Le cellule del sistema immunitario con
funzioni di riconoscimento
STRUTTURA DELLE Ig
L’IMPORTANZA DELLA REGIONE
CERNIERA
Digestione
parziale
con enzimi
proteolitici
La scoperta che individui affetti da mieloma
multiplo (tumore derivato da una plasmacellula)
producono in grande quantità Ig con un’unica
specificità antigenica, ha reso possibile il
sequenziamento delle catene leggere (L) e
pesanti (H) delle Ig
Il confronto delle sequenze ottenute da
pazienti diversi ha rilevato, sia nelle catene L
che nelle H, la presenza di una porzione
Variabile (ca. 110 aa) e di una porzione costante
(ca. 110 aa nelle catene L e 330 o 440 aa nelle
catene H)
LE TRE REGIONI IPERVARIABILI (CDR)
DEL DOMINIO VARIABILE
Variabilità = n° di differenti aa in una certa posizione / freq. dell’aa più comune in quella posizione
CDR = Complementarity Determining Region
Le CDRs delle catene L ed H vengono a trovarsi spazialmente vicine nella struttura quaternaria  sito
di legame per l’Ag
Sulla base della sequenza aminoacidica
le catene pesanti possono essere
suddivise in 5 differenti classi (e alcune
classi possono essere suddivise in
sottoclassi) che vengono indicate con
lettere dell’alfabeto greco (a, d, e, g, m)
Le catene leggere possono essere
suddivise in 2 differenti tipi (k e l) e le k
in sottotipi
Le catene pesanti g, d e
a hanno 3 domini C
Le catene pesanti m e
e hanno 4 domini C
LE CINQUE CLASSI DI Ig
Le Ig vengono prodotte come proteine
secrete o di membrana
Differenze isotipiche
Individui della stessa
specie presentano
tutti gli stessi isotipi.
Il numero di diversi
isotipi varia da
specie a specie
Differenze allotipiche
Si riscontrano tra
individui della stessa
specie
Differenze idiotipiche
Si riscontrano tra
linfociti B dello stesso
individuo
La struttura delle Ig presenta alcune caratteristiche
difficili da conciliare con i modelli genetici classici
dell’epoca in cui la loro struttura è stata in gran parte
chiarita
 Enorme diversità (= grande repertorio, dell’ordine
di 108) in ciascun individuo
 Presenza nella stessa molecola di una regione
variabile (sostanzialmente unica, cioè presente
solo in quel clone cellulare) e di una regione
costante
 Esistenza di Ig di classi diverse ma con la stessa
specificità antigenica
1965 - Dreyer e Bennett ipotizzano che sia le
catene pesanti che le leggere siano
codificate da due segmenti genici distinti
che in qualche modo ad un certo stadio
dello sviluppo dei linfociti riarrangiano e
formano un unico gene che viene
trascritto e tradotto (viene contraddetto
il dogma un gene  una catena
polipeptidica).
Essi inoltre ipotizzano l’esistenza di molti
(centinaia o migliaia) segmenti V e di
pochi segmenti C.
