معلومة

كيف تبدو الأجزاء المتغيرة من جينات الجسم المضاد في الخلايا التي لا تنتج أجسامًا مضادة؟

كيف تبدو الأجزاء المتغيرة من جينات الجسم المضاد في الخلايا التي لا تنتج أجسامًا مضادة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

توجد العديد من عائلات الأجسام المضادة في الثدييات. قد يكون لديهم مجالان أو أكثر من مجالات الأجسام المضادة التي تحتوي على سلاسل ثقيلة وخفيفة. يتم تقطيع المناطق المتغيرة من جينات السلاسل الخفيفة والثقيلة في الكروموسوم في الخلايا المنتجة للأجسام المضادة بحيث تنتج كل خلية جسمًا مضادًا مختلفًا ، مع تسلسل فريد من الأحماض الأمينية في المناطق المتغيرة.

هذا رسم كاريكاتوري:

المناطق المتغيرة كبيرة هنا بشكل غير متناسب ، لكنها تعطي فكرة ...

ما أجد صعوبة في اكتشافه هو كيف تبدو مناطق الحمض النووي لهذه الجينات في الخلايا التي لا تنتج أجسامًا مضادة. هل هم نفس ما في السلالة الجرثومية؟ هل يخضعون لإعادة التركيب ولكن لا يتم التعبير عنها؟

سيكون موضع تقدير أي مساعدة.


ربما تريد أن تسأل كيف يتم تنظيم إعادة التركيب VDJ في الخلايا غير اللمفاوية ...

حسنًا ، حتى في الخلايا الليمفاوية غير الناضجة ، يتم تنظيم إعادة تركيب VDJ. وأيضًا يتم كبح جينات Ig في الخلايا التائية ويتم قمع جينات TCR في الخلايا البائية ... أيضًا ، يتم قمع إعادة تركيب Ig في الخلايا التائية والعكس بالعكس.

RAG-1،2 (الجين المنشط لإعادة التركيب) يؤدي تقليل التنظيم جزئيًا للمهمة ، ولكن ليس بشكل كامل.

تشير التقارير السابقة إلى أن النسخ في الموضع ضروري وأن التنظيم اللاجيني للنسخ ينظم بدوره إعادة التركيب. ولكن ما يعنيه ذلك بالضبط هو أن إمكانية الوصول إلى RSS (تسلسل إشارات إعادة التركيب) محدودة في الكروماتين المكبوت ، وتشير التقارير الأخيرة إلى أن النوكليوسومات يتم وضعها بشكل مناسب فوق RSS للتحكم في إعادة التركيب.

إلقاء نظرة على هذه:

http://www.cell.com/abstract/S0092-8674٪2802٪2900675-X

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0952791506000057

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC204470/


13.1D: توليد تنوع الأجسام المضادة

  • بمساهمة غاري كايزر
  • أستاذ (علم الأحياء الدقيقة) في كلية المجتمع في بالتيمور كونتري (كانتونسفيل)
  1. حدد انتقال الجين واربطه بكل خلية لمفاوية ب قادرة على إنتاج جسم مضاد له شكل فريد من نوعه.
  2. عرف ما يلي:
    1. التنوع الاندماجي
    2. التنوع الوصلي
    3. النضج التقارب

    في هذا القسم سوف ننظر في توليد تنوع الأجسام المضادة من خلال الانتقال الجيني. كما ذكرنا سابقًا ، ليس لدى جهاز المناعة في الجسم أي فكرة عن المستضدات التي قد يواجهها في النهاية. لذلك ، فقد طور نظامًا يمتلك القدرة على الاستجابة لأي مستضد يمكن تصوره. يمكن للجهاز المناعي القيام بذلك لأن كل من الخلايا الليمفاوية البائية والخلايا اللمفاوية التائية قد طورتا نظامًا فريدًا من الربط الجيني يسمى الانتقال الجيني ، وهو نوع من عملية خلط الجينات حيث يتم قطع جينات مختلفة على طول الكروموسوم من مكان واحد وضمها مع الجينات الأخرى على طول الكروموسوم.

    لإثبات عملية الانتقال الجيني هذه ، سننظر في كيفية برمجة كل خلية لمفاوية ب وراثيًا لإنتاج جسم مضاد يعمل كمستقبل للخلية البائية (BCR) له شكل فريد من نوعه Fab. كما ذكرنا سابقًا ، يتكون جزء Fab من الجسم المضاد من سلسلتي بروتين: ثقيل وخفيف (انظر الشكل ( فهرس الصفحة <1> )).

    يتم ترميز الجزء المتغير من السلسلة الثقيلة من Fab من خلال مجموعة من 3 جينات تسمى VH (ثقيل متغير) و DH (ثقيل التنوع) و JH (الانضمام الثقيل). يتكون الجزء المتغير من السلسلة الخفيفة من Fab إما من سلسلة كابا أو سلسلة لامدا مشفرة بمزيج من جينين ، VL (ضوء متغير) و JL (ضوء متصل). يوجد في الحمض النووي لكل خلية ليمفاوية ب أشكال متعددة لكل واحد من هذه الجينات المحددة المتغيرة. على الرغم من أن العدد الدقيق لكل جين غير معروف ويختلف من شخص إلى آخر ، إلا أن هناك ما يقرب من 38-46 جينة VH 23 جينات DH 6 جينات JH 34-38 جينات Kappa VL 5 جينات kappa JL 29-33 جينات lambda VL و4-5 جينات لامدا JL.

    بينما يرث الشخص الأليلات لمختلف جينات V (D) J من كل والد ، فإن الخلية الليمفاوية B الفردية ستعبر فقط عن مجموعة أليل موروثة من أحد الوالدين. هذا يزيد من تنوع الأجسام المضادة في هذا الفرد.

    من خلال النقل العشوائي للجينات ، يمكن لأي مجموعة من الأشكال المتعددة لكل جين أن تتحد معًا (انظر الشكل ( PageIndex <2> )) مما ينتج عنه آلاف التوليفات الجينية الممكنة. يُعرف هذا بالتنوع الاندماجي.

    يبدأ الانتقال الجيني لجينات V (D) J عندما يتعرف إنزيم يسمى V (D) J recombinase على تسلسل إشارة إعادة التركيب الموجود في 3 'نهاية جينات V ، والنهاية 5' من جينات J ، وكلا طرفي جينات D . نتيجة لذلك ، يشكل الكروموسوم حلقة تسمح لمحاذاة جينات مختلفة من مناطق مختلفة على طول الكروموسوم (انظر الشكل ( فهرس الصفحة <3> )). في السلسلة الثقيلة ، يتم محاذاة أي جين ثقيل J وأي جين ثقيل D معًا وترتبط معًا حيث يتم قطع الجينات من موقع ولصقها في مكان آخر. بعد ذلك ، يتم إرفاق أي من جينات V-heavy بجزء DJ هذا. في السلسلة الخفيفة ، تمكن حلقات الكروموسومات أي جين V-light من الارتباط بأي جين J-light.

    أثناء الانتقال الجيني ، تسبب الإنزيمات المتخصصة في الخلايا الليمفاوية B عدم دقة التضفير حيث يتم إضافة أو حذف نيوكليوتيدات إضافية عند تقاطعات الجينات المختلفة. هذا التغيير في تسلسل قاعدة النوكليوتيدات يولد تنوعًا أكبر في شكل Fab. وهذا ما يسمى التنوع الوصلي.

    علاوة على ذلك ، مع تكاثر الخلايا الليمفاوية البائية ، فإنها تخضع لنضج تقارب ، وهي عملية & quot؛ تضبط & تقتبس شكل موقع ربط حاتمة Fab. وذلك لأن جينات الغلوبولين المناعي V للخلايا الليمفاوية B لها معدل طفرة يتراوح بين 1000 إلى 10000 مرة أكبر من الجينات البشرية الأخرى في الجسم. يخلق هذا التحوّل الجسدي المفرط فرصة رائعة لاختيار الخلايا الليمفاوية B المتغيرة مع مواقع ربط مستضد مناسبة تتلاءم مع الحاتمة بشكل أكثر دقة. كلما زاد ارتباط المستضد بمستقبلات الخلية البائية ، زادت احتمالية بقاء الخلايا اللمفاوية البائية على قيد الحياة والتكاثر. بمعنى آخر ، يمكن تحسين & quotfit & quot في الجسم المضاد بمرور الوقت. يحدث النضج التقارب في المراكز الجرثومية للغدد الليمفاوية.

