Genetics of Ig, B and T receptors: Difference between revisions
Feedback

From WikiLectures

No edit summary
mNo edit summary
Line 2: Line 2:
*T cell receptor,
*T cell receptor,
*B cell receptor and derived immunoglobulins.
*B cell receptor and derived immunoglobulins.
==Imunoglobuliny – Ig==
==Immunoglobulins - Ig==
'''Glykoproteiny''' vyskytující se jako:
Glycoproteins occurring as:
#zakotvené v plazmatické membráně B-lymfocytů jako tzv. '''membránové''' nebo povrchové Ig ('''mIg''') tvořící receptor,
#'''volně''' přítomné v krvi, lymfě i tkáňových tekutinách.
Kontakt mezi mIg a cizím [[antigen]]em je nutný pro indukci tvorby volných protilátek. Většina receptorů B lymfocytů je tvořena Ig typu [[IgM]] a [[IgE a IgD|IgD]].
==Receptory T buněk (TCR)==
[[Soubor:TCR.png|thumb|Struktura TCR|300x300bod]] TCR heterodimery jsou asociovány s přídatnými polypeptidy, s nimiž vytvářejí TCR-komplex = skupina 3−5 polypeptidů, které jsou nutné k expresi TCR na povrchu T lymfocytu a k přenosu signálu do nitra buňky. Heterodimer složený z '''2 polypeptidových řetězců''':
*95 % – α a β řetězce (TCR2),
*5 % – γ a δ řetězce (TCR1).
===TCR2===
TCR2 řetězce α a β jsou transmembránové polypeptidy, složené z externí části, která je zakotvena v plazmatické membráně transmembránovou částí a krátkou cytoplazmatickou oblastí.
==Genetika B receptorů==
Schopnost [[imunitní systém|imunitního systému]] rozpoznávat antigeny závisí na molekulách tvořících receptor na B a T lymfocytech; obě buněčné populace mohou rozeznat obrovské množství antigenů. Buněčné a molekulární procesy vedoucí k této rozmanitosti jsou u obou typů receptorů následovné:
:V prvé řadě jsou to změny, které se nahromadily v průběhu [[evoluce]] a jsou předávány z generace na generaci, kdy původní [[gen]], byl „namnožen“ procesem '''opakovaných duplikací'''. Zároveň probíhaly '''[[mutace]]''', které tyto geny rozrůznily, takže nejsou přesnými kopiemi původního genu (tak vznikla tzv. genová rodina). Zůstaly-li tyto rozrůzněné geny uložené v jedné [[chromozom]]ové oblasti, vytvářejí '''genový komplex''' – ten obsahuje mnoho genů nebo segmentů, které kódují variabilní oblasti a pouze jeden nebo několik málo segmentů kódují konstantní oblast. V rámci komplexu pak v somatických buňkách probíhají další změny (somatická diverzifikace), které se ovšem na potomstvo nepřenášejí (jedná se o různé přestavby genů komplexu v jednotlivých buňkách, jejichž výsledkem je definitivní úsek [[DNA (nukleová kyselina)|DNA]], kódující konkrétní receptor).
===Genetika B receptorů===
[[Soubor:B_cell_naive_receptors.png|thumb|Ig receptory B lymfocytu]] Řetězce imunoglobulinů jsou kódovány třemi genovými komplexy:
*IgH – pro těžký řetězec (chromozom 14),
*IgK a IgL pro lehké řetězce '''κ''' [kappa] (chromozom 2) a '''λ''' [lambda] (chromozom 22).
====IgK komplex====
Genový komplex, skládající se ze tří oblastí:
*'''variabilní''' (VK),
*'''spojovací''' (JK),
*'''konstantní''' (CK).
Konstantní oblast spojuje 1 gen, ostatní jsou tvořeny větším počtem genů. Každý V gen má 2 exony, oddělené krátkým intronem. První exon determinuje tzv. '''vedoucí sekvenci''' polypeptidu, která je potřebná pro transport protilátky endomembránovým systémem buňky. Druhý exon kóduje '''variabilní část''' protilátky.


