulina funcional e de superfcie, a qual inibe os rearranjos e portanto, a express'o de uma segunda cadeia. Somente um ônico cromossomo 14 e um ônico cromossomo 2 (ou 22) s'o portanto produtores de cadeias de Ig (resposta quest'o D).

     

    II.2. Cadeias pesadas

  • Genes IGH ('heavy') no cromossomo 14q32.
  • Existem 11 genes IGHC, 9 dos quais s'o funcionais (IGHM, IGHD, IGHG1, IGHG2, IGHG3, IGHG4, IGHA1, IGHA2 and IGHE) e correspondem respectivamente a 9 istipos de cadeia pesada  m, d, g1, g2, g3, g4, a1, a2  e e.

     

    II.2.1. Rearranjos V-D-J

  • Os rearranjos do DNA entre um dos 38 a 46 genes IGHV funcionais, um dos 23 genes de diversidade IGHD funcionais, e um dos 6 genes de juno IGHJ funcionais: existem também algumas RSSs localizadas abaixo (i.e, 'downstream', na posio 3') dos genes V de cada lado dos genes D e acima ('upstream' em 5') dos genes J. durante o rearranjo V-D-J, é formada primeiro uma juno entre 1 d e 1 j, e ent'o, uma juno entre 1 V e um complexo D-J.

    Veja também : IMGT ">IMGT EDUCATION - Fig 4

  • Nota: existem também  2 ou 3 'seqncias de leitura abertas' (open reading frames)  para os genes D; cada um dos quais pode codificar 2 ou 3 seqncias peptdicas diferentes. As junes  V-D-J s'o também caracterizadas por delees nucleotdicas (por uma exonuclease) e por adio ao acaso (por meio da TdT, deoxinucleotidil terminal  transferase); as regićes V resultantes n'o s'o portanto totalmente codificadas pelo genoma do indivduo e, aumentam consideravelmente a diversidade das junes V-D-J dos domnios variveis das cadeias pesadas das imunoglobulinas.

     

    II.2.2. Mudana de istipos

  • No linfcito pré-B, uma cadeia mu é sintetizada primeiro, por causa que o gene IGHM (Cm) est localizado prximo do rearranjo V-D-J. Esta cadeia mu é associada com a pseudo-cadeia leve e a combinao constitui o receptor pré-B. A primeira Ig completa sintetizada por um linfcito B é uma IgM, na qual a cadeia mu é combinada com uma cadeia kappa ou lambda.
  • Durante sua diferenciao, o linfcito B pode expressar algum outro istipo ou sub-istipo de Ig. Isto envolve a substituio de um gene IGHC por outro, como resultado de recombinao do DNA (mudana de istipo), com excis'o completa da ala de deleo. Tal excis'o ocorre nas seqncias trocadas (papel relacionado s RSSs).
  • A seqncia de eventos usual é como segue: sntese de um RNA pré-mensageiro, processamento dos ntrons, resultando num RNA maduro e ent'o a sntese da protena.
  • Isto explica porque 1) um linfcito B primeiro sintetiza uma IgM e ent'o, durante sua diferenciao, uma IgG (IgG1, IgG2, IgG3 ou IgG4), uma IgA (IgA1 ou IgA2) ou uma IgE, e 2) e porque ele retem o mesmo rearranjo V-D-J e portanto o mesmo stio de reconhecimento antignico (iditipo) (resposta quest'o C).

    Veja também: IMGT EDUCATION - Fig 5 and: IMGT EDUCATION - Fig 6

     

    II.3. Igs de membrana e secretadas

  • Processamento alternativo do RNA pré-mensageiro da cadeia pesada pode produzir tanto uma cadeia pesada de membrana (Ig de membrana de linfcito B) como uma cadeia pesada secretada (Ig secretada de plamcito), a qual retem o mesmo rearranjo V-D-J (iditipo) e a mesma regi'o constante (istipo) (resposta quest'o B).
     

    Veja também: IMGT EDUCATION - Fig 7

  • Nota: o mesmo mecanismo (processamento alternativo de um pré-mensageiro) faz expressar IgMs e IgDs na mesma célula B the same mechanism (situao na qual células B maduras deixam a medula ssea e chegam nos ndulos linfticos via circulao).
     

     

    III. Conclusćes

    III.1. Diversidade germinativa: famlias multignicas

  • Diversidade 'germinativa' depende do nômero de genes em cada locus. Estas s'o as famlias de genes, oferecendo a possibilidade de escolha entre seqncias similares e funcionais. Possveis recombinaes intergnicas permitem evoluo, a longo prazo, do locus com duplicao ou deleo dos genes.
  • Estes genes passam por conversćes intragnicas e recombinaes, contribuindo com o polimorfismo entre os indivduos.
  • A presena de vrias seqncias de leitura abertas (open reading frames), como no caso dos genes IGHD, incrementam mais ainda a possibilidade de escolha entre seqncias funcionais similares.

     

    III.2. Diversidade devida aos rearranjos do DNA

  • Diversidade combinatria - no sentido matemtico do termo- permite um potencial de sntese de um milh'o de imunoglobulinas. Os genes IGH permitem a sntese de quase 6.000 cadeias pesadas, os genes IGK e IGL de quase 160 cadeias leves, os quais em conjunto, equivalem quase a um milh'o de possveis combinaes  (6 x 10 3 x 160).
     

  • Além disso, durante os rearranjos das cadeias pesadas IGH, a aquisio de regićes N e usando uma ou outra seqncias de leitura de genes D nas junes V-D-J, e durante os rearranjos IGK ou IGL das cadeias leve, flexibilidade das junes V-J. Estes mecanismos contribuem com o incremento da diversidade com um fator de 103 to 104 (sntese potencial de  109 cadeias de Ig).

     

    III.3. Diversidade como resultado de hipermutaes somticas

    Finalmente, as mutaes somticas s'o extremamente numerosas (hipermutaes somticas) e produzem alteraes pontuais nos genes V-J e V-D-J da Ig, mas o mecanismo que leva a estas mutaes ainda é desconhecido. AID (activation-induced cytidine deaminase) pode estar implicada em ambos os processos, tanto na ocorrncia das mutaes como no processo de troca de classes de Igs. As mutaes aparecem durante a diferenciao do linfcito B nas gl'ndulas linfticas e contribuem com o incremento da diversidade das Igs com um fator de 103 , o qual torna possvel uma diversidade potencial de 1012 imunoglobulinas diferentes, capazes de responder a vrios milhćes de antgenos, incluindo os conhecidos e os desconhecidos (resposta quest'o A).

    O nômero de diferentes Igs é de fato limitado pelo nômero de células B numa dada espécie.
     

    Para maiores detalhes veja: IMGT Génétique Moléculaire des Immunoglobulines
    e:
    The Immunoglobulin FactsBook, MP Lefranc and G Lefranc, Academic Press, 2001. ISBN 0-12-441351-X.

    Tradu\347ão para o portugu\352s brasileiro: Geraldo A. S. Passos (Universidade de São Paulo, Campus de Ribeirão Preto, Brasil)


    Contributor(s)

    Written2002-03Marie-Paule Lefranc, Jean-Loup Huret
    IMGT, LIGM, IGH, UPR CNRS 1142, 141 rue de la Cardonille, 34396 Montpellier Cedex 5, France

    © Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology
    indexed on : Wed Nov 13 20:40:07 CET 2019


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