    ينتج البشر على الأرجح ما لا يقل عن 10 11 شكلًا مختلفًا من BCR. ضع في اعتبارك أن الشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين يتم تحديده في النهاية من خلال تسلسل الأحماض الأمينية ويتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية بترتيب القواعد النيتروجينية في الجينات التي ترميز هذا البروتين. بين التنوع التوليفي ، والتنوع الوصلي ، ونضج التقارب ، هناك على الأرجح المليارات من التوليفات الجينية المحتملة وإعادة الترتيب التي يمكن أن ترمز لأجزاء Fab من الجسم المضاد. من المحتمل ، إذن ، أن تنفذ كل خلية لمفاوية B سلسلة فريدة من عمليات نقل الجينات وتكون قادرة على إنتاج جسم مضاد مع موقع ربط حاتمة فريد الشكل.

    نظرًا لأن الانتقال الجيني هو عملية عشوائية ، فإن بعض الخلايا الليمفاوية B غير الناضجة ينتهي بها الأمر بصنع مستقبلات الخلايا البائية التي تناسب مستضدات الجسم. قد يتم تحفيز الخلايا الليمفاوية B غير الناضجة مع مستقبلات الخلايا البائية ذاتية التفاعل للخضوع لعملية إعادة ترتيب جيني جديدة لإنشاء مستقبل جديد لم يعد يتفاعل مع نفسه. يمكن أن يؤدي التعرف على المستضد الذاتي إلى تنشيط الجينات التي تسمح للخلايا اللمفاوية B بإجراء عمليات إعادة تركيب جديدة من السلسلة الخفيفة V-J وتمكين تلك الخلية من التعبير عن مستقبل خلية B جديد. تسمى هذه العملية تحرير المستقبلات.

    بالتناوب ، يمكن أيضًا أن تخضع الخلايا اللمفاوية البائية ذاتية التفاعل لاختيار سلبي. نظرًا لأن نخاع العظم ، حيث يتم إنتاج الخلايا الليمفاوية B وتنضج ، يكون عادةً خاليًا من المواد الغريبة ، يجب أن تتعرف الخلايا الليمفاوية B التي تربط المواد هناك ويتم التخلص منها عن طريق الاستماتة ، وهو انتحار خلوي مبرمج. ينتج عن موت الخلايا المبرمج تنشيط البروتياز داخل الخلية المستهدفة والذي يؤدي بعد ذلك إلى تدهور البروتينات الهيكلية للخلية والحمض النووي.


    محتويات

    تتكون جزيئات الأجسام المضادة البشرية (بما في ذلك مستقبلات الخلايا البائية) من سلاسل ثقيلة وخفيفة ، يحتوي كل منها على كليهما ثابت (ج) و عامل (V) مناطق ، مشفرة وراثيا على ثلاثة مواقع:

    • الموقع الثقيل للجلوبيولين المناعي (IGH @) على الكروموسوم 14 ، الذي يحتوي على المقاطع الجينية للسلسلة الثقيلة للجلوبيولين المناعي.
    • موضع الجلوبيولين المناعي (κ) (IGK @) على الكروموسوم 2 ، الذي يحتوي على أجزاء الجينات لجزء من سلسلة ضوء الغلوبولين المناعي.
    • موضع الجلوبيولين المناعي لامدا (λ) (IGL @) على الكروموسوم 22 ، الذي يحتوي على المقاطع الجينية لبقية سلسلة الغلوبولين المناعي الخفيفة.

    تحتوي كل سلسلة ثقيلة أو جين سلسلة خفيفة على نسخ متعددة من ثلاثة أنواع مختلفة من المقاطع الجينية للمناطق المتغيرة من بروتينات الجسم المضاد. على سبيل المثال ، تحتوي منطقة السلسلة الثقيلة للجلوبيولين المناعي البشري على جزأين جيني ثابت (C μ و Cδ) و 44 مقطعًا جينيًا متغيرًا (V) ، بالإضافة إلى 27 مقطعًا جينيًا متنوعًا (D) و 6 مقاطع جينية متصلة (J). [2] تمتلك جينات السلسلة الخفيفة إما مقطعًا جينيًا واحدًا (Cκ) أو أربعة (Cλ) ثابتًا مع العديد من المقاطع الجينية V و J ولكن لا تحتوي على مقاطع جينية D. [3] تؤدي إعادة ترتيب الحمض النووي إلى انتقال نسخة واحدة من كل نوع من القطع الجينية إلى أي خلية لمفاوية معينة ، مما يؤدي إلى توليد ذخيرة ضخمة من الأجسام المضادة تقريبًا 3 × 10 11 تركيبات ممكنة ، على الرغم من إزالة بعضها بسبب التفاعل الذاتي.

    تتكون معظم مستقبلات الخلايا التائية من سلسلة ألفا متغيرة وسلسلة بيتا. تتشابه جينات مستقبلات الخلايا التائية مع جينات الغلوبولين المناعي من حيث أنها تحتوي أيضًا على أجزاء متعددة من الجينات V و D و J في سلاسل بيتا الخاصة بها (وشرائح الجين V و J في سلاسل ألفا الخاصة بها) والتي يتم إعادة ترتيبها أثناء تطور الخلايا الليمفاوية إلى تزود تلك الخلية بمستقبل فريد للمستضد. مستقبل الخلايا التائية بهذا المعنى هو المكافئ الطوبولوجي لجزء ربط مستضد من الجسم المضاد ، وكلاهما جزء من عائلة الغلوبولين المناعي.

    يتم منع استجابة المناعة الذاتية عن طريق القضاء على الخلايا التي تتفاعل مع نفسها. يحدث هذا في الغدة الصعترية عن طريق اختبار الخلية ضد مجموعة من المستضدات الذاتية التي يتم التعبير عنها من خلال وظيفة منظم المناعة الذاتية (AIRE). يحتوي موضع السلسلة الخفيفة من الجلوبيولين المناعي لامدا على جينات مشفرة للبروتين يمكن فقدها مع إعادة ترتيبها. يعتمد هذا على آلية فسيولوجية وليس من العوامل الممرضة لسرطان الدم أو الأورام اللمفاوية. تستمر الخلية إذا قامت بإنشاء منتج ناجح لا يتفاعل مع نفسه ، وإلا يتم تقليمها عن طريق موت الخلايا المبرمج.

    سلسلة ثقيلة تحرير

    في الخلية B النامية ، يكون حدث إعادة التركيب الأول بين قطعة جين واحدة D و J من موضع السلسلة الثقيلة. يتم حذف أي DNA بين هذين الجزأين الجينيين. يتبع إعادة التركيب D-J هذا انضمام جزء واحد من الجين V ، من منطقة المنبع لمجمع DJ الذي تم تشكيله حديثًا ، مما يشكل مقطعًا جينيًا مُعاد ترتيبه VDJ. يتم الآن حذف جميع أجزاء الجينات الأخرى بين مقاطع V و D من جينوم الخلية. يتم إنشاء النسخة الأولية (الحمض النووي الريبي غير المقسم) تحتوي على منطقة VDJ للسلسلة الثقيلة وكلاهما الثابت مو و دلتا سلاسل (جميكرومتر و جδ). (على سبيل المثال ، يحتوي النص الأساسي على المقاطع: V-D-J-Cميكرومترδ). تتم معالجة الحمض النووي الريبي الأساسي لإضافة ذيل متعدد الأدينيلات (poly-A) بعد C.ميكرومتر السلسلة ولإزالة التسلسل بين مقطع VDJ وهذا الجزء الجيني الثابت. تؤدي ترجمة هذا الرنا المرسال إلى إنتاج بروتين IgM ثقيل السلسلة.

    تحرير السلسلة الخفيفة

    تعيد سلاسل kappa () و lambda () من مواضع السلسلة الخفيفة للجلوبيولين المناعي ترتيبًا متشابهًا للغاية ، باستثناء أن السلاسل الخفيفة تفتقر إلى المقطع D. بعبارة أخرى ، تتضمن الخطوة الأولى لإعادة تركيب السلاسل الخفيفة ربط السلاسل V و J لإعطاء مركب VJ قبل إضافة جين السلسلة الثابتة أثناء النسخ الأولي. ينتج عن ترجمة mRNA المقسم لسلاسل كابا أو لامدا تكوين بروتين Ig κ أو Ig light chain.

    ينتج عن تجميع السلسلة الثقيلة Ig μ وإحدى السلاسل الخفيفة تكوين شكل مرتبط بالغشاء من الجلوبيولين المناعي IgM الذي يتم التعبير عنه على سطح الخلية B غير الناضجة.