Solo nel 1976 si è avuta la prova definitiva
della sostanziale esattezza di questa ipotesi
Tonegawa e Hozumi  confronto tra i
DNA estratti da cellule di mieloma e da cellule
embrionali digeriti con RE e ibridati con IgmRNA  nelle prime si ha ibridazione con un
solo frammento, nelle seconde con due
Dimostrazione sperimentale dell’esattezza
dell’ipotesi ‘due geni  una catena polipeptidica’
formulata da Dreyer e Bennett nel 1965
Organizzazione dei cluster genici delle catene
leggere e delle catene pesanti delle
Immunoglobuline nell’uomo
Riarrangiamenti (V-J) a livello di DNA portano
alla formazione di un gene funzionante
Catene pesanti: ricombinazione V-D-J
La regione Variabile è codificata dai segmenti
genici riarrangiati: V e J nelle catene leggere e V,
D e J nelle catene pesanti
Il riarrangiamento avvicina sequenze
Promotrici e sequenze Enhancer
Il linfocita B maturo che non ha ancora
incontrato l’Ag esprime mIgM e mIgD
Splicing
alternativo
In ciascun linfocita B viene espresso un solo
allele per le catene pesanti ed un solo allele
per le catene leggere (esclusione allelica)
MATURAZIONE DEI LINFOCITI B
1. Riarrangiamento dei segmenti genici della catena
pesante  produzione di catene m (e d) da un solo
allele
2. Riarrangiamento dei segmenti genici della catena
leggera k  produzione di una IgM (e IgD) completa
(con catene k prodotte da un solo allele)
3. Se lo step 2. non è stato produttivo, si ha
riarrangiamento dei segmenti genici della catena l
 produzione di una IgM completa (con catene l
prodotte da un unico allele)
Se non si arriva alla formazione di un gene V H E di un
gene VL funzionanti il pre-linfocita non sarà in grado
di produrre alcuna Ig e morirà per apoptosi
Il riarrangiamento produttivo del 1° allele blocca il
riarrangiamento del 2° allele – Se nessuno dei due alleli effettua
un riarrangiamento produttivo il linfocita muore per apoptosi
COME AVVIENE LA
RICOMBINAZIONE DEI VARI
SEGMENTI GENICI ?
Sono necessarie sequenze segnale che
fiancheggiano le regioni che devono essere
unite
e
sistemi enzimatici (sia ubiquitari che
linfocita-specifici)
STRUTTURA DELLE SEQUENZE SEGNALE
(RSS = Recombination Signal Sequence)
1. Riconoscimento delle RSS da parte
di RAG-1 e RAG-2 (complesso
enzimatico linfocita-specifico) e
sinapsi delle RSS  i due segmenti
genici vengono avvicinati
2. Taglio di un singolo filamento di DNA
3. Taglio del secondo filamento e
legame ‘a forcina’ delle estremità
tagliate
4. Taglio casuale delle forcine
5. Riunione delle estremità catalizzata
dal complesso enzimatico DSBR
(Double Strand Break Repair)
I punti di giunzione
possono variare.
Questa flessibilità
giunzionale può
dare origine a
riarrangiamenti
non produttivi
Si stima che solo nel
10% dei pre-linfociti
si verifichino
riarrangiamenti
produttivi per le
catene L e per le H
Un’ulteriore fonte di variabilità deriva dal taglio
casuale delle forcine e dall’aggiunta di
nucleotidi nel sito di riunione
Aggiunta di nucleotidi P e N
Origine della variazione nelle tre CDR
Grandezza del repertorio anticorpale generato
dall’unione combinatoriale dei diversi tipi di
segmenti
Ig dello stesso isotipo e con uguale regione V
vengono prodotte sia come proteine di membrana
che secrete attraverso un meccanismo di splicing
alternativo
Eventi di splicing alternativo producono anche Ig con la
stessa regione variabile ma diversa regione costante
Il legame con l’Ag induce ulteriori cambiamenti 
produzione di Ig secrete, switch isotipico, ipermutazione
somatica (in seguito alla quale verrà prodotto un Ab che ha
con l’Ag una aumentata affinità di legame)
TCR = T Cell Receptor
Proteina di membrana dei linfociti T, scoperta e caratterizzata
all’inizio degli anni ‘80
TCR = T Cell Receptor
Cluster dei geni per il TCR
La ricombinazione dei segmenti genici del TCR
I cluster genici del TCR nell’uomo
I meccanismi di
generazione
della diversità
nelle Ig e nei
TCR
Linfociti B (e T) diversi esprimono Ig (e TCR)
diversi perché HANNO geni diversi (generati dalla
ricombinazione somatica) e non perché
ESPRIMONO geni diversi di genomi uguali