Reporte de lectura

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Nombre alumno: Yezenia Ivonne Martínez Olvera. Matricula: S20017460
Nombre de la lectura: Organización y expresión de genes que codifican para receptor de linfocito
Número de páginas: 225-246
Resumen
Para proteger a su huésped, el sistema inmunitario debe reconocer una vasta gama de microorganismos que evolucionan con rapidez. Para lograr esto, debe generar un repertorio diverso y flexible de moléculas receptoras, mientras que minimiza la expresión de receptores que reconocen antígenos propios. Cada linfocito B o T expresa un receptor específico para antígeno, singular. Cuando estos receptores se unen a sus antígenos correspondientes en las condiciones apropiadas los linfocitos T y B proliferan y se diferencian hacia células efectoras que eliminan la amenaza microbiana.
En la producción de receptores de linfocito específicos se emplean varios mecanismos genéticos que son singulares para el sistema inmunitario. En 1987, Susumu Tonegawa ganó el Premio Nobel para Fisiología o Medicina “por su descubrimiento del principio genético para la generación de la diversidad de anticuerpos”, un descubrimiento que desafió el concepto fundamental de que un gen codificaba para una cadena polipeptídica. Tonegawa y sus colegas mostraron que la cadena ligera de anticuerpo estaba codificada en la línea germinal no por una sino por tres familias de segmentos de gen separados por kilobases de dna. Su investigación demostró que dos segmentos de dna, uno de cada familia, son counidos, sólo en linfocitos B, para crear la forma madura de la región variable de la cadena ligera del gen que codifica para inmunoglobulina (Ig). Un tercer segmento codifica para la región constante del gen. Diferentes combinaciones de segmentos se usan en cada célula B, para crear el diverso repertorio de genes que codifican para Organización y expresión de genes que codifican para receptor de linfocito receptor de cadena ligera.
El sistema inmunitario se fundamenta en una vasta gama de receptores de célula B (bcr) que poseen la capacidad para unirse de manera específica a un número correspondientemente grande de agentes patógenos potenciales. La primera indicación del in menso tamaño del repertorio de anticuerpos fue proporcionada por inmunólogos que usaron moléculas sintéticas para estimular la producción de anticuerpos. Descubrieron que los anticuerpos pueden discriminar entre moléculas sintéticas pequeñas que difieren en tan poco como la posición de un grupo amino o hidroxilo en un anillo fenilo. Si el sistema inmunitario puede discriminar entre moléculas pequeñas que probablemente nunca había encontrado durante la selección evolutiva, y que difieren de maneras tan sutiles, se razonó que el número de anticuerpos potenciales de hecho debe ser muy grande. En una serie de experimentos efectuados a finales de la década de 1970-1979 y principios de la de 1980-1989 se estimó que el número de bcr diferentes generados en un sistema inmunitario de ratón normal es de al menos 107, pero ahora se sabe que ese estimado quedó corto por muchos órdenes de magnitud.
Las teorías de la línea germinal clásicas de la diversidad de anticuerpos sugirieron que la información genética para cada anticuerpo está codificada, en su totalidad, dentro del genoma de la línea germinal. Esto significa que los genes que codifican para toda la secuencia de cada cadena pesada o ligera de anticuerpo que el animal podría alguna vez sintetizar deben estar presentes en cada célula. Sin embargo, un cálculo rápido es suficiente para demostrar que si hay 107 o más anticuerpos, cada uno de los cuales necesita aproximadamente 2 000 nucleótidos, esto requeriría un gasto masivo de información genética
En 1965, William Dreyer y J. Claude Bennett propusieron que las cadenas pesada y ligera de anticuerpos están, cada una, codificadas en dos segmentos separados en el genoma de la línea germinal, y que uno de cada uno de los segmentos que codifican para la región V y para la región C son unidos en el dna de la célula B para formar genes completos que codifican para las cadenas pesada y ligera de anticuerpos. La idea de que el dna en células somáticas podría emprender actividad de recombinación fue revolucionaria. Empero, los teóricos de la línea germinal empezaron a modificar sus ideas para acoger esta posibilidad. Otros sugirieron la idea igual de innovadora de que el número de genes que codifican para la región variable en el genoma podría ser demasiado limitado y propusieron la teoría de la hipermutación somática. De acuerdo con esta hipótesis, mecanismos mutacionales desconocidos en células somáticas actúan sobre un número limitado de genes que codifican para anticuerpos para generar un repertorio de receptores diverso en linfocitos B maduros. Esta última idea tuvo la ventaja de explicar cómo un repertorio grande de anticuerpos podía generarse a partir de un número de genes relativamente pequeño, pero la desventaja de que nunca se había observado un proceso de ese tipo, como la recombinación de genes de células somáticas sugerida por otros. Hubo debate adicional respecto a si la mutación ocurriría antes de contacto con antígeno, o sólo después del mismo y, por ende, si la mutación era la causa de la generación del llamado “repertorio primario” que existe antes de unión a antígeno por la célula B.