    أثناء تطور الخلايا التوتية ، تخضع سلاسل مستقبلات الخلايا التائية (TCR) بشكل أساسي لنفس تسلسل أحداث إعادة التركيب المطلوبة كما هو موصوف بالنسبة للجلوبيولينات المناعية. يحدث إعادة التركيب من D إلى J أولاً في سلسلة من TCR. يمكن أن تتضمن هذه العملية إما انضمام D.βمقطع جيني واحد إلى واحد من ستة Jβ1 شرائح أو الانضمام إلى دβ2 مقطع جيني إلى واحد من ستة Jβ2 شرائح. [3] يتبع تأشيب DJ (على النحو الوارد أعلاه) بـ V.β-إلى دβيβ إعادة الترتيب. جميع شرائح الجينات بين V.ββ-Jβ يتم حذف أجزاء الجينات في المجمع الذي تم تشكيله حديثًا ويتم تصنيع النسخة الأولية التي تتضمن جين المجال الثابت (Vββ-Jββ). يقوم نسخ mRNA بتقسيم أي تسلسل متداخل ويسمح بترجمة البروتين كامل الطول لسلسلة TCR β.

    يتبع إعادة ترتيب سلسلة ألفا (α) من TCR إعادة ترتيب السلسلة ، ويشبه إعادة ترتيب V إلى J الموصوف لسلاسل Ig الخفيفة (انظر أعلاه). ينتج عن تجميع السلاسل β- و α- تكوين αβ-TCR الذي يتم التعبير عنه في غالبية الخلايا التائية.

    الانزيمات والمكونات الرئيسية تحرير

    تتم عملية إعادة التركيب V (D) J بواسطة VDJ recombinase ، وهي مجموعة متنوعة من الإنزيمات. الإنزيمات الرئيسية المعنية هي إعادة التركيب الجيني المنشط 1 و 2 (RAG) ، و deoxynucleotidyl transferase (TdT) ، و Artemis nuclease ، وهو عضو في مسار الانضمام غير المتماثل في كل مكان (NHEJ) لإصلاح الحمض النووي. [4] من المعروف أن العديد من الإنزيمات الأخرى تشارك في العملية وتشمل بروتين كيناز المعتمد على الحمض النووي (DNA-PK) ، والبروتين 4 التكميلي لإصلاح الأشعة السينية (XRCC4) ، و DNA ligase IV ، والربط النهائي غير المتماثل العامل 1 (NHEJ1 المعروف أيضًا باسم Cernunnos أو العامل الشبيه بـ XRCC4 [XLF]) ، البارالوج المكتشف مؤخرًا لـ XRCC4 و XLF (PAXX) ، وبوليميرات الحمض النووي λ و μ. [5] بعض الإنزيمات المعنية خاصة بالخلايا الليمفاوية (على سبيل المثال، RAG ، TdT) ، بينما توجد أنواع أخرى في أنواع الخلايا الأخرى وحتى في كل مكان (على سبيل المثال، مكونات NHEJ).

    للحفاظ على خصوصية إعادة التركيب ، يتعرف V (D) J recombinase على تسلسل إشارة إعادة التركيب (RSSs) الذي يحيط بالمتغير (V) والتنوع (D) والانضمام إلى (J) مقاطع الجينات. تتكون RSS من ثلاثة عناصر: هيبتامر من سبعة نيوكليوتيدات محفوظة ، ومنطقة مباعدة من 12 أو 23 زوجًا قاعديًا في الطول ، و nonamer من تسعة نيوكليوتيدات محفوظة. في حين أن غالبية RSSs تختلف في التسلسل ، فإن متواليات heptamer و nonamer الإجماعية هي CACAGTG و ACAAAAACC ، على التوالي ، وعلى الرغم من عدم حفظ تسلسل منطقة المباعد بشكل جيد ، إلا أن الطول محفوظ بدرجة عالية. [6] [7] يتوافق طول منطقة المباعد مع واحد تقريبًا (12 زوجًا أساسيًا) أو منعطفين (23 زوجًا أساسيًا) من حلزون الحمض النووي. باتباع ما يُعرف بقاعدة 12/23 ، عادةً ما تكون أجزاء الجينات المراد إعادة تجميعها مجاورة لـ RSSs ذات أطوال المباعدة المختلفة (بمعنى آخر.، واحد لديه "12RSS" والآخر لديه "23RSS"). [8] هذه ميزة مهمة في تنظيم إعادة التركيب V (D) J. [9]

    تحرير العملية

    يبدأ إعادة التركيب V (D) J عندما يربط V (D) J recombinase (من خلال نشاط RAG1) RSS الذي يحيط بمقطع جين الترميز (V أو D أو J) وينشئ شقًا أحادي السلسلة في الحمض النووي بين الأول قاعدة RSS (قبل heptamer مباشرة) وقطاع الترميز. هذا محايد بشكل أساسي (لا حاجة للتحلل المائي لـ ATP) وينتج عنه تكوين مجموعة هيدروكسيل مجانية 3 'ومجموعة 5' فوسفات على نفس الشريط. يتم وضع مجموعة الهيدروكسيل التفاعلية بواسطة recombinase لمهاجمة رابطة phosphodiester من الخيط المعاكس ، وتشكيل طرفي DNA: دبوس شعر (حلقة جذعية) على مقطع الترميز ونهاية حادة على قطعة الإشارة. [10] النموذج الحالي هو أن خدش الحمض النووي وتكوين دبوس الشعر يحدث على كلا الخيطين في وقت واحد (أو تقريبًا) في معقد يعرف باسم مركز إعادة التركيب. [11] [12] [13] [14]

    يتم ربط نهايات الإشارة غير الحادة معًا لتشكيل قطعة دائرية من الحمض النووي تحتوي على جميع التسلسلات المتداخلة بين مقاطع التشفير المعروفة باسم مفصل الإشارة (على الرغم من كونها دائرية بطبيعتها ، لا ينبغي الخلط بين هذا وبين البلازميد). بينما كان يعتقد في الأصل أنه ضاع أثناء الانقسامات الخلوية المتتالية ، إلا أن هناك دليلًا على أن مفاصل الإشارة قد تدخل مرة أخرى في الجينوم وتؤدي إلى أمراض عن طريق تنشيط الجينات الورمية أو مقاطعة وظيفة (وظائف) الجين الكابت للورم [المرجع].

    تتم معالجة نهايات الترميز بشكل أكبر قبل ربطها من خلال العديد من الأحداث التي تؤدي في النهاية إلى التنوع الوصلي. [15] تبدأ المعالجة عندما يرتبط DNA-PK بكل طرف مكسور من الحمض النووي ويجند العديد من البروتينات الأخرى بما في ذلك Artemis و XRCC4 و DNA ligase IV و Cernunnos والعديد من بوليميرات الحمض النووي. [16] يشكل DNA-PK معقدًا يؤدي إلى عملية الفسفرة الذاتية ، مما يؤدي إلى تنشيط Artemis. يتم فتح دبابيس الشعر في نهاية الترميز بواسطة نشاط Artemis. [17] إذا تم فتحها في المركز ، فسوف ينتج عن نهاية الحمض النووي غير الحاد ولكن في كثير من الحالات ، تكون الفتحة "خارج المركز" وينتج عنها بقاء قواعد إضافية على خيط واحد (نتوء). تُعرف هذه باسم نيوكليوتيدات متناظرة (P) بسبب الطبيعة المتناوبة للتسلسل الناتج عندما تحل إنزيمات إصلاح الحمض النووي المتراكمة. [18] إن عملية فتح دبوس الشعر من قبل Artemis هي خطوة حاسمة لإعادة تركيب V (D) J وهي معيبة في نموذج فأر عوز المناعة المشترك الشديد (scid).

    بعد ذلك ، يقوم XRCC4 و Cernunnos و DNA-PK بمحاذاة نهايات الحمض النووي وتجنيد ديوكسينوكليوتيديل ترانسفيراز (TdT) ، وهو بوليميريز DNA مستقل عن القالب يضيف نيوكليوتيدات غير مقولبة (N) إلى نهاية الترميز. تكون الإضافة عشوائية في الغالب ، لكن TdT يُظهر تفضيلًا لنيوكليوتيدات G / C. [19] كما هو الحال مع جميع بوليمرات الحمض النووي المعروفة ، يضيف TdT النيوكليوتيدات إلى خيط واحد في اتجاه 5 إلى 3. [20]

    أخيرًا ، يمكن للنوكليازات الخارجية إزالة القواعد من نهايات التشفير (بما في ذلك أي نيوكليوتيدات P أو N قد تكون قد تكونت). ثم تقوم بوليميرات الحمض النووي λ و بإدخال نيوكليوتيدات إضافية حسب الحاجة لجعل الطرفين متوافقين للانضمام. هذه عملية عشوائية ، لذلك يمكن أن يحدث أي مزيج من إضافة نيوكليوتيدات P و N وإزالة الحالة الخارجية (أو لا يحدث أي شيء على الإطلاق). أخيرًا ، يتم ربط نهايات التشفير المعالجة معًا بواسطة DNA ligase IV. [21]


    كيف تعمل لقاحات COVID-19

    تساعد لقاحات COVID-19 أجسامنا على تطوير مناعة ضد الفيروس المسبب لـ COVID-19 دون الاضطرار إلى الإصابة بالمرض.

