Rearranjo e expressão dos genes dos receptores

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Rearranjo e expressãoRearranjo e expressão
dos genes dosdos genes dos
receptoresreceptores
Produzido por Deygiane Xavier
Imunologia
01
Desde os primeiros estudos sobre o
sistema imune no século 19 a aparente
diversidade de respostas imunes
intrigava os primeiros pesquisadores.
Paul chegou a propor a teoria das
cadeias laterais como sendo um
arremedo do que viria a ser o
conhecimento atual sobre os
receptores linfocitários.
É importante lembrar que receptores
linfocitários são proteínas e como
proteínas eles têm que ter a sua
informação codificada no DNA. Como
harmonizar a ideia de que você pode
ter diferentes proteínas, ou seja,
diferentes receptores linfocitários e ao
mesmo tempo ter uma diversidade de
DNA de genoma capaz de produzir
esses diferentes tipos de receptores
linfocitários?
É importante lembrar um pouco a
respeito da estrutura das
imunoglobulinas. Na região do
parátopo onde estão os sítios de
ligação com os epitopos há uma
grande variabilidade de sequências de
resíduos de aminoácidos e essa
variabilidade tem que ser gerada como
resultado da variabilidade na sequência
de nucleotídeos no DNA. Então de
qualquer forma teria que se investigar
o mecanismo genético dessa
variabilidade.
Só foi possível entender esse problema
quando as primeiras ferramentas de
biologia molecular foram produzidas no
final da década de 60 e alguns
pesquisadores utilizaram essas
ferramentas para estudar o DNA de
linfócitos. O mais importante deles é um
pesquisador japonês chamado Susumu
Tonegawa que durante o seu pós-
doutorado no instituto básico de
Imunologia na Suíça verificou que havia
uma diferença entre o DNA das células
linfocitárias e o DNA das demais células
somáticas. Sem dúvida nenhuma
Susumu Tonegawa é um dos
imunologistas mais importantes do
século passado e foi ele que descobriu
que o DNA de linfócitos era diferente, o
que foi possível, pois se descobriu que
esse DNA dos linfócitos era mais curto
quando comparado com o DNA de
outras células somáticas, porque
descobriu que havia um processo ao
longo da maturação dos linfócitos nos
órgãos linfoides primários que fazia com
que pedaços do DNA desses linfócitos
fossem perdidos.
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Esses genes se apresentam na forma de
segmentos gênicos que não são
funcionais, são grupos de genes que
para darem origem ao gene do receptor
eles têm que sofrer uma recombinação
entre esses diferentes segmentos
gênicos. Isso vale tanto para o TCR
(cadeia alfa e cadeia beta) quanto para
o BCR, receptor de célula B (cadeia
leve e cadeia pesada) então é
importante que esses segmentos gênicos
que num primeiro momento não são
funcionais possam fazer essa
combinação para se tornarem
funcionais. Outro aspecto importante
da organização dos genes que
codificam os receptores de célula B e
receptores de célula T é o fato de que
eles estão organizados também
diferentes localização no genoma,
então para imunoglobulina existem 2
Loci de genes que codificam cadeia leve
uma é chamado de cadeia lame e a
outra é chamado de cadeia capa e
existem 2 Loci que codificam as cadeias
pesadas, já para TCR existe um loci
para cadeia alfa e um loci para cadeia
beta.
No processo de meiose durante a
formação dos gametas tanto masculinos
quanto femininos nos homens e nos
animais ocorre a troca de pedaços das
cromátides irmãs de cromossomos
homólogos. Esse processo é percebido
através da figura do crossing over e há
troca de pedaços de genes entre
cromossomos homólogos. Então já se
sabia que era possível fazer essa
recombinação no processo reprodutivo,
no entanto, em células somáticas não se
sabia antes do trabalho Susumu
Tonegawa e ele descobriu que numa
célula de linhagem linfocitária B e T os
genes que estavam responsáveis para
codificar os receptores eram capazes de
fazer combinação, eles trocavam
pedaços para fazer um gene funcional.
Mas como que isso era possível?
A explicação para isso começa no
entendimento da organização dos genes
que codificam os receptores linfocitários.
Na célula que ainda não modificou o seu
DNA no processo de recombinação
durante a vida da célula.
ORGANIZAÇÃO GÊNICAORGANIZAÇÃO GÊNICAORGANIZAÇÃO GÊNICA
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Nessa figura há uma representação do
lócus que codifica para a cadeia beta do
TCR humano. Ele tem um comprimento
de 620000 bases e ele está localizado
no cromossomo 7. Na parte superior da
figura existe a representação de
diferentes segmentos gênicos com
diferentes cores então nós temos na cor
laranja segmentos do tipo v esses
segmentos genes não são genes
funcionais, para que eles possam ser
funcionais eles tem que se combinar com
um segmento D e com um segmento J.
Para cada segmento D existe um
conjunto de 6 segmentos J e a
extremidade 3 linhas de cada conjunto
de segmentos J se existem um grupo de
segmentos chamados de C.