Každý lymfocyt obsahuje více než 100 segmentů IgK, z nich však pouze tři jsou překládány do jazyka bílkoviny: '''jeden z VK genů''', '''jeden z JK genů''' a '''CK gen''', což je umožněno tím, že v průběhu vývoje B lymfocytu dochází k přestavbě segmentů. 1 z genů VK je spojen s 1 z genů JK a dochází k deleci DNA, která je uložena mezi vybranými geny. Takto přestavěné geny jsou [[transkripce|transkribovány]] do [[mRNA]] včetně sekvencí mezi kombinací VK – JK a segmentem CK. V rámci posttranskripčních úprav jsou tyto sekvence vyštěpeny jako introny. Zralá mRNA obsahuje specifickou kombinaci V–J spojenou C segmentem.
# Anchored in the plasma membrane of B-lymphocytes as membrane or surface Ig (mIg) forming receptor,


Delece „nadbytečné“ DNA během několika přestaveb genů je umožněna existencí V i J. Označuje se jako ''somatická mutace''.
# freely present in blood, lymph and tissue fluids.
====IgL komplex====
Genový komplex odlišného uspořádání. Kromě mnoha genů Vλ genů obsahuje 6 genů Cλ. Každý C gen má svůj vlastní segment J. V průběhu přestaveb se kombinuje '''kterýkoli z V-genů''' s některým z páru '''J-C'''. Každý lymfocyt nese informaci pro oba typy lehkých řetězců. Imunoglobuliny produkované jednou buňkou však mají buď κ nebo λ řetězec, nikdy oba současně. Tento jev se nazývá ''alelická exkluze''.
====IgH komplex====
Složitý komplex, obsahující u člověka nejméně 100V, 20D a 5J segmentů. Oblast C se zde skládá z několika segmentů – '''Cμ,Cδ,Cγ,Cε,Cα'''. Podle toho, který C gen je funkční, lze vzniklý imunoglobulin zařadit do '''třídy''' (Cμ – IgM,Cδ – IgD, atd.)


Kroky přestavby: spojení '''DH s jedním JH genem'''. K tomuto spojení je následovně přemístěn '''jeden z VH genů'''. Po ukončení uspořádání těchto segmentů dochází k jejich transkripci, která pokračuje směrem k oblasti '''C''', k genu. Transkripce se zastaví, a výsledkem je primární transkript, z něhož jsou vystříhány všechny nekódující sekvence. Po translaci se v buňce vytvářejí těžké řetězce μ, které asociují s lehkými řetězci a kompletní molekula '''IgM''' je vystavena na buněčném povrchu. Některé primární transkripty obsahují informaci i Cδ. Oblast je vystřižena a po translaci buňka vytváří těžké řetězce δ a kompletní molekuly IgD. Všechny tyto procesy probíhají během vývoje lymfocytu z prekurzorů ve zralé B buňky a pak se zastaví. Po setkání B lymfocytu s antigenem pokračují během jeho proliferace přestavby na úrovni DNA.
Contact between mIg and foreign antigen is necessary to induce the production of free antibodies. Most B cell receptors are composed of Ig of the IgM and IgD types.
===Alelická exkluze===
 
Každá protilátka se skládá ze 2 identických těžkých a 2 identických lehkých řetězců κ nebo λ. Ig molekuly produkované jednou buňkou mají stejnou specifitu pro antigen, mají '''identické V-oblasti'''. V každém B-lymfocytu je tedy aktivní genový komplex Ig pouze jednoho z chromozomů 2 nebo 22 (pro lehké řetězce) a jednoho z chromozomů 14 (pro těžké řetězce); ostatní Ig genové komplexy homologních chromozomů jsou vyloučeny z funkce – nedochází u nich k přestavbám segmentů ani k transkripci = tzv. alelická exkluze (jedna [[alela]] z páru není aktivní).
==T cell receptors (TCR)==
===Variabilita Ig===
TCR heterodimers are associated with additional polypeptides with which they form a TCR-complex = a group of 3-5 polypeptides that are required for TCR expression on the surface of the T lymphocyte and for signal transduction into the cell interior. Heterodimer composed of 2 polypeptide chains:
Obrovská variabilita protilátek je umožněna třemi mechanismy:
 