    تعمل الأنواع المختلفة من اللقاحات بطرق مختلفة لتوفير الحماية. ولكن مع جميع أنواع اللقاحات ، يتم ترك الجسم مزودًا بمخزون من الخلايا الليمفاوية التائية & ldquomemory & rdquo وكذلك الخلايا الليمفاوية B التي ستتذكر كيفية محاربة هذا الفيروس في المستقبل.

    عادة ما يستغرق الأمر بضعة أسابيع بعد التطعيم حتى ينتج الجسم الخلايا اللمفاوية التائية والخلايا اللمفاوية البائية. لذلك ، من الممكن أن يصاب الشخص بالفيروس المسبب لـ COVID-19 قبل التطعيم مباشرة أو بعده مباشرة ثم يمرض لأن اللقاح لم يكن لديه الوقت الكافي لتوفير الحماية.

    في بعض الأحيان ، بعد التطعيم ، يمكن أن تؤدي عملية بناء المناعة إلى ظهور أعراض ، مثل الحمى. هذه الأعراض طبيعية وهي علامات على أن الجسم يبني المناعة.


    تشرح الجينات التباين العرقي في الاستجابة لعقار القلب (5/29)

    1. يحدث إعادة ترتيب الحمض النووي أثناء التطور - لذلك تحتوي كل خلية على مجموعة فريدة من الجينات لبروتين ربط المستضد.

    2. يحدث إعادة ترتيب الحمض النووي قبل التعرض لـ Ag.

    3. بروتين واحد مع موقع ربط فريد مصنوع لكل خلية. (إما جسم مضاد واحد / BCR أو TCR واحد. لاحظ أن هذا يعني أن واحدًا فقط من أليلين من الجين يتم التعبير عنه في هذه الحالة).

    4. يحتوي البروتين (BCR أو TCR) على جزء متغير (خاص بالمستضد) وجزء ثابت (لا يعتمد على Ag).

    5. آلية الاختيار النسيلي

    أ. يعمل بروتين رابط Ag كمصيدة / مستقبل لـ A. ز. يعمل ارتباط المستضد بالسطح Ab (BCR) أو TCR على تحديد الخلايا ذات الخصوصية المناسبة. (الخلايا التي تصنع Ab أو TCR "الصحيح".)

    ب. يحدث توسع نسيلي (أو قمع) استجابة لارتباط Ag

    (1). دمار. إذا كان Ag يُنظر إليه على أنه & quotself & quot & # 8594 خلية (T أو B) مدمرة أو مكبوتة (& # 8594 التسامح). انظر شكل Sadava. 18.7 (الطبعة الثامنة فقط)

    (2). التنشيط. إذا كان Ag يُنظر إليه على أنه أجنبي & # 8594 خلية تنقسم & # 8594 توسع نسيلي ، مزيد من التمايز في خلايا المستجيب أو الذاكرة. (انظر أدناه للحصول على التفاصيل.)

    (3). ما إذا كان يُنظر إلى المستضد على أنه & quotself & quot أو & quotforeign & quot ، يعتمد على وقت التعرض للمستضد (الجنيني مقابل البالغ) وعوامل إضافية. (اتضح أن هذا الأمر معقد للغاية ، لذلك نتجاهل & quot ؛ العوامل الإضافية. & quot)

    ب- الميزات التي تنفرد بها الخلايا التائية (انظر أعلى النشرة 25A لـ B مقابل T و T.ج مقابل تيح )

    1. البروتين الذي تصنعه الخلية التائية هو مستقبل الخلايا التائية ، وليس Ab . (انظر شكل Sadava 18.12 (18.13)). تصنع كل خلية T TCR فريدًا (يسمى أيضًا مستقبلات مستضد الخلايا التائية) بسبب إعادة ترتيب الحمض النووي لجينات TCR.

    2. يبقى مستقبل الخلايا التائية دائمًا على سطح الخلية لم يفرز ابدا

    3. يجب أن يكون المستضد على سطح خلية حقيقية النواة:

    أ. سوف يرتبط الجسم المضاد بتحرير المستضد في المحلول (أو جزء من بكتيريا كاملة). لن TCR.

    ب. يرتبط TCR فقط بـ Ag على سطح خلية أخرى (euk.). .

    ج. تيج مقابل تيح

    (1). تيج

    (أ). الخلية المستهدفة: T.ج يرتبط بخلية عادية (euk.) ذات حواتم غير طبيعية على سطحها ، على سبيل المثال ، خلية مصابة.

    (ب). نتيجة الارتباط بالخلية المستهدفة: T.ج يدمر الهدف.

    (ج). علامة السطح: T.ج هو CD8 + - يحتوي على بروتين يسمى CD8 على السطح

    (أ). الخلايا المستهدفة: T.ح يرتبط بالخلية المناعية مع حواتم غير طبيعية على السطح ، تسمى عادةً خلية تقديم مستضد (APC).

    (ب). نتيجة الارتباط بالخلية المستهدفة: يؤدي الربط إلى تنشيط حرف T.ح خلية وأمبير / أو APC. (يعزز الاستجابة المناعية - تختلف التفاصيل حسب نوع APC.)

    (ج). علامة السطح: T.ح هو CD4 + - يحتوي على بروتين يسمى CD4 على السطح


    ثانيًا. تنشيط الخلايا البائية والتائية - ما الذي يؤدي إلى التوسع النسيلي؟ انظر شكل Sadava. الشكل 18.15 (18.17) للصورة العامة.

    أ. ما هو المطلوب؟ لتنشيط خلية B أو T ، يجب أن تحصل الخلية على إشارة juxtacrine و إشارة paracrine. انظر شكل Sadava. 18.14 (18.16)

    1. باراكرين = سيتوكين = بروتين مُفرَز يؤثر على تطور جهاز المناعة ويؤثر على بعض الوظائف ذات الصلة.

    أ. المصطلح: السيتوكينات التي تصنعها الكريات البيض تسمى غالبًا إنترلوكينات ، ومختصرة IL-1 ، و IL-2 ، إلخ.

    ب. مثال على العمل: تفعيل كل من B و T.ج تتطلب الخلايا باراكرينات من T.ح الخلايا. انظر النصوص إذا كنت مهتمًا بأسماء ووظائف السيتوكينات المختلفة. (لن يتم تغطية أي تفاصيل عن paracrines في الفصل ، يتم تضمين بعض التفاصيل هنا وفي كتاب المشكلة لمعلوماتك فقط.)

    2. جوكستاكرين - يشمل التلامس بين البروتينات السطحية في خليتين - الخلية التائية وشريكتها (الخلية المستهدفة المصابة أو APC). انظر النشرة 25A وشكل Sadava. 18.14 (18.16). مطلوب ما لا يقل عن اثنين من التفاعلات juxtacrine:

    أ. يجب أن تحتوي الخلية T على: TCR & amp CD4 أو CD8: CD4 (إذا كان حرف T.ح) أو CD8 (إذا كان حرف T.ج)

    ب. يجب أن يكون لدى الشريك حاتمة مرفقة بـ MHC (MHC = تفاصيل بروتين سطح الخلية أدناه).

    (1). يرتبط TCR بالحلقة

    (2). يرتبط CD4 أو CD8 بـ MHC

    ج. البروتينات الأخرى متورطة أيضًا نحن نتجاهلهم. استشر النصوص المتقدمة إذا كنت مهتمًا.

    1. التوسع النسيلي: تنقسم الخلايا البائية أو التائية المنشطة وتتخصص ، وتشكل استنساخًا موسعًا يحتوي على كل من خلايا الذاكرة وخلايا المستجيب. انظر التين Sadava. 18.6 وأمبير 18.15 (18.7 وأمبير 18.17).

    2. ماذا تفعل خلايا المستجيب؟

    أ. خلايا المستجيب ب يفرز الجسم المضاد

    ب. المستجيب تج الخلايا قتل الأهداف

    ج. المستجيب تح الخلايا توفير إشارات الجوكستاكرين والباراكرين التي تعزز عمل الخلايا المناعية الأخرى.