Os segmentos V, D e J da cadeia beta
durante o processo de maturação dos
linfócitos T, um segmento daqueles 50
segmentos vai se combinar com um
segmento D e com um segmento J e vai
gerar a informação chamada de
recombinação VDJ. E essa recombinação
VDJ essa região da recombinação vai
poder codificar a região do parátopo, a
região mais variável ali da estrutura da
cadeia beta dos receptores de células T.
Então na verdade é como se fosse uma
análise combinatória que nós vemos lá
na matemática do ensino médio
escolhido uma opção de segmento V
uma de D e outra de J para formar a
informação para o parátopo da cadeia
beta do receptor de linfócito T no caso
aqui da espécie humana.
Existe também no cromossomo de
número 14 a informação para a cadeia
alfa e também para a cadeia delta porque
o TCR também pode codificar, tem TCR
do tipo gama delta então tanto a
informação para a cadeia alfa como a
informação da cadeia delta vão estar no
cromossomo de número 14.
Na extremidade 5’ desse pedaço de DNA
que está no cromossomo 14 tem
informação para o segmento V que
existem um total de aproximadamente
45 segmentos no cromossomo 14 da
espécie humana. Após os segmentos V
existem os segmentos J em
aproximadamente 50.
EventosEventosEventos
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O processo de formação dos linfócitos
envolve num primeiro momento a
formação de um segmento VDJ, então
é escolhida uma opção dos 50 + 1
opção dos 50 segmentos V para a
cadeia beta e uma das opções dos
segmentos D das 12 opções do
segmento J. Então essa combinação vai
gerar um segmento VDJ de um total de
aproximadamente 1000 possibilidades
diferentes um vai ser escolhido a partir
da combinação desses segmentos que
estão codificando para a cadeia beta.
O processo semelhante acontece para a
cadeia alfa, quando ocorre essa união
dos segmentos no processo que nós
chamamos de recombinação aí você
tem sim a formação do gene funcional
que aí vai codificar o receptor
linfocitário se não ocorrer à união
desses segmentos em um segmento VDJ
recombinado não é possível fazer nem
a transcrição para originar RNA e nem
a tradução para gerar a cadeia
polipeptídica, então a expressão do
receptor é extremamente dependente
do processo de recombinação dos
segmentos gênicos também conhecidos
como recombinação VDJ, isso no caso
para a cadeia beta do TCR, mas
também para a cadeia pesada dos
receptores de célula B.
Rearranjo dos GenesRearranjo dos GenesRearranjo dos Genes
Outro aspecto importante é que o
número de segmentos gênicos que vão
ser utilizados no processo de
recombinação é variável entre as
espécies.
O processo de recombinação pode ser
descrito como sendo um processo de
rearranjo dos genes onde há uma
escolha de um segmento gênico V, a
escolha de um segmento gênico D e
uma escolha dos segmentos J. Isso vale
tanto para a cadeia beta do TCR quanto
para a cadeia pesada das
imunoglobulinas, quando você
considera a cadeia alfa só tem segmento
VJ no TCR quando você considera a
cadeia leve também só segmento J,
então esse processo de escolha é
denominado de recombinação.
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O processo de recombinação VDJ
implica obrigatoriamente em
modificação do complemento do DNA
da célula que está se desenvolvendo
para darorigem ao linfócito. Ao
analisarmos o DNA de uma célula que
não sofreu ainda o processo de
recombinação vamos encontrar todos
os segmentos gênicos conforme foram
recebidas as informações genômicas
tanto do pai quanto da mãe. Então
dizemos que nessa condição o DNA do
linfócito está é na sua forma de
linhagem germinativa, ou seja, ele não
sofreu nenhuma recombinação.
À medida que os linfócitos vão se
desenvolvendo, vão maturando,
começa a ocorrer à recombinação
desses genes, como é uma
recombinação de célula somática e não
de célula reprodutiva o nome do
processo também é recombinação
somática e durante o processo de
recombinação onde são cortados e
juntados pedaços de segmentos gênicos,
eventualmente podem ocorrer erros. 
Quando ocorrem erros o mecanismo de
reparo do DNA das células linfocitárias
acaba inserindo os novos nucleotídeos
para permitir que esses genes
recombinados sejam funcionais e aí há
uma adição de nucleotídeos são
denominados de NP e dão origem a
genes funcionais podem ser transcritos
e dá origem a um RNA, além disso, o
próprio RNA dos linfócitos o chamado
transcrito primário pode sofrer
processamentos alternativos. Ele pode
ser processado de mais de uma forma e
gerar informação de 3 formas de
formas distintas.
Conclui-se que graças a essa
organização gênica em segmentos não
funcionais que vão ser utilizados no
processo de recombinação para gerar
genes funcionais para a informação dos
receptores é possível gerar uma
variabilidade da informação genômica
dos receptores.
Cada linfócito fruto de um processo de
recombinação distinto vai ser uma
célula distinta e nós dizemos que são
clones distintos.