*pokud předpokládáme, že se segmenty V, D a J mohou '''kombinovat náhodně''', pak může vzniknout řádově 10<sup>7</sup> různých kombinací (lze tedy rozlišit 10<sup>7</sup> různých antigenů),
* 95% - α and β chains (TCR2),
*možnost '''nepřesného napojování konců segmentů''' při procesu jejich spojování; některé nukleotidy mohou být deletovány nebo insertovány,
 
*'''somatické mutace''', které se uplatňují v době, kdy B-lymfocyt stimulovaný antigenem začne proliferovat; během replikace DNA se mohou vyskytnout chyby, které mohou uniknout reparačním mechanismům.
* 5% - γ and δ chains (TCR1).
==Genetika T receptorů==
 
==== TCR2 ====
TCR2 α and β chains are transmembrane polypeptides, composed of an outer part that is anchored in the plasma membrane by a transmembrane portion and a short cytoplasmic region.
 
==B receptor genetics==
The ability of the immune system to recognise antigens depends on receptor molecules on B and T lymphocytes; both cell populations can recognise a huge number of antigens. The cellular and molecular processes leading to this diversity are as follows for both receptor types:
 
First and foremost, they are changes that have accumulated over the course of evolution and are passed on from generation to generation, where the original gene has been "multiplied" by a process of repeated duplications. At the same time, mutations have taken place that have diversified these genes so that they are not exact copies of the original gene (thus creating the so-called gene family). If these different genes remain in one chromosomal region, they form a gene complex - this contains many genes or segments that code for variable regions and only one or a few segments that code for a constant region. Within the complex, further changes (somatic diversification) take place in somatic cells, but these are not transmitted to the offspring (these are various rearrangements of the genes of the complex in individual cells, resulting in a definitive stretch of DNA encoding a particular receptor).
 
===B receptor genetics===
Immunoglobulin chains are encoded by three gene complexes:
 
* IgH - for the heavy chain (chromosome 14),
 
* IgK and IgL for the light chain κ [kappa] (chromosome 2) and λ [lambda] (chromosome 22).
 
==== IgK complex ====
A gene complex consisting of three regions:
 
* Variable (VK),
 
* the junction (JK),
 
* constant (CK).
 
The constant region is connected by 1 gene, the others are made up of a larger number of genes. Each V gene has 2 exons separated by a short intron. The first exon determines the so-called leading polypeptide sequence, which is required for antibody transport through the endomembrane system of the cell. The second exon encodes the variable part of the antibody.
 
Each lymphocyte contains more than 100 IgK segments, but only three of these are translated into the language of the protein: one of the VK genes, one of the JK genes and the CK gene, which is made possible by the rearrangement of segments during B cell development. 1 of the VK genes is linked to 1 of the JK genes and a deletion of DNA occurs, which is deposited between the selected genes. These rearranged genes are transcribed into mRNA, including sequences between the VK-JK combination and the CK segment. These sequences are cleaved as introns during post-transcriptional editing. The mature mRNA contains a specific V-J combination linked by a C segment.
 
Deletion of the 'excess' DNA during several gene rearrangements is made possible by the existence of both V and J. This is referred to as a somatic mutation.
 
==== IgL complex ====
A gene complex of a different arrangement. In addition to many Vλ genes, it contains 6 Cλ genes. Each C gene has its own segment J. During rearrangements, any of the V genes combine with any of the J-C pairs. Each lymphocyte carries information for both types of light chains. However, immunoglobulins produced by a single cell have either a κ or λ chain, never both at the same time. This phenomenon is called allelic exclusion.
 
==== IgH complex ====
A complex containing at least 100V, 20D and 5J segments in humans. The C region here consists of several segments - '''Cμ,Cδ,Cγ,Cε,Cα'''. Depending on which C gene is functional, the resulting immunoglobulin can be classified into '''classes''' (Cμ - IgM,Cδ - IgD, etc.).
 