    C. المزيد عن MHC - كيف يميز T's المساعد و T السام للخلايا أهداف كل منهما. (للحصول على صور لجزيئات معقد التوافق النسيجي الكبير ، انظر الصورة من ألبرت نوعين من معقد التوافق النسيجي الكبير)

    1. ما هذا؟ MHC = بروتين سطح متغير للغاية. (MHC هو اختصار لـ مأجور حالتوافق جomplex.)

    أ. الأنواع: هناك نوعان رئيسيان وإصدارات عديدة لكل نوع.

    ب. الجينات: لكل فرد عدة جينات مختلفة لكل نوع من النوعين الرئيسيين من معقد التوافق النسيجي الكبير. يحتوي كل من هذه الجينات على 20-40 أو أكثر من المتغيرات (الأليلات).

    ج. الاختلاف من شخص لآخر: نظرًا لوجود العديد من الجينات لكل شخص والعديد من الأليلات المختلفة لكل جين في المجتمع ، فهناك الكثير من الاختلافات في بروتينات MHC الفعلية (والحمض النووي) من شخص لآخر.

    د. لا يوجد اختلاف من خلية إلى خلية: هذه الجينات ، على عكس جينات الأجسام المضادة و TCR ، لا تعيد ترتيبها أثناء التطور. تمتلك جميع الخلايا نفس الحمض النووي معقد التوافق النسيجي الكبير. لذلك هناك اختلاف من شخص لآخر ، ولكن جميع الخلايا في شخص واحد لها نفس جينات معقد التوافق النسيجي الكبير وتنتج نفس بروتينات معقد التوافق النسيجي الكبير (أنواع متعددة تصنع في كل خلية).

    2. نوعان أساسيان من MHC

    أ. MHC I. تحتوي جميع الخلايا المنواة على MHC I على سطحها.

    ب. MHC الثاني. تحتوي خلايا الجهاز المناعي (الخلايا البالعة وخلايا الأمبير B) على MHC II على سطحها. (لا تحتوي جميع الخلايا التائية على MHC II في جميع الأوقات ، وسنفترض أن الخلايا التائية لا تحتوي على MHC II.)

    3. كيف يشارك معقد التوافق النسيجي الكبير في تنشيط الخلايا التائية والأمبيرية البائية؟ انظر شكل Sadava. 18.15 (18.17).

    أ. ماذا تفعل MHC؟ تشكل معقد التوافق النسيجي الكبير وقطع صغيرة من المستضد (حواتم أو محددات مستضد) معقدًا. يوجد المركب على سطح الخلية ، لذلك يتم "عرض" الحواتم على سطح الخلية ، ملتصقة بجزيئات معقد التوافق النسيجي الكبير.

    ب. كيف ترتبط الخلية التائية بـ euk. زنزانة؟

    (1). يجب أن تحتوي خلية Euk على MHC + Antigen (حاتمة) على سطحها

    (2). يرتبط TCR بالجزء المتغير من مجمع MHC-Ag = يرتبط بالحلقة نفسها

    (3). يرتبط CD4 أو CD8 بجزء من MHC المقابل (II أو I على التوالي).

    ج. نوعان من ارتباط T بمختلف MHC (w / Ag) - هذه هي الطريقة التي تفصل بها الخلايا التائية الخلايا المناعية (التي استولت على Ag) والخلايا (العادية) المصابة.

    (1). ترتبط الخلايا السامة للخلايا (CD8 +) بالخلايا المستهدفة مع Ag + MHC I على السطح.

    (أ). تيج يُقال أنها & quotMHC I مقيدة & quot - يجب أن يحتوي هدف الملاحظة على MHC I و اي جي.

    (ب). عادةً ما تكون الخلايا المستهدفة للسموم الخلوية T هي خلايا عادية تصنع بروتينات غير طبيعية - الخلايا المصابة ، على سبيل المثال.

    (ج). الارتباط بالخلية المستهدفة (غير الطبيعية) & # 8594 تفعيل Tج وقتل الخلية المستهدفة.

    (2). يرتبط المساعد T (CD4 +) بالخلايا المستهدفة مع Ag + MHC II على السطح.

    (أ). تيح يُقال أنها & quotMHC II مقيدة & quot - يجب أن يحتوي هدف الملاحظة على MHC II و اي جي.

    (ب). عادة ما تكون الخلايا المستهدفة للمساعد T هي خلايا الجهاز المناعي ، وخاصة الخلايا البائية والخلايا البلعمية التي تحتوي على مستضدات غريبة داخلية. وتسمى هذه "خلايا تقديم المستضد" أو خلايا APC.

    (ج). الارتباط بالخلية المستهدفة (APC) & # 8594 تنشيط Tح وتفعيل الخلية المستهدفة (إذا كانت خلية B).

    د. تنشيط الخلايا البائية - عادة ما يتطلب Tح، ولكن يمكن أن تكون خطوة أو خطوتين (انظر شكل Sadava 18.15 (18.17))

    (1). خطوة واحدة: B و T.ح ربط وتنشيط بعضنا البعض. B بمثابة APC لتنشيط T.ح تيح بدوره ينشط B.

    (2). خطوتان:

    (أ). ترتبط APC البلعمية (وليست خلية B) بـ T وتنشطهاح (انظر شكل Sadava 18.13 (18.15)).

    (ب). المنشط Tح ينفصل عن ربط APC بخلية B وينشطها.

    4. كيف تحصل الحاتمة على MHC؟ كيف يتم "عرض" أو "عرض" المستضدات على سطح الخلية؟

    أ. كيف يتم ربط القطع بـ MHC - يعتمد على نوع الخلية ومن أين يأتي البروتين.

    (1). الخلايا المصابة - بروتينات مصنوعة داخل يتم هضم الخلية في شظايا بروتينات بروتينية (حواتم) تدخل إلى ER باستخدام ناقل خاص ، وترتبط بـ MHC I.

    (2). خلايا جهاز المناعة - بروتينات مصنوعة في الخارج تبتلع الخلية (بواسطة الخلايا البلعمية) أو ملتحمة (بعد الارتباط بالجسم المضاد الموجود على سطح الخلايا البائية). تربط شظايا البروتين معقد التوافق النسيجي الكبير الثاني في الإندوسومات.

    ب. كيف تصل حاتمة MHC + إلى سطح الخلية - معقد التوافق النسيجي الكبير عبارة عن بروتينات عبر الغشاء في الأغشية تحت الخلوية (في نظام الغشاء الداخلي) تصل حاتمة ربط معقد التوافق النسيجي الكبير والمركب إلى سطح الخلية عن طريق طرد الخلايا.

    ج. يتم عرض العديد من الحلقات في كل خلية - كل APC (خلية تقديم مستضد) `` تقدم '' العديد من القطع المختلفة من أي مستضد (مستضدات) ابتلعته ، أو مبطنة بالخلية أو صنعتها.

    جرب المشكلات 13-5 وأمبير 13-9. لمراجعة المعلومات حتى الآن ، جرب 13-6 ، 13-11 (تخطي C) وأمبير 13-12.

    ثالثا. كيف يتم تنشيط الخلايا التائية؟ جدول التلخيص. انظر أيضا Sadava، fig. 18.14 (18.16).

    ملحوظات:
    (1). يتطلب تنشيط الخلايا الليمفاوية أيضًا السيتوكينات المناسبة. تيح تحتاج الخلايا إلى IL-1 من APC's Tج تحتاج الخلايا إلى IL-2 من T.ح والخلايا البائية تحتاج إلى فئة مختلفة من IL من Ab التي تصنعها الخلية B وتعتمد على نوع IL الذي تحصل عليه.

    (2) في a T.ح - خلية B ، يمكن لكل منها تنشيط الأخرى. بدلاً من ذلك ، يمكن تنشيط المساعد T أولاً ، ثم تنشيط خلية B.


    رابعا. Ab Structure - انظر النشرة 25B ، صورة الغلوبولين المناعي (من Alberts) ، أو شكل Sadava. 18.9 (18.10). ما هو التركيب الجزيئي لجزيئات الجسم المضاد؟

    A. V مقابل C - أنواع الغلوبولين المناعي (Ig).

    1. هناك 5 فئات رئيسية من الجسم المضاد - IgM و IgD و IgG و IgE و IgA. انظر الجدول الموجود في النشرة 25B & amp ؛ جدول Sadava 18.3.

    2. الخامس و أمبير ج: يتكون كل Ab أو Ig من قسم V (& quotvariable & quot المنطقة أو Vee) & amp قسم C (& quotstant & quot المنطقة أو Cee).

    3. المنطقة المتغيرة

    أ. V خاص بـ Ag (أو epitope). يحدد ما سيتم ربطه بـ Ag = الملتقطون.