Ahora se sabe que cada molécula de anticuerpo es codificada por múltiples segmentos de gen que codifican para región variable, de la línea germinal, que son reordenados de manera diferente en cada célula inmunitaria virgen para producir un repertorio diverso de receptor primario.
El primer avance importante ocurrió cuando Susumu Tonegawa mostró, como Dreyer y Bennett habían predicho, que múltiples segmentos de gen codifican para la cadena ligera de anticuerpo. Su logro es de lo más impresionante porque todavía no estaban disponibles los instrumentos modernos de la biología molecular.
El experimento de Hozumi y Tonegawa, que produjo un cambio de paradigma, se diseñó para determinar si el DNA que codifica para las regiones constante y variable de la cadena ligera de Ig existió en segmentos separados en células no productoras de anticuerpos, de modo que un gen que codifica para la región constante único podría asociarse con diferentes genes que codifican para la región variable en diferentes células B. Emitieron la hipótesis de que esto podría ser así, debido a datos de secuenciación de aminoácidos de Ig que muestran que las secuencias de las regiones constantes de muchas cadenas ligeras de Ig fueron idénticas.
El experimento de Tonegawa mostró que, en el dna de células hepáticas embrionarias no productoras de anticuerpos, hay un sitio de endonucleasa BamHI entre las regiones variable y constante. Se sabe esto porque sondas para las regiones variable y constante, cada una, reconocieron un fragmento de dna diferente en dna de la línea germinal digerido con BamHI. Con todo, en la célula tumoral productora de anticuerpos, el dna que codifica para las regiones variable y constante pareció estar combinado en sólo un fragmento, lo que demuestra así que el reordenamiento de dna debe haber ocurrido durante la formación de un gen que codifica para cadena ligera de anticuerpo.
Las repercusiones de este resultado sobre la comunidad biológica fueron profundas. Por vez primera, se mostró que el dna es cortado y vuelto a unir durante el proceso de diferenciación celular. Este experimento no sólo proporcionó la prueba experimental de la predicción de Dreyer y Bennett, sino que también preparó el camino para el siguiente dato sorprendente. En el experimento de Tonegawa se habían identificado los segmentos V y C que codifican para la cadena ligera κ. De cualquier modo, cuando científicos en este grupo secuenciaron el dna que codifica para la cadena ligera de anticuerpo, encontraron otro resultado inesperado. Como se esperaba, el segmento de región V embrionario (no reordenado) tuvo, en su 5′ terminal, una secuencia líder hidrofóbica corta, una característica común de proteínas de membrana necesaria para guiar la cadenaproteínica naciente hacia la membrana.
La secuenciación del fragmento de región constante de la cadena ligera a partir de dna embrionario proporcionó la respuesta. Torrente arriba desde la secuencia codificadora de la región constante, y separado de ella por un segmento de dna no codificador de 1 250 bp, estuvieron las 39 bp que codificaban para los 13 aminoácidos restantes de la región V. Este segmento codificador de cadena ligera adicional se denominó segmento de gen de unión. 