Conversion steps: fusion of '''DH with one JH gene'''. One of the VH genes is subsequently relocated to this junction. After the rearrangement of these segments is completed, transcription of these segments continues towards the C region, the gene. Transcription stops, resulting in a primary transcript from which all non-coding sequences are excised. After translation, the heavy chains of μ are formed in the cell and associate with the light chains, and the complete IgM molecule is exposed on the cell surface. Some primary transcripts contain both and information. The region is excised and after translation the cell produces the δ heavy chains and the complete IgD molecule. All these processes occur during the development of the lymphocyte from precursors into mature B cells and then stop. After the B lymphocyte encounters antigen, DNA rearrangements continue during proliferation.
 
==== Allelic exclusion ====
Each antibody consists of 2 identical heavy and 2 identical light κ or λ chains. Ig molecules produced by a single cell have the same specificity for the antigen and have identical V-regions. Thus, in each B-lymphocyte, the Ig gene complex of only one of chromosomes 2 or 22 (for the light chains) and one of chromosome 14 (for the heavy chains) is active; the other Ig gene complexes of homologous chromosomes are excluded from function - they do not undergo segment rearrangements or transcription = so-called allelic exclusion (one allele of the pair is not active).
 
==== Ig variability ====
The enormous variability of antibodies is made possible by three mechanisms:
 
* if we assume that the V, D and J segments can combine randomly, then 107 different combinations can arise (thus 107 different antigens can be distinguished),
 
* the possibility of inaccurate joining of segment ends during the joining process; some nucleotides may be deleted or inserted,
 
* somatic mutations, which occur when the antigen-stimulated B-lymphocyte begins to proliferate; errors may occur during DNA replication that may escape repair mechanisms.
 
==T receptor genetics==
'''T receptor''' je kódován třemi genovými komplexy:
'''T receptor''' je kódován třemi genovými komplexy:
*TCR-α uložený na 14. chromozomu,
*TCR-β na 7. chromozomu,
*TCR-γ na 7. chromozomu.
Geny pro δ-řetězec (TCR- δ) jsou vmezeřeny mezi geny TCR-α.


Genový komplex '''TCR-α''' je složený ze 3 oblastí: '''variabilní''' (Vα), '''spojovací''' (Jα) a '''konstantní''' (Cα). C-oblast obsahuje 1 gen, ostatní jsou tvořeny velkým množstvím genů. Pořadí oblastí je '''V-J-C'''. V komplexu '''TCR-β''' je navíc ještě '''segment D''' s jiným uspořádáním genů. Úsek D-J-C je zde duplikován: Vn-D1-J1-C1-D2-J2-C2. Každý lymfocyt pak obsahuje několik stovek segmentů TCR, z nichž však pouze '''7 je přeloženo do proteinů''': 1Vα, 1Jα a 1Cα; 1Vβ, 1Dβ, 1Jβ a 1Cβ. Vzniknou tak 2 polypeptidické řetězce α a β, tvořící receptor v plazmatické membráně.
* TCR-α located on chromosome 14,
 
* TCR-β on chromosome 7,
 
* TCR-γ on chromosome 7.
 
The δ-chain genes (TCR- δ) are interspersed between the TCR-α genes.
 
The TCR-α gene complex is composed of 3 regions: variable (Vα), junctional (Jα) and constant (Cα). The C-region contains 1 gene, the others are composed of a large number of genes. The order of the regions is V-J-C. In addition, there is a D segment with a different arrangement of genes in the TCR-β complex. The D-J-C segment is duplicated here: Vn-D1-J1-C1-D2-J2-C2. Each lymphocyte then contains several hundred TCR segments, but only 7 of them are translated into proteins: 1Vα, 1Jα and 1Cα; 1Vβ, 1Dβ, 1Jβ and 1Cβ. This results in 2 polypeptide chains, α and β, forming a receptor in the plasma membrane.


V průběhu vývoje T-lymfocytu dojde k přestavbě segmentů následujícím způsobem:
V průběhu vývoje T-lymfocytu dojde k přestavbě segmentů následujícím způsobem:

Revision as of 18:13, 9 April 2022

The recognition of foreign antigen is made possible by the existence of two types of molecules acting as receptors:

  • T cell receptor,
  • B cell receptor and derived immunoglobulins.

Immunoglobulins - Ig

Glycoproteins occurring as:

  1. Anchored in the plasma membrane of B-lymphocytes as membrane or surface Ig (mIg) forming receptor,
  1. freely present in blood, lymph and tissue fluids.