    ب. V متغير بسبب الاختلافات في التسلسل ، وليس فقط الاختلافات في الطي حول Ag.

    ج. يحتوي كل Ab أو Immunogloblin (Ig) على (على الأقل) 2 ملتقط.

    د. كل الألقاب في أب واحد متماثلون.

    ه. جميع الأجسام المضادة التي تصنعها خلية واحدة منتجة لـ AB لها نفس V. جميع الأجسام المضادة التي تصنعها سلالات تلك الخلية لها جزيئات V متشابهة جدًا. (ترجع الاختلافات الطفيفة إلى الطفرة الجسدية ، انظر النصوص المتقدمة إذا كنت مهتمًا. سنتجاهل الطفرة الجسدية لبقية هذه المناقشة ، ونفترض أن جميع الأجسام المضادة التي تنتجها سلالات خلية واحدة لها نفس المنطقة المتغيرة.)

    أ. يحدد C التأثيرات البيولوجية - توطين Ab ، وماذا سيحدث نتيجة ارتباط Ag. (ما إذا كان سيتم تنشيط المكمل ، وما إذا كان سيتم العثور على Ab بشكل أساسي في الدم أو الإفرازات ، وما إلى ذلك)

    ب. 5 أنواع رئيسية من مناطق C ، وبالتالي 5 فئات رئيسية من الأجسام المضادة. (للتعرف على خصائص الفئات المختلفة ، انظر النشرة 25 ب أو جدول سادافا 18.3)

    ج. نفس الـ V يمكن أن يتماشى مع الـ C المختلفة. (يسمى & quotClass Switching & quot)

    (1). جميع الأجسام المضادة واحد لا تحتوي الخلية المنتجة للـ Ab بالضرورة على نفس C.

    (2). الأجسام المضادة التي أدلى بها أحفادلخلية واحدة قد يكون لها C مختلفة. يمكن أن تذهب نفس المنطقة المتغيرة مع مناطق ثابتة مختلفة مع توسع استنساخ الخلية B. كيف يكون هذا ممكنا؟ بحاجة إلى إلقاء نظرة فاحصة على هيكل Ig

    B. H مقابل L. انظر النشرة 25B أو شكل Sadava. 18.9 (18.10)

    1. كل Ig له نوعان من السلاسل ، L (& quotlight & quot) و H (& quotheavy & quot). يشير الضوء والثقيل إلى الفروق النسبية في المول. بالوزن.

    2. الوحدة الأساسية 2 من كل لما مجموعه 4 سلاسل. (لمعرفة عدد الوحدات الأساسية ذات الأربع سلاسل لكل Ig ، انظر الجدول.)

    3. المنطقة المتغيرة (المنتزع) مصنوع من أجزاء من كل منهما.

    4. كل سلسلة لها منطقة ثابتة

    أ. نوعان لـ L (كابا أو لامدا)

    ب. 5 أنواع أساسية لـ H (مو ، دلتا ، جاما ، إبسيلون أو ألفا)

    ج. حج (جزء ثابت من H) يحدد الفئة (IgM ، IgD ، IgG ، IgE ، IgA)

    د. الفئة (يحددها Hج) يحدد الموقع والجوانب الأخرى للوظيفة (انظر & quot؛ خصائص خاصة & quot في الجدول)

    د. يتضمن تبديل الفئة سلاسل H فقط ، وليس سلاسل L.

    5. الأورام النخاعية والأورام الهجينة: تم اكتشاف بنية Ig من خلال دراسة البروتينات التي تصنعها خلايا الورم النقوي (السرطانات المشتقة من الخلايا المنتجة لـ Ab) أو الأورام الهجينة (الهجينة من الخلايا الطبيعية المنتجة لـ Ab والخلايا السرطانية). الطريقة الوحيدة للحصول على أعداد كبيرة من الخلايا كلها تصنع نفس Ab / Ig. انظر النصوص لمعرفة أهمية الأورام الهجينة والأجسام المضادة وحيدة النسيلة. (Sadava 18.11 (18.12))

    جيم- أصناف AB و Class Switch أثناء تطوير الاستجابة المناعية

    1. ترتيب الأحداث (انظر النشرة 25 أ ، أسفل) أثناء الاستجابة المناعية مع نضوج الخلية البائية

    أ. قم أولاً بعمل M ، ثم M + D - كل ذلك على السطح.

    ب. تلبية Ag & # 8594 الاستجابة الأولية: إفراز M.

    ج. قابل Ag للمرة الثانية & # 8594 استجابة ثانوية تفرز عادةً G ولكن يمكن أن تكون E أو A.

    د. كل هذه Ig تتحد مع نفس Ag

    2. الآثار المترتبة على الهيكل والتبديل

    أ. يمكن أن تصنع مناطق متغيرة مختلفة - زليونات منهم ، واحدة لكل فرق. حاتمة. لذا فإن IgG ، على سبيل المثال ، في الشخص عبارة عن خليط - جميع جزيئات IgG لها نفس المناطق الثابتة ولكن لها مناطق متغيرة مختلفة.

    ب. خلال مراحل مختلفة من الاستجابة المناعية ، يمكن أن تجعل Ab مع نفس المنطقة المتغيرة ولكن منطقة ثابتة مختلفة (لـ H). يمكن تبديل الطبقة و / أو تفرز مقابل السطح. كيف يكون هذا ممكنا؟

    3. ما نعرفه بالفعل: كيف التحول من الغشاء المرتبط بالأعمال المفرزة. الجزء المتغير يبقى كما هوج التغيرات من كارهة للماء إلى محبة للماء عن طريق بديل. الربط / بولي إضافة.

    4. What we don't know so far: How do you make so many dif. variable regions AND What changes when you switch classes (from IgM to IgG? M to M + D)? Must be rearrangement of DNA or alternate splicing of RNA. Different solutions at different steps.

    Try Problems 13-1 to 13-3.

    V. Structure of the DNA coding for Antibodies -- Basis of Generation of Diversity (G.O.D) and Class Switching

    A. Basic idea: genes for H and L are mosaic -- Each "Gene" has several parts. See texts or handout 25B or Sadava 18.16 (18.18.)

    B. How "gene" is divided -- region coding for each chain (H or L) has parts coding for each type of constant region and several parts coding for the variable region .

    C. How DNA is used to make different antibodies (With different V's) -- DNA is rearranged -- See Handout 25C.

    1. Pre Ag

    أ. Rearrange V/D/J region of DNA to make one coding region for variable part of H chain per naive/virgin B.

    ب. A similar process of DNA rearrangement occurs in DNA coding for variable part of L chain.

    ج. Net: Only one H chain allele and one L chain allele are rearranged and used. Therefore each cell makes only one type of variable region.

    2. Post Ag -- Somatic Mutation → minor changes in region of DNA coding for V regions of H & L chains. (No change in DNA coding for C regions ). In the secondary response, there is a second round of clonal selection for B cell variants making 'better Ab' -- Ab that binds Ag better (higher affinity Ab). This is why Ab made in secondary response is better at binding Ag than primary Ab.

    3. تذكير: Switching at DNA level is unique to immune system.

    Note: We are going to ignore the effects of somatic mutation, but it is included here for reference.

    D. Summary of G.O.D (generator of diversity) -- how get so many V's?

    1. H & L mix and match -- any H chain can go with any L chain

    2. Mosaic V genes -- V parts (V, D, J) of DNA coding for each chain mix and match

    3. Joins are inexact -- bases can be added when you rearrange the DNA -- when join V to D etc.

    4. Somatic mutation -- post Ag

    E. TCR genes are similar, except no somatic mutation. Genes are mosaic, and are rearranged. The proteins that are made have more than one chain each TCR has constant and variable regions. See TCR picture from Alberts.

    F. Class Switching -- How DNA is used to make different versions of the same antibody (with different C regions) See Handout 25C.

    1. Definition of Class switching -- cell makes antibody with نفس variable region and مختلف constant region.

    2. Mechanism -- Switching occurs at DNA and RNA levels.

    3. Pre Ag -- M vs D

    Alternate splicing allows cell to produce M and D antibodies with same V/D/J (but different constant region of H chain). For details see Sadava fig. 18.17 (18.19).

    3. Post Ag -- Alt splice of RNA and/or further rearrangement of DNA → new mRNA → new version of antibody with same variable region. Can have either of the following:

    أ. Rearrangement (usually deletion) of DNA → gene for H chain with original variable region and a new "constant" region. Make new class of antibody. (See Sadava fig. 18.18 (18.20))

    ب. Alternative splicing → mRNA for secreted version of cell surface antibody -- Same H chain except it's missing part that anchors the protein in the plasma membrane. Go from making "BCR" to making secreted antibody.