La secuenciación adicional de regiones variable y constante de cadena ligera de ratón y de ser humano confirmaron el segundo hallazgo asombroso de Tonegawa. Las regiones variable y constante no sólo están codificadas en dos segmentos separados, sino que las regiones variables de cadena ligera mismas están codificadas en dos segmentos de gen separados, los segmentos V y J, que sólo se hacen contiguos en células productoras de anticuerpos.
Al adoptar una estrategia similar de clonación y secuenciación de genes que codifican para la cadena pesada de Ig, el grupo de Lee Hood identificó un fragmento de gen que codifica para la región variable de cadena pesada (heavy) (VH) de la línea germinal, que codificó para los residuos de aminoácidos 1 a 101 de la cadena pesada de anticuerpo, y un segundo fragmento que incluyó un segmento de gen de unión (Joining) a cadena pesada (JH) que determinó la secuencia de residuos de aminoácidos 107 a 123. Ninguno de estos segmentos contuvo la secuencia de dna necesaria para codificar los residuos 102 a 106 de la cadena pesada. Tiene importancia que estos residuos faltantes estuvieron incluidos en la tercera región determinante de complementariedad de la cadena pesada de anticuerpo, CDR3, que proporciona residuos de contacto en la unión de casi todos los antígenos. Los segmentos de gen que codifican para esta parte de la cadena pesada de anticuerpo finalmente fueron localizados en la posición 5′ de la región J en dna embrionario de ratón por Hood y colegas. 
En la recombinación V(D)J el dna que codifica para una región V de anticuerpo completa es montado a partir de segmentos V, D y J (cadena pesada) o V y J (cadena ligera) que inicialmente están separados por muchas kilobases de dna. Cada célula B en desarrollo genera un nuevo par de genes que codifican para la región variable mediante recombinación en el ámbito del dna genómico. La recombinación es catalizada por un juego de enzimas, muchas de las cuales también están involucradas en funciones de reparación de dna, y se dirige hacia los sitios apropiados del gen que codifica para Ig mediante reconocimiento de motivos de secuencia de dna específicos llamados secuencias de señal de recombinación (rss). Estas secuencias aseguran que uno de cada tipo de segmento (V y J para la cadena ligera, o V, D y J para la cadena pesada) sea incluido en el gen que codifica para la región variable recombinado. Durante división y ligadura de los segmentos, el dna es editado de diversas maneras, lo cual añade variabilidad adicional al gen recombinado.
Esta descripción del complejo y sofisticado aparato mediante el cual se crean los genes que codifican para Ig, permite entender cómo puede generarse un repertorio de anticuerpos inmensamente diversificado a partir de una cantidad finita de material genético. En resumen, la diversidad del repertorio de bcr virgen es conformada por los mecanismos que siguen: Hay segmentos de gen múltiples en loci de cadena pesada (V, D y J) y de cadena ligera (V y J), la adición de nucleótido P, el recorte por exonucleasa ocurre en las uniones vdj y vj, lo que causa pérdida de nucleótidos, la adición de nucleótido N no de plantilla en cadenas pesadas se produce por la actividad de la TdT, y diversidad combinatoria.
De estos cinco mecanismos depende la creación del diverso repertorio de bcr y anticuerpos que está disponible para el organismo antes de que haya ocurrido cualquier contacto con agentes patógenos o antígenos. Después de estimulación antigénica, las células B son capaces de usar aún otro mecanismo, singular para el sistema inmunitario, para diversificar y reinar más los receptores y anticuerpos específicos para antígeno: la hipermutación somática. Un complejo enzimático especializado establece como objetivo los genes que codifican para las regiones variables de genes que codifican para Ig sólo en las células que han pasado por activación específica para antígeno en presencia de ayuda de célula T. Las células B quedan expuestas a ciclos de mutación sucesivos en los loci bcr, seguidos por selección mediada por antígeno en regiones especializadas del ganglio linfático y el bazo. El resultado final de este proceso es que la afinidad promedio de bcr y anticuerpos específicos para antígeno formados al final de una respuesta inmunitaria es considerablemente más alta que en el momento de su instigación; este proceso se denomina maduración de afinidad.