Contact between mIg and foreign antigen is necessary to induce the production of free antibodies. Most B cell receptors are composed of Ig of the IgM and IgD types.

T cell receptors (TCR)

TCR heterodimers are associated with additional polypeptides with which they form a TCR-complex = a group of 3-5 polypeptides that are required for TCR expression on the surface of the T lymphocyte and for signal transduction into the cell interior. Heterodimer composed of 2 polypeptide chains:

  • 95% - α and β chains (TCR2),
  • 5% - γ and δ chains (TCR1).

TCR2

TCR2 α and β chains are transmembrane polypeptides, composed of an outer part that is anchored in the plasma membrane by a transmembrane portion and a short cytoplasmic region.

B receptor genetics

The ability of the immune system to recognise antigens depends on receptor molecules on B and T lymphocytes; both cell populations can recognise a huge number of antigens. The cellular and molecular processes leading to this diversity are as follows for both receptor types:

First and foremost, they are changes that have accumulated over the course of evolution and are passed on from generation to generation, where the original gene has been "multiplied" by a process of repeated duplications. At the same time, mutations have taken place that have diversified these genes so that they are not exact copies of the original gene (thus creating the so-called gene family). If these different genes remain in one chromosomal region, they form a gene complex - this contains many genes or segments that code for variable regions and only one or a few segments that code for a constant region. Within the complex, further changes (somatic diversification) take place in somatic cells, but these are not transmitted to the offspring (these are various rearrangements of the genes of the complex in individual cells, resulting in a definitive stretch of DNA encoding a particular receptor).

B receptor genetics

Immunoglobulin chains are encoded by three gene complexes:

  • IgH - for the heavy chain (chromosome 14),
  • IgK and IgL for the light chain κ [kappa] (chromosome 2) and λ [lambda] (chromosome 22).

IgK complex

A gene complex consisting of three regions:

  • Variable (VK),
  • the junction (JK),
  • constant (CK).

The constant region is connected by 1 gene, the others are made up of a larger number of genes. Each V gene has 2 exons separated by a short intron. The first exon determines the so-called leading polypeptide sequence, which is required for antibody transport through the endomembrane system of the cell. The second exon encodes the variable part of the antibody.

Each lymphocyte contains more than 100 IgK segments, but only three of these are translated into the language of the protein: one of the VK genes, one of the JK genes and the CK gene, which is made possible by the rearrangement of segments during B cell development. 1 of the VK genes is linked to 1 of the JK genes and a deletion of DNA occurs, which is deposited between the selected genes. These rearranged genes are transcribed into mRNA, including sequences between the VK-JK combination and the CK segment. These sequences are cleaved as introns during post-transcriptional editing. The mature mRNA contains a specific V-J combination linked by a C segment.

Deletion of the 'excess' DNA during several gene rearrangements is made possible by the existence of both V and J. This is referred to as a somatic mutation.

IgL complex

A gene complex of a different arrangement. In addition to many Vλ genes, it contains 6 Cλ genes. Each C gene has its own segment J. During rearrangements, any of the V genes combine with any of the J-C pairs. Each lymphocyte carries information for both types of light chains. However, immunoglobulins produced by a single cell have either a κ or λ chain, never both at the same time. This phenomenon is called allelic exclusion.

IgH complex

A complex containing at least 100V, 20D and 5J segments in humans. The C region here consists of several segments - Cμ,Cδ,Cγ,Cε,Cα. Depending on which C gene is functional, the resulting immunoglobulin can be classified into classes (Cμ - IgM,Cδ - IgD, etc.).

Conversion steps: fusion of DH with one JH gene. One of the VH genes is subsequently relocated to this junction. After the rearrangement of these segments is completed, transcription of these segments continues towards the C region, the Cμ gene. Transcription stops, resulting in a primary transcript from which all non-coding sequences are excised. After translation, the heavy chains of μ are formed in the cell and associate with the light chains, and the complete IgM molecule is exposed on the cell surface. Some primary transcripts contain both Cμ and Cδ information. The Cμ region is excised and after translation the cell produces the δ heavy chains and the complete IgD molecule. All these processes occur during the development of the lymphocyte from precursors into mature B cells and then stop. After the B lymphocyte encounters antigen, DNA rearrangements continue during proliferation.

