Generación de la diversidad: TCR

7.1. RECEPTOR DE LAS CÉLULAS T

7.1.1. GENES DEL TcR.

7.1.2. RECOMBINACIÓN DE LOS GENES DEL TcR.

7.1.3. DIVERSIDAD DE LOS GENES DEL TcR.

7.1.4. REGULACIÓN DE LOS GENES DEL TcR.

7.1.5. PRODUCCIÓN DE DIVERSIDAD DE LOS TcR.

7.1.5.1. Unión aleatoria entre V, (D) y J

7.1.5.2. Unión alternativa de segmentos D

7.1.5.3. Flexibilidad de unión

7.1.5.4. Adición de N-nucleótidos y P-nucleótidos (horquilla P)

7.1.6. LOS GENES DEL COMPLEJO CD3.

7.1. RECEPTOR DE LAS CÉLULAS T

7.1.1. GENES DEL TcR.

Existen cuatro series diferentes de genes (alfa, beta, gamma, delta) que originan la porción de unión al Ag/MHC. Estos genes tienen una organización genética similar y reminiscente de la organización de los genes de la Ig. Todos los genes del TcR tienen segmentos génicos V, D, J y C.

a) Locus alfa y delta. Sus genes se localizan en la misma región del genoma. Tiene segmentos génicos V que pueden ser compartidos por las cadenas alfa y delta. El loci alfa tiene un número muy elevado de segmentos génicos J.

b) Locus beta: incluye dos segmentos constantes con series de genes V, D, J y C.

c) Locus gamma: se localiza en la misma región del loci beta, pero no hay segmento D, y hay menor número de J, V y C.

En los mapas genéticos se puede ver que los segmentos de la familia delta están dentro de la zona alfa (“rompiéndola en dos”), entre V-alfa y J-alfa . Esto implica que una reordenación productiva de cadenas alfa deja fuera toda la región delta ; es decir, que las reordenaciones de cadenas alfa y delta son mutuamente excluyentes en la misma célula.

clip_image002

7.1.2. RECOMBINACIÓN DE LOS GENES DEL TcR.

Su base es similar a la ya tratada en las inmunoglobulinas: cada segmento está limitado por una (en el caso de V y J) o dos (en D) secuencia(s) RSS consistente en una sucesión de heptámero-espaciador-nonámero, idéntico al de los segmentos génicos de Ig, y las reordenaciones se guían por la “regla” que dice que una RSS de una vuelta se empareja con una RSS de dos vueltas.

Las células pre-T del timo expresan los genes RAG1, RAG2, así como la TdT (desoxinucleotidil transferasa terminal), todas ellos implicados en estas reordenaciones. Al igual que en las Ig, existe un orden para las reordenaciones: primero se reorganizan los segmentos de cadenas beta, y posteriormente lo hacen los de las cadenas alfa.

Para que un linfocito exprese el TcR es necesario que un segmento V se una a los segmento D y J (recombinación genética) que van a formar parte del gen funcional. El patrón de recombinación es el mismo que para los genes de las Ig de los LB (las mismas enzimas y las mismas señales de corte-empalme). Los mecanismos de reordenamiento son por delección (elimina DNA) y por inversión (no elimina DNA).

En principio, el fenómeno de reordenamiento es aleatorio, aunque podrían existir un reordenamiento preferente de ciertas parejas de segmentos V y J. Una característica importante del mecanismo de recombinación es su imperfección en la unión de los segmentos que se reordenan (eliminación seguida de adición aleatoria de nucleotidos en la unión). Este mecanismo es importante en la generación de la diversidad.

clip_image004

7.1.3. DIVERSIDAD DE LOS GENES DEL TcR.
Mecanismo alfa beta gamma delta
Segmentos variables (V) 75 25 7 10
Segmentos de diversidad (D) 0 2 0 2
Segmentos D leídos en tres cuadros de lectura Frecuente Frecuente
Región de diversificación N V-J V-D, D-J V-J V-D1, D1-D2, D1-J
Segmento de unión J 50 12 2 2
Combinación de los segmentos variables 1875 1875 70 70
Repertorio potencial con diversidad de unión 1016 1016 1018 1018

La mutación somática está ausente para mantener la tolerancia a los autoantígenos y el reconocimiento del MHC. Sin embargo, hay mayor diversidad en células T que Ig debido al número de segmentos J de la cadena a (61 vs 5-4).

7.1.4. REGULACIÓN DE LOS GENES DEL TcR.

– La existencia de reordenamiento en los genes alfa y delta es mutuamente excluyente. Los genes beta y gamma pueden reordenarse en la misma célula.

– Existe exclusión alélica estricta para las reordenaciones de las cadenas beta. Pero para cadenas alfa parece que no se da una exclusión alélica: de vez en cuando se pueden expresar simultáneamente los dos alelos de alfa en la misma célula T.

– La regulación específica de cada uno de los genes está controlado por enhancers situados en 3′.

– Los reordenamientos de los genes del TcR se producen durante un periodo limitado de la diferenciación de los LT.

– Los primeros reordenamientos que se detectan son los de los genes beta, después gamma y delta, y por último los genes alfa.

– Los genes de las cadenas del TCR tienen una propiedad en su reordenación que no aparece (o aparece raramente) en el caso de los genes de Ig: Si la reordenación de uno de los dos alelos de un tipo de cadena no resulta productiva, se intentan nuevas reordenaciones del mismo alelo.

