Indtil 1953 var det lidt af en gåde, hvordan hver af vores små celler kan opbevare så meget information, der er nødvendig for at danne alle nødvendige proteiner, enzymer, hormoner osv. der skal til for at forme et helt menneske. Men efter mange forskellige forsøg, hvor man langsomt nærmede sig en fyldestgørende ide omkring dette, lykkedes det for forskerne Watson og Crick at komme frem til en struktur for vores arvemateriale: DNA’et.
Hvis du har brug for at få opfrisket din viden om DNA og genetik, kan du klikke ind på følgende animationer, inden du læser videre om den måde hvorpå immunforsvarets celler sikrer, at der bliver dannet en mangfoldighed af antistoffer.
Dannelse af immunoglobuliner
Inden de færdige antistoffer er dannede i cellen, sker der en masse modifikationer af DNA’et og RNA’et hvor eksempelvis introns klippes fra, da der findes mange af disse i hvert gen hos eukaryoter. Men under dannelsen af immunoglobuliner sker der også helt unikke reaktioner, som er grundlaget for, at der opstår en stor variation i antistofferne. Disse reaktioner er nødvendige for, at der er så stor mangfoldighed blandt antistoffer således, at alt fremmed og skadeligt for vores krop vil kunne genkendes og elimineres. For nogle årtier siden blev det opdaget, at i celler som ikke tilhører blodets hvide blodlegemer, eller lymfoide celler, findes de forskellige dele af antistofmolekylernes gensekvenser langt fra hinanden i forskellige gener. Men i antistofproducerende celler derimod, blev det vist, at de forskellige dele af antistofmolekylerne (variable og konstante sekvenser) sidder meget tættere på hinanden, hvilket indikerer, at der under skiftet til at blive en antistofproducerende celle, sker en omrokering af cellens DNA.
B-cellerne, som er de antistofproducerende celler, dannes fra stamceller i knoglemarven og modnes heri. Når de forlader knoglemarven og bevæger sig over i lymfesystemet, findes de som umodne B-celler, der har et bestemt antistof siddende på overfladen. Ved møde med det antigen, som genkendes af de membranbundne antistoffer, modnes cellen og aktiveres, hvilket er beskrevet i afsnittet om immunforsvaret.
Inden B-cellerne forlader knoglemarven, sker der betydelige ændringer i deres DNA, som koder for antistoffer. Som det ses af figuren, består DNA’et for antistofferne af en lang række L-, V-, J-, D- og C-sekvenser. Hver type sekvenser befinder sig i såkaldte multigen-familier. For hvert antistof produceret, er det dog kun en af hver af disse sekvenser, der er tilbage i det RNA, som bliver translateret, og der må derfor foregå en lang række modifikationer. Tilstedeværelsen af disse multigen-familier gør, at der er mange kombinatoriske måder hvorpå generne kan omarrangeres. Det skyldes, at hvert ”færdigt” gen kun indeholder en af hver af sekvenserne. Således estimeres det, at der for de tunge kæders variable del findes 51 V-sekvenser, 27 D-sekvenser og 6 J-sekvenser, hvilket bringer de kombinatoriske muligheder op på 8262. Der er også mange muligheder for de lette kæder, hvilket yderligere øger diversiteten, idet enhver tung kæde kan sættes sammen med alle de mange lette kæder.
 |
|
Figur 1: Øverst er vist hvordan DNA’et for den korte kæde ser ud og nederst er DNA’et for den lange kæde vist. |
Omarrangering af gener for de tunge og lette kæder
Generne for de tunge kæders variable dele er det første led i omarrangeringen af DNA’et. De tunge kæders gener består af L-, V-, J-, D- og C-sekvenser. L-sekvenserne er såkaldte leder-sekvenser, der fører begge kæder gennem det endoplasmatiske retikulum- L-sekvenserne fjernes før antistoffet sammensættes og er derfor ikke at finde herpå.
Det første der sker, er at en tilfældig D-sekvens sættes sammen med en J-sekvens, hvorefter denne D-J-sekvens herefter sættes sammen med en tilfældig V-sekvens. Denne V-D-J-sekvens koder for den variable del af den tunge kæde og transkriberes til RNA sammen med generne for de konstante sekvenser (C). Hver af de fem typer af antigener har deres egen sekvens for de konstante dele af kæderne - disse transkriberes alle sammen med V-D-J-sekvensen, og det er først under RNA-forarbejdning, at alle bortset fra en af C-sekvenserne fjernes. Sammen med unødvendige C-sekvenser i RNA’et, klippes også introns fra, således at der kun translateres en sammenhængende V-D-J-C-sekvens.
Generne for den lette kæde indeholder en sekvens mindre end den tunge kæde, idet D-sekvenserne ikke findes heri. Derved sættes først en tilfældig V-sekvens sammen med en tilfældig J-sekvens, og alt hvad der findes efter denne J-sekvens. Herefter transkriberes dette omarrangerede DNA til RNA. I RNA’et klippes overskydende introns og J- og C-sekvenser klippes ud, således at det færdigt mRNA produkt indeholder en L-V-J-C- sekvens hvor V-J-delen er den variable del, og C-sekvensen er den konstante del.
Med de forskellige sekvenser, der eksisterer i genomet, og den omarrangering, der finder sted ved udvikling af cellerne, skønnes det, at der er mulighed for på denne måde at danne 8262 forskellige tunge kæder og 320 forskellige lette kæder. Antages det, at enhver kombination af let og tung kæde kan forekomme, giver det en samlet kombinatorisk diversitet på 2.644.240 forskellige antistoffer!
Somatiske hypermutationer
Der eksisterer yderligere en mekanisme, der er med til at skabe en endnu større diversitet af antistofferne. Det er somatiske hypermutationer, der som navnet antyder, er mutationer der forekommer med en særlig høj rate. Normalt sker der omkring 10-8 mutationer pr. basepar pr. generation, men for antistof-generne er det så mange som 10-3 pr. basepar pr. generation. Mutationerne er rettet mod de omarrangerede gener for de variable sekvenser, dvs. V-J og V-D-J-sekvenserne, og på baggrund af den kendte længde af disse gener, estimeres det, at der introduceres mindst en mutation pr. to celledelinger.
Ekskludering af allel
Som alle andre af kroppens celler er B-celler diploide og har derfor to sæt kromosomer. Det giver mulighed for, at der dannes to forskellige antistoffer fra en B-celle (et fra hvert kromosom der indeholder antistof-generne). Dette er dog ikke tilfældet, da antistoffer fra en celle er af monoklonal natur hvilket vil sige, at der kun dannes et antistof fra hver celle. Dette sker ved allel ekskludering, som sikrer, at der altid kun omarrangeres en funktionel V-D-J-og V-J-sekvens. Det er altså de variable gener, der er underlagt denne ekskludering. Allel ekskludering sker formentligt ved at dannelsen af en funktionel tung kæde ved omarrangering sender et signal til B-cellen om at stoppe videre omarrangering af den tunge kæde fra det andet kromosom. Når en let kæde succesfuldt er omdannet (enten κ eller λ), sendes ligeledes signal om, at der ikke skal ske yderligere omarrangering af de lette gener fra det andet kromosom. Sker der i første forsøg ikke en succesfuld omarrangering af eksempelvis λ-kæden, fra det ene eller andet kromosom, fortsætter cellen herefter med at omarrangere κ-kæden. Sker der ingen succesfuld omarrangering af kæderne, vil cellen dø ved apoptose.
Vil du læse mere?