Ricombinazione V(D)J

La ricombinazione V(D)J è il processo di ricombinazione somatica del DNA che assembla la regione variabile degli anticorpi durante la maturazione dei linfociti B nel midollo osseo. Non ha nulla a che vedere con meiosi e crossing-over. Partendo da relativamente poche sequenze geniche, genera per via casuale un repertorio anticorpale enorme (vedi Diversità Combinatoriale e Giunzionale).

Perché la ricombinazione

Il repertorio anticorpale ha un’ampiezza di almeno 10¹¹, secondo studi più recenti da 10¹⁵ in su. Non esistono 10¹⁵ sequenze di DNA che codificano altrettante regioni variabili: richiederebbe uno spazio genetico enorme. Esiste quindi un meccanismo di ottimizzazione che, con poche sequenze di DNA ricombinate in modo casuale ma guidato da regole, genera con pochi geni una variabilità così ampia.

La ricombinazione è casuale e avviene prima che il linfocita B sia maturo e veda l’antigene: a priori si “mischiano le carte”, senza sapere quale antigene incontrerà quell’anticorpo. È un meccanismo di difesa a priori: permette di coprire anche antigeni che la natura non aveva previsto (es. patogeni nuovi). Imparare a costruire gli anticorpi sulla base dell’antigene incontrato sarebbe evolutivamente perdente, perché di fronte a un antigene mai visto l’organismo non saprebbe rispondere.

Il processo ha un’alta spesa energetica e un’alta probabilità di fallire: una ricombinazione che produce una proteina non funzionale, non ripiegabile o auto-reattiva manda la cellula in apoptosi.

Le sequenze geniche

I loci genici della linea germinale contengono sequenze multiple ripetute, non funzionanti e non codificanti finché non vengono ricombinate. Sono di tipo V, D e J, separate da spaziatori:

• Le catene leggere (κ e λ) ricombinano solo V e J (ricombinazione VJ).
• La catena pesante ricombina anche D (ricombinazione VDJ).

La parentesi in V(D)J indica proprio che il segmento D è presente solo nelle catene pesanti. Il risultato finale è un solo gene funzionante per la catena leggera e un solo gene funzionante per la catena pesante.

Meccanismo

La ricombinazione della catena pesante avviene in due passaggi sequenziali:

1. DJ — si sceglie casualmente un segmento D e un segmento J, unendo il 3’ di un D con il 5’ di un J ed escindendo (perdendo) tutto il DNA compreso in mezzo. Esempio: unendo D2 con J1 si perde tutto da D3 in poi, conservando D1, D2 e tutte le J. L’ordine conta: se ricombino D1 con J3 ho perso tutto ciò che sta in mezzo e non potrò più ricombinare; se faccio D3 con J1 conservo materiale e posso ancora ricombinare.
2. VDJ — il segmento V scelto si unisce al complesso DJ, perdendo le altre V e le D residue. Si resta con un solo V, un solo D, tutte le J a valle e le sequenze costanti.

Poiché la ricombinazione avviene a caso in ogni linfocita B, è praticamente impossibile trovare due linfociti con la stessa sequenza.

Splicing e scelta della classe iniziale

Dopo la ricombinazione, lo splicing dell’RNA esclude tutte le sequenze residue tenendo solo il core ricombinato VDJ e la prima sequenza J conservata; vengono eliminati anche gli spaziatori. Lo splicing seleziona sempre il pacchetto più vicino. Viene scelta anche la prima sequenza costante disponibile, che è sempre Cμ: per questo il primo anticorpo prodotto è sempre una IgM. La proteina viene poi tradotta e fatta maturare.

Contemporaneamente avviene la ricombinazione VJ di una delle catene leggere (κ o λ). Le due catene così formate si uniscono a dare l’anticorpo maturo.

Editing recettoriale

Oltre alla ricombinazione somatica, i cloni di linfociti B che proliferano da una cellula già ricombinata possono introdurre piccole discrepanze: il recettore continua a essere raffinato (vedi Selezione per il Self ed Editing Recettoriale). Finché il linfocita B è immaturo nel midollo, la ricombinazione V(D)J può ripartire — ad esempio se la prima catena non “sta in piedi” o riconosce il self — dando una seconda chance alla cellula; se anche questa fallisce, la cellula va in apoptosi.

Esperimento di Tonegawa e Hozumi

La ricombinazione somatica fu scoperta da Tonegawa (premio Nobel), che comparò cellule embrionali della blastocisti con cellule adulte. Le cellule embrionali non hanno competenza immunologica e non formano anticorpi: rappresentano il “punto zero”, con le sequenze ripetute multiple ancora non funzionanti e non codificanti.

Con una Southern blot su una cellula “non committed” (che non sa ancora di essere un linfocita B) si individua una regione che pesa, ad esempio, 6 kb; ripetendo l’analisi su linfociti maturi o ai diversi stadi di maturazione, la stessa regione di DNA diventa progressivamente più leggera, proprio perché la ricombinazione taglia via i pacchetti.

🔗 Collegamenti

• Maturazione dei Linfociti B — ⬆️ avviene durante lo sviluppo nel midollo
• Loci Genici delle Immunoglobuline — ⬆️ substrato genico della ricombinazione
• Regola del 12-23 e RSS — 🔗 regole che guidano la ricombinazione
• Enzimi della Ricombinazione V(D)J — 🔗 macchinario enzimatico
• Diversità Combinatoriale e Giunzionale — ⬇️ genera la diversità del repertorio
• Esclusione Allelica — 🔗 garantisce un solo anticorpo per linfocita
• Switch Isotipico — 🔄 meccanismo diverso, agisce sulla regione costante