    Try recitation problem 14-3 & problem 13-13.

    السادس. Evolutionary Aspects (FYI)

    A. Clonal vs. Natural Selection . Note how clonal selection and natural selection compare. In both cases, need to have many variants (diff. antibodies or dif. organisms) to be able to respond to unpredictable environmental challenges. How is this done? In both cases, make many variants and conditions select (promote propagation of) cells making the few suitable Ab (or carrying out a rare, useful function) the rest are wasted. Random generation of variants seems wasteful, but is the biological solution to preparing for change without conscious planning ahead.

    B. The Major Proteins of the Immune System are Related

    1. The immune system uses 3 types of proteins that have a common evolutionary origin. These are antibodies, TCR and MHC. For additional pictures see Sadava fig. 18.9 (18.10) for antibodies & Sadava fig. 18.12 (18.13) for TCR. Here are links to parallel pictures (from Alberts) of the two types of MHC, a TCR, and an immunoglobulin (showing the domains).

    2. All 3 types of proteins have a "constant" part and a "variable part."

    أ. Constant part determines where protein is (cell surface? What kind of cell? etc.) and its general function.

    ب. All 3 proteins bind epitopes -- Variable part determines what antigen/epitope will bind to the protein.

    3. All 3 proteins include one or more copies of the immunoglobulin domain -- a section of the protein that is similar in structure and function. this is a common theme -- the same domains are found over and over in different proteins. (Examples are SH2 domains DNA binding domains, etc.)

    4. Variable part of antibodies and TCR's are generated by rearranging the DNA the variable part of MHC's is encoded in the germ line -- the DNA inherited in the zygote is the DNA used to code for the MHC's. The DNA from MHC is NOT rearranged. However the genes for MHC's are polymorphic (have many different common alleles).


    سابعا. Summary of Major Players in the Immune System:

    الخلايا B cells, Tج الخلايا ، T.ح cells, phagocytic cells, APC's
    Secreted Proteins Antibodies (Ab or immunoglobulins 5 classes), Perforin*, Cytokines*
    Cell Surface Proteins MHC, BCR, TCR, CD4, CD8

    The chart above summarizes the major players in immunology. You should be able to describe what each item is, its significance, and how it is related to all the others. "Secreted proteins" refers to those made by B and T cells. Proteins involved in the immune response (such as complement*) that are not made by lymphocytes are not listed. See ans. to problem 13-6, table above, and the table in lecture 24 (IV-C).

    *Terms with a star have not been discussed in detail, but you should be aware of their general roles.


    What is a secondary antibody?

    A secondary antibody is an antibody designed to target a primary antibody. Secondary antibodies are often used in combination with primary antibodies to detect target proteins in various immunoassays, like western blots, ELISA, and immunofluorescence. Many secondary antibodies are conjugated to other molecules, like Alexa Fluor dyes or horseradish peroxidase (HRP), which enable detection of the secondary antibody.

    It is possible to use conjugated primary antibodies, but secondary antibodies provide many advantages. Using a secondary antibody makes it easy to choose a different conjugate no matter the primary antibody. For example, the same primary can be used with a secondary antibody conjugated to HRP in a western blot and with a different secondary antibody conjugated to Alexa Fluor 488 dye in immunofluorescence.

    Also, secondary antibodies enhance detection by localizing more conjugate at the antigen than is possible with a labeled primary antibody. By using secondary antibodies, one avoids needing to chemically label (conjugate) primary antibodies, which are more specialized and costly to obtain. Conjugation (which is amino acid-specific) can interfere with the primary antibody’s recognition of the antigen.


    What are Antigens?

    ان مولد المضاد is a foreign or &ldquonon-self&rdquo macromolecule (typically a protein) that reacts with cells of the immune system. However, not all antigens will provoke a response . For example, each of us produce a large number of self-antigens. Each of us has a unique set of self-antigens that do not trigger an immune response within ourselves. The absence of this immune response very important and highly regulated, it prevents scenarios where the immune cells begin to attack host cells. In the presence of foreign atnigens, proteins called الأجسام المضادة attach to the antigens on the plasma membrane of the cell containing the antigen.

    Antigens and ABO Blood Types

    Like other cells, our red blood cells may or may not have self-antigens present on their cell membrane. The ABO blood typing is a naming scheme that states the presence or absence of just two antigens: antigen A and antigen B. The antigens that are present on the surface of our red blood cells determine our blood type. If we looking at the table below, we&rsquoll see that:

        • &rarr Blood type A has A-antigens
        • &rarr Blood type B has B-antigens
        • &rarr Blood type AB has both A-antigens and B antigens
        • &rarr Blood type O has neither antigen.


        آلية العمل

        Antibodies and antibiotics also differ in their mechanism of action: the way they kill pathogens and fight off infection. Antibodies produced in B cells bind to specific factors, called antigens, found on the pathogen. Once an antibody binds an antigen, the antibody triggers an activation of the immune system. The antibody signals for immune system cells to engulf and digest the infectious invader, helping to neutralize the infection.

        Antibiotics, on the other hand, typically work by inhibiting essential cellular functions the infectious bacteria requires to live and divide. Penicillin, the first discovered antibiotic, works by preventing synthesis of the cell wall, an essential step in bacterial cell division, according to Elmhurst College 2. Without proper cell wall formation, water can rush into the bacteria and cause the cell to burst, thereby treating the infection.


        Immune training underway

        To see if the usual plasmablast wave was followed by a germinal center response, the team extracted cells from participants’ armpit lymph nodes at multiple timepoints and used flow cytometry to quantify the proportion of germinal center–resident B cells there, which carry specific cell markers. Fluorescently labeled probes were used to isolate cells that target SARS-CoV-2’s spike protein, which is produced by the mRNA vaccine.

        Sure enough, the researchers observed spike-binding germinal center B cells in all participants three weeks after the first jab. The proportion of these cells increased after the second shot and stayed at high levels in most participants for at least seven weeks—a good sign that memory B cells and plasma cells are being generated. The longer germinal center reactions go on, the more rigorous training antibody-producing cells are getting. “You get higher affinity B cells, but you get also more B cells differentiating into the memory B cells and [a] long-lived plasma cell pool,” he says. “This is what the vaccine is meant to do.”

        The fact that the mRNA vaccine elicits a strong germinal center response “is not a huge surprise,” Ellebedy says a good plasmablast response is usually a good indication that the germinal center reactions will follow. What was surprising is that the response appeared to be stronger than they’d previously observed in the influenza study, when only three of eight participants’ lymph nodes harbored hemagglutinin-binding germinal center B cells. And in those three, “the magnitude of the response was modest,” Ellebedy recalls.

        With the mRNA vaccine, “in every node we looked at, we found very nice, beautiful germinal center responses specific to the spike,” Ellebedy says. He suspects that the difference may have to do with the fact that the seasonal influenza vaccine they investigated doesn’t contain efficacy-boosting compounds known as adjuvants. Instead, the vaccine essentially only consists of a piece of protein, selected for inducing a strong immune response, and relies heavily on the fact that many people already have pre-existing immunity to influenza in order to produce protection. The SARS-CoV-2 mRNA vaccine, in contrast, contains adjuvants, and mRNA itself can elicit immune reactions and is potentially translated into larger quantities of protein than those contained in the flu vaccine, Ellebedy hypothesizes.

        The results are in line with recently published mouse data that suggest a stronger germinal center response after a single shot of a SARS-CoV-2 mRNA vaccine than to a recombinant protein vaccine with an adjuvant. Although the germinal center responses to non-mRNA vaccines haven’t yet been tested in people, Ellebedy’s data underscore the potency of mRNA vaccines, he says.


        Decoding the Immune System

        A remarkable range of insights and new drugs might result from new T cell technologies, including medicines to fight cancer and immune diseases.

        T cells spend their lives talking the language of disease, and we should listen to what they have to say.

        Almost every cell in the body chews up a small fraction of its proteins and presents them as antigens on its surface to enable immune system monitoring. T cells surveil these antigens and represent the critical first arm of the adaptive immune system. This component of the overall immune system kills diseased cells, coordinates antibody production by B cells, and provides the essential memory of past disease. For every antigen that a T cell probes with its highly variable T cell receptor (TCR), the cell must integrate the resulting signaling with a variety of its past and current experiences. These include the core functional training the T cell received in the thymus, memories of previous antigen exposure, all previous and concurrent immune interactions, and the microenvironment and functional state of the target cell it is probing. In choosing among many potential paths, each T cell, and the T cell compartment as a whole, must find a balance between killing cancer and aberrantly attacking healthy tissue, thereby causing autoimmune disease. T cells must walk that fine line every day, and in doing so they collectively demonstrate a fundamental and severely underappreciated ability to continuously monitor every cell in our body.