Allelic exclusion

Each antibody consists of 2 identical heavy and 2 identical light κ or λ chains. Ig molecules produced by a single cell have the same specificity for the antigen and have identical V-regions. Thus, in each B-lymphocyte, the Ig gene complex of only one of chromosomes 2 or 22 (for the light chains) and one of chromosome 14 (for the heavy chains) is active; the other Ig gene complexes of homologous chromosomes are excluded from function - they do not undergo segment rearrangements or transcription = so-called allelic exclusion (one allele of the pair is not active).

Ig variability

The enormous variability of antibodies is made possible by three mechanisms:

  • if we assume that the V, D and J segments can combine randomly, then 107 different combinations can arise (thus 107 different antigens can be distinguished),
  • the possibility of inaccurate joining of segment ends during the joining process; some nucleotides may be deleted or inserted,
  • somatic mutations, which occur when the antigen-stimulated B-lymphocyte begins to proliferate; errors may occur during DNA replication that may escape repair mechanisms.

T receptor genetics

T receptor je kódován třemi genovými komplexy:

  • TCR-α located on chromosome 14,
  • TCR-β on chromosome 7,
  • TCR-γ on chromosome 7.

The δ-chain genes (TCR- δ) are interspersed between the TCR-α genes.

The TCR-α gene complex is composed of 3 regions: variable (Vα), junctional (Jα) and constant (Cα). The C-region contains 1 gene, the others are composed of a large number of genes. The order of the regions is V-J-C. In addition, there is a D segment with a different arrangement of genes in the TCR-β complex. The D-J-C segment is duplicated here: Vn-D1-J1-C1-D2-J2-C2. Each lymphocyte then contains several hundred TCR segments, but only 7 of them are translated into proteins: 1Vα, 1Jα and 1Cα; 1Vβ, 1Dβ, 1Jβ and 1Cβ. This results in 2 polypeptide chains, α and β, forming a receptor in the plasma membrane.

V průběhu vývoje T-lymfocytu dojde k přestavbě segmentů následujícím způsobem:

Jeden z genů je spojen s jedním z genů a dojde k deleci DNA, která je uložena mezi vybranými geny. V rámci jednoho z duplikovaných úseků D-J-C se spojí jeden gen s jedním z genů , opět dochází k deleci úseků DNA. Takto přestavěné geny jsou transkribovány do mRNA, vyštěpeny introny a dokončeny úpravy ve zralou mRNA; delece „nadbytečné“ DNA během přestaveb genů je umožněná existencí signálních sekvencí, které obklopují každý segment V, D i J.

Signální sekvence jsou tvořeny:

  • heptamery – palindromní sekvence 7 párů bazí: CACAGTG (GTGTCAC),
  • mezerníky – skládají se buď přímo z 12 nebo 23 nukleotidů,
  • nonamery – sekvence 9 nukleotidů, která je charakteristická přítomností několika A na jednom a několika T na druhém vlákně DNA: ACACAAACC (TGTGTTTGG).

Mezerníky

Liší se délkou a zabraňují napojení dvou genů ze stejné oblasti (2J genů, 2V genů, atd.). Při párování platí totiž pravidlo 23/12, tzn. že úsek, který v mezerníku obsahuje 23 nukleotidů se může párovat pouze s úsekem s 12 nukleotidy v mezerníku. Tímto způsobem se do těsného sousedství může dostat kterýkoli z V-genů s kterýmkoli z J a D genů. DNA uložená mezi nimi vytváří jednovláknové smyčky, které jsou vystřiženy a sousední segmenty spojeny.

Tyto signální sekvence jsou umístěny na 3´ konci každého V-genu, na obou koncích D segmentu a na 5´ konci každého J-genu. V rámci jednoho řetězce DNA může pak dojít k párování signálních sekvencí některého z V-genů s některým J-genem a D-segmentem (párování se týká heptamerů a nonamerů).

Odkazy

Související články

Zdroj

Kategorie:Genetika Kategorie:Imunologie