Variation af antistoffer
Denne underside udgør syvende del af teorien for Biotech Academys materiale om Immunforsvaret.
Indtil 1953 var det lidt af en gåde, hvordan hver af vores små celler kan opbevare al den information, som kræves for at danne alle de mange 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: DNAet.
Dannelse af immunoglobuliner
Inden de færdige antistoffer er dannede i cellen, sker der en masse modifikationer af DNA’et og RNAet. Eksempelvis klippes introns 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 kan eksistere tilstrækkelig mangfoldighed blandt antistofferne, således at alle tænkelige antigener kan genkendes og elimineres.
For nogle årtier siden blev det opdaget, at i de celler, som ikke tilhører blodets hvide blodlegemer eller lymfoide celler, findes antistoffernes forskellige gensekvenser langt fra hinanden. I antistofproducerende celler blev det derimod vist, at de forskellige dele af antistofmolekylerne, de variable og konstante sekvenser, sidder meget tættere på hinanden. Det ledte videnskaben til den konklusion, at et sted der under transformationen til at blive en antistofproducerende celle, sker der 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 mødet med det antigen, som genkendes af de membranbundne antistoffer, modnes cellen og aktiveres.
Inden B-cellerne forlader knoglemarven, sker der betydelige ændringer i deres DNA, som koder for antistoffer. Som det ses af figur 23, består DNA’et for antistofferne af en lang række forskellige 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.
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. Se nedenstående videosekvens.
Figur 23. Øverst er vist hvordan DNA’et for den korte kæde ser ud, og nederst er DNA’et for den lange kæde vist.
Det første, der sker, er at en tilfældig D-sekvens sættes sammen med en J-sekvens, hvorefter denne D-J-sekvens 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. De unødvendige C-sekvenser i RNA’et klippes 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 J- og C-sekvenser 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, dvs. de har to sæt af sine kromosomer. Det giver mulighed for, at der dannes to forskellige antistoffer fra en B-celle (et fra hvert kromosom der indeholder hvert sit antistof-gen). Der dannes imidlertid kun et enkelt antistof pr. B-celle. Dette sker ved allel ekskludering, som sikrer, at der altid kun omarrangeres én funktionel V-D-J-og V-J-sekvens. Det er altså de variable gener, der er underlagt denne ekskludering. Allel ekskludering sker formentligt også ved dannelsen af en funktionel tung kæde. Ved succesfuld omarrangering sendes 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, sendes ligeledes signal om, at der ikke skal ske yderligere omarrangering af de lette gener fra det andet kromosom. Sker der ingen succesfuld omarrangering af kæderne, vil cellen dø ved apoptose.