        The enormous potential and limitations of current T cell therapeutics are best exemplified by two of today’s most vaunted avenues of therapeutic research: checkpoint inhibitors that disinhibit T cells to enable antigen-specific tumor killing, and CAR T cell therapies that redirect a patient’s own T cells to known antigen targets on cancer cells. Both therapeutics leverage T cell potency to kill cancer cells, but they do it with almost no knowledge of the native antigen specificity of the cells, often resulting in toxicity—particularly with checkpoint inhibitors, when the activated T cells turn against healthy tissue to cause autoimmunity.

        What we can learn from B cell development

        The current state of T cell antigen discovery can be understood by considering its sibling B cells. With B cells, revolutions in antibody screening and protein engineering have allowed antibodies and their derivatives to transform medicine and dominate the biologics market. As with T cell therapeutics today, the first B cell therapeutics were poorly defined mixtures of B cell–produced antibodies targeted to specific antigens. The result was antiserum therapeutics that were initially used as antibacterials (and predated antibiotics by over 40 years) and are still used to great effect today as antivenoms. The turning point came in the 1970s with technologies that allowed high-throughput antibody interrogation. Hybridoma technology and, later, surface display technologies provided high-throughput screening methods to identify individual B cell antibody clones that bind a specific target antigen. This ability to produce, screen, and optimize antibodies resulted in five of the top six biologics on the market today, whose mechanisms include the core targeting moieties of both the checkpoint inhibitors and CAR T therapeutics.

        T cells should be our teachers

        T cells should follow a similar path to antigen discovery and therapeutic value, but there are critical differences in T cell biology that will increase both the difficulty of antigen discovery and the potential value of the antigens and therapeutic modalities that result. T cells function through direct cell-cell interactions in which they use their highly diverse T cell receptors (TCRs) to inspect antigens loaded on a target cell’s surface. Upon interaction with their target antigen, activated T cells often stay at the target site, rapidly expand, and kill the target cell. This makes T cells a potent weapon against infections and diseases such as cancer. But it also makes them ideal immune teachers, because their presence can be used not only to isolate the TCRs that bind to diseased cells but also to identify antigens that protect against infectious disease, cancer, and autoimmune disease. Perhaps most important, these antigens are derived from proteins in all cellular compartments, including the cytoplasm and organelles, providing a much larger range of disease-specific targets than are possible for B cell antibodies, which target only surface and secreted molecules.

        What we need is a method to decipher the functional state of T cells, the TCRs they carry, and the immunogenic antigens that they see.

        3D rendered illustration of white blood cells attacking a cancer cell. Photo via AdobeStock

        T cells see color, not black and white

        Many of the antigens that T cells see in these diseases are not the ones that immunologists typically look for. Antigens generated by pathogens and cancer mutations have never been produced by the body or encountered by the body’s T cell repertoire, so they are typically described as foreign, or non-self. Cells that display these non-self antigens are recognized by T cells and killed. Then again, a core tenet of T cell biology is that all T cells that react to self are killed or converted to regulatory T cells self-reactive cells that escape this clearance and central and peripheral tolerance cause autoimmunity. And yet time and again self-reactive T cells are found in tumors. Early examples were identified from testes and other immune-privileged sites where cells and their presented antigens are shielded from T cell surveillance. Proteins from immune-privileged sites that are aberrantly expressed in cancer cells can be immunogenic, and these cancer testes antigens, such as NY-ESO-1 and MAGE-A1, are the foundation of many of today’s targeted T cell therapy trials.

        Yet this vision of immune-privileged proteins as sources of cancer antigens may vastly underestimate the ability of T cells to recognize disease. The entire human genome can theoretically produce immunogenic antigens if the antigens are transcribed, translated, and presented on the surface of the cell for T cell recognition. Around 1.5 percent of the genome codes for conventional proteins that may be subject to T cell deletion and tolerance. But some fraction of those genes, such as many endogenous retrovirus genes, are transcriptionally repressed, and they are never expressed in normal tissue or thymus, leading to immune recognition when they are activated in disease. No doubt a large fraction of the remaining 98.5 percent of the genome is non-coding and does not produce protein. But a significant portion does in fact encode short or frameshift proteins that can be highly immunogenic when aberrantly expressed in cancer.

        Recent examples of these germline cancer antigens are almost certainly the first of many potential therapeutic targets that could be far more broadly useful and cost effective than current personalized neoantigen mutations that are rarely shared between patients.

        Clearance of cancer and infection may be the least interesting thing T cells do

        Even this broadened view of T cell surveillance dramatically underestimates their role in the body. The body selects a significant subset of T cells, known as regulatory T cells (Tregs), to specifically recognize self and actively protect cells and tissues expressing these antigens from immune attack. Thus, Tregs sit at the interface of self and non-self to convert the conventionally stark black-and-white image of self and non-self into a spectrum of grays. They are most often studied in the context of barrier homeostasis in the intestine and lung, but their emerging role in adipose and cardiovascular tissue strongly suggests that they play essential homeostatic roles in all tissue. Importantly, the antigens that these cells see in tissue are almost entirely unknown.

        The size of the puzzle

        Why don’t we already know what T cells see? T cells can produce at least 10^13 different TCRs. They can recognize a theoretical diversity of over 10^11 antigens loaded on surface receptors known as major histocompatibility complex (MHC) proteins. These proteins are the most polymorphic in the human population, with thousands of variants. The problem becomes one of massive potential diversity on both sides. When targeted to any one person, the practical diversities of the TCRs and antigens are restricted to the person’s defined set of MHCs and the roughly 10-100 million T cell clones that exist in any person at any one time—but the numbers remain nonetheless daunting. Tetramer technology, developed in seminal work over 20 year ago, enabled visualization and isolation of T cells that recognize a single antigen. But inherent limitations in fluorescence and isotope-based isolation have severely restricted the number of antigens that can be effectively screened. Cell-based screening methods enable high-throughput antigen discovery, but they are limited to the interrogation of relatively small numbers of T cell clones. On the other hand, recent advances in single-cell-sequencing technology now allow high-throughput characterization of T cells and the TCRs they encode. Single-cell sequencing has already begun to revolutionize all areas of immunology, but it will be essential to couple high-throughput antigen detection with single-cell sequencing to break the T cell field wide open.

        T cell therapeutics

        A remarkable range of insights and drugs might result from the new T cell technologies. Every nucleated cell in our body presents MHC-bound antigens on its surface, and those antigens provide a distinct signature of the cell’s identity and functional state. Novel cancer-specific antigens will dramatically improve autologous T cell therapy, in which a patient’s own T cells are specifically activated and expanded to increase anti-cancer activity. Furthermore, the TCRs that bind these antigens will provide an entirely new reservoir for recombinant TCRs that can be used to redirect patient cells to cancer, much like CAR T technology today.

        Beyond their immediate utility in cancer treatment, TCRs and their antigen targets will almost certainly be useful in fighting all immune diseases, particularly autoimmunity and transplantation, in which T cell activity must also be redirected to ameliorate disease. Therapeutic modalities that provide antigen-specific immune tolerance are in early development, and they are in desperate need of better antigen targets. But most broadly and perhaps most impactfully, these antigens and TCRs can target any cell in the body, either healthy or diseased, delivering therapeutic cargo wherever it is needed.

        Finally, high-throughput interrogation of antigen–T cell interactions would provide an enormous data set that could be used to predict the antigen specificity of potentially every TCR. This would dramatically improve the accuracy and safety of TCR therapeutics. It would also provide an easy and ubiquitous method to diagnose disease at potentially a very early stage. Periodic blood draws and T cell sequencing would provide the functional state and TCR sequence of circulating T cells. For example, activated T cells with specificity to pancreatic cancer antigens could catch early-stage pancreatic cancer that is treatable but largely asymptomatic. A drop in vaccine-induced memory T cells to measles antigens could be followed by a simple booster vaccine. T cells with reactivity to specific cardiomyocyte antigens could predict underlying heart disease or subclinical atherosclerosis. All of these benefits may be achieved with a blood draw, standard sequencing, and an AI platform trained on a massive antigen-TCR interaction map.

        If we ask the right questions with the right technology, the answers will come quickly. And if we listen to T cells carefully, they will show us where to look and what we will find. At Flagship Pioneering, we have built a foundational platform within Repertoire Immune Medicines to decode T cell–antigen interactions at unprecedented scale, and we have begun to apply it across cancer, infection, and autoimmune disease. Our ears are attuned.