Recombinação VDJRecombinação VDJRecombinação VDJ
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SINAIS DE RECONHECIMENTOSINAIS DE RECONHECIMENTOSINAIS DE RECONHECIMENTO
Existem chamadas sequências de DNA
chamadas sequências sinal de
recombinação e elas estão
posicionadas ao lado dos segmentos
gênicos que vão ser recombinados,
então na extremidade 5’ do segmento
V que vai ser recombinado vai ter uma
sequência RSS ou sequência sinal de
recombinação. Na extremidade 3’ do
segmento J e na extremidade 5’ e 3’
do segmento D, então as enzimas que
vão atuar no processo de
recombinação que vão clivar e depois
vão emendar o segmentos gênicos que
não são funcionais para torná-los
funcionais vão reconhecer essa
sequência sinal de recombinação.
Os mecanismos de corte e de emenda
da molécula de DNA no processo de
recombinação podem ser
essencialmente de dois tipos:
Deleção onde se juntam as sequências,
os segmentos gênicos a partir do
posicionamento adequado dos
segmentos RSS. E há um corte que é
perdido, um pedaço de DNA, por isso
que inclusive o DNA recombinado é
mais curto.
Existe outro mecanismo que é o
mecanismo de inversão onde são
colocadas de forma paralela as
sequências RSS para gerar o processo de
recombinação, mas as sequências RSS
geralmente não são perdidas nessa
situação.
Processo de DeleçãoProcesso de DeleçãoProcesso de Deleção
A sequência RSS é colocada uma do lado
da outra e aí as enzimas que fazem a
clivagem do DNA atuam extirpando o
pedaço do DNA que não vai ser utilizado
para fazer o gene do receptor linfocitário
funcional
Processo de InversãoProcesso de InversãoProcesso de Inversão
É feito um loop na molécula de DNA e
são colocadas às sequências RSS de
forma paralela e aí ocorre a clivagem e o
processo de união dos segmentos gênicos
para fazer o processo de recombinação.
MECANISMO DE RECOMBINAÇÃOMECANISMO DE RECOMBINAÇÃOMECANISMO DE RECOMBINAÇÃO
O mecanismo de recombinação que
ocorre na maturação dos linfócitos pode
ser chamado também de uma
recombinação não homóloga porque ele
é feito dentro da estrutura de um
cromossomo, possui uma molécula de
DNA e não é entre cromossomos
homólogos como ocorre nas células
reprodutivas.
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Ele é dependente da ação de enzimas
que são atuantes apenas em linfócitos,
essas são as chamadas enzimas ativas
de recombinação chamadas de RAG e
também tem a participação das
chamadas enzimas de reparo as RAGs
clivam e as enzimas de reparo elas
emendam e eventualmente também
inserem nucleotídeos para corrigir
algum erro que tenha ocorrido
durante o processo de clivagem da
molécula de DNA.
O processo de recombinação gênica
que ocorre na maturação dos
linfócitos ocorre em 4 etapas:
A primeira é a sinapse onde as
sequências RSS são colocadas
próximas a segunda é a clivagem
manda as enzimas atuarem para
quebrar a molécula de DNA.
Em seguida é feita a etapa chamada
abertura do grampo. O grampo é uma
estrutura de proteção para não deixar
a extremidade cortada da molécula de
DNA, ou seja, degradada dentro do
ambiente celular e a última etapa é a
junção onde são emendados os
pedaços da molécula de DNA que
foram previamente cortados.
A sinapse é o momento da
aproximação dos segmentos
codificadores com as suas RSS, ou
seja, a sequência sinal de
recombinação. É nessa etapa que as
moléculas de DNA vão ser dobradas
para aproximar as sequências que vão
indicar o ponto de corte da molécula.
Duas proteínas vão ser extremamente
importantes são enzimas RAG 1 e RAG
2, elas que vão fazer a clivagem, então
une-se os segmentos faz-se o corte e ao
mesmo tempo faz a formação do
grampo que é uma estrutura que
protege as pontas soltas da molécula de
DNA para que elas não sejam
degradadas no interior da célula. E aí
ocorre a ação das recombinase para
tentar fazer a manutenção das
extremidades para que elas não sejam
degradadas no interior das células.
sinapsesinapsesinapse
ClivagemClivagemClivagem
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ABERTURA DO GRAMPOABERTURA DO GRAMPOABERTURA DO GRAMPO
Mais adiante vai ser feita abertura do
grampo por uma proteína chamada
Artemis que tem a sua estrutura
tridimensional e que vai ao mesmo
tempo soltar a estrutura de proteção e
já vai permitir a ação das enzimas de
reparo para fazer a união entre as
pontas soltas da molécula de DNA que
está sendo ligada. Nesse momento
atuam na etapa de junção
principalmente as proteínas Ku70 e
Ku80 e também a enzima DNA PK
que são enzimas de ligação que vão
atuar na ligação das extremidades que
estavam cortadas da molécula de DNA
no processo de recombinação.