– No existen mecanismos genéticos de exclusión alélica para los genes alfa. Una misma célula produzca dos tipos de cadenas a, una por cada alelo (cromosoma).

7.1.5. PRODUCCIÓN DE DIVERSIDAD DE LOS TcR.

Ciertas peculiaridades de los genes y de las reordenaciones hacen que la diversidad del receptor de las células T sea aún mayor que en el caso de las Ig.

7.1.5.1. Unión aleatoria entre V, (D) y J

Para el caso del ratón, la diversidad que existe potencialmente solamente por el hecho de que los segmentos V (D) y J se pueden unir aleatoriamente:

– Cadenas alfa: 100 Va x 50 Ja = 5·103 combinaciones

– Cadenas beta: 25 Vb x 2 Db x 12 Jb = 6·102 combinaciones

– Total combinaciones aleatorias de alfa con beta = 3·106 combinaciones.

A esto hay que añadir el efecto de otros mecanismos suministradores de variedad, incluido uno que no existe en el caso de la variedad de inmunoglobulinas.

7.1.5.2. Unión alternativa de segmentos D

Este mecanismo no interviene en las inmunoglobulinas, pero sí en el TCR. Los segmentos D del TCR están limitados por una RSS de una vuelta y otra RSS de dos vueltas (en lugar de dos RSS de dos vueltas como tienen los segmentos D de las inmunoglobulinas). Esto permite que en el caso de las cadenas beta y delta se puedan unir dos o más segmentos D, ocurriendo estas varios tipos de uniones adicionales:

– Unión directa entre V y J (sin intervención de D)

– Unión V+D+J (lo normal en el caso de las Ig)

– Unión V+D+D+J (es decir, dos segmentos D)

– Unión V+D+D+D+J (tres segmentos D) en humanos

7.1.5.3. Flexibilidad de unión

Se produce como lo ya visto para las Ig: al producirse el empalme entre segmentos, se puede dar un “recorte” de algunos nucleótidos en los extremos originales, y posterior empalme aleatorio escogiendo entre varios de los nucleótidos de cada zona terminal. Esto origina, como es lógico, muchas reordenaciones no productivas, pero a cambio aumenta la diversidad por las cadenas productivas nuevas, al producir aminoácidos alternativos en las zonas de empalme V-J, V-D y D-J.

Se ha visto que en el caso del TCR los segmentos D se pueden leer en las tres fases de lectura posibles, lo que supone otro factor potenciador de la diversidad, ya que aumentan las posibilidades de lecturas productivas.

clip_image006

7.1.5.4. Adición de N-nucleótidos y P-nucleótidos (horquilla P)

Este mecanismo se debe a la acción de la desoxinucleotidil-transferasa terminal (TdT). Pero mientras que en el caso de las Ig afectaba sólo a los genes de las cadenas pesadas, en el de las TCR la adición de nucleótidos aleatorios sin molde genético ocurre en los cuatro tipos de cadenas (alfa, beta, gamma, delta).

En cada zona de juntura entre segmentos se puede añadir una media de 6 nucleótidos al azar, lo que produce en cada caso 5.461 permutaciones posibles. Teniendo en cuenta las posibilidades entre segmentos, los cálculos de las nuevas combinaciones posibles de cadenas son:

– V+J:5.461 = 5.5·103

– V+D+J(5.461)2 = 3.3·107

– V+D+D+J(5.461)3 = 1.6·1011

Los números que resultan de combinar las posibilidades de los diferentes mecanismos generadores de diversidad son inimaginables:

– Combinando el efecto de los N-nucleótidos con el de la flexibilidad de unión, resultan 10 billones (1013) de posibilidades

– Combinando todas las posibilidades para alfa beta obtenemos 1015 posibilidades distitintas de receptores TCR2

– Combinando todas las posibilidades para gamma delta resulta la inimaginable cantidad de 1018 combinaciones de TCR1.

Se ha calculado que aún suponiendo que sólo el 1% de estas combinaciones fueran viables, todavía resultarían unos 1022 tipos de receptores TCR. Suponiendo ahora que aún así, el 99% de éstos fueran seleccionados negativamente en el timo, nos quedaría la descomunal cifra de unos 1019. Pero el ratón sólo produce unos 109 linfocitos. Esto plantea una pregunta aún sin respuesta: ¿los linfocitos T reales suponen un subpoblación aleatoria de la gigantesca “población virtual” teóricamente posible, o sus TCR están “seleccionados” de alguna manera?

Lo que no aparece en el caso de las TCR es el mecanismo de mutación somática, pero ello tiene un sentido biológico adaptativo: una vez que un TCR ha sido seleccionado en el timo, al no poder cambiar ya más, se reduce la posibilidad de que en el supuesto cambio surjan células T autorreactivas que pudieran a atacar al propio individuo.

clip_image008

7.1.6. LOS GENES DEL COMPLEJO CD3.

Los genes gamma, delta y épsilon del CD3 son los primeros genes del complejo CD3-TCR que se expresan en la ontogenia de los LT. Estos genes se localizan en el mismo cromosoma (11), lo que implica una regulación conjunta de su expresión. Se originaron por una duplicación.

Los polipéptidos zeta u nu están localizados en el mismo gen, localizado en el cromosoma 1. La expresión de las dos formas de este gen se produce por procesamiento alternativo de los exones 8 y 9, que codifican para los extremos C-terminal de las proteínas.

Artículos relacionados: