Trong hệ gen mầm của tất cả tế bào đều có gen Ig, hình thành gen của chuỗi polypeptide kháng thể hoàn chỉnh, nằm trên các nhiễm sắc thể khác nhau. Nhưng chỉ có tế bào gốc tủy xương theo hướng tế bào lympho B trưởng thành, mới phát sinh sắp xếp lại gen Immunoglobulin, tổ hợp lại các đoạn gen V, D, J bị phân tách bởi trình tự mã hóa trên các nhiễm sắc thể khác nhau, trở thành gen chức năng, mã hóa các chức năng khác nhau của kháng thể.
Sắp xếp lại gen khu V
Trong quá trình trưởng thành tế bào b, gen khu V của chuỗi H sắp xếp lại trước, sau đó là gen khu V của chuỗi L. Cuối cùng, mỗi một tế bào B chỉ bao gồm 1 trình tự DNA khu V chuỗi H chỉ có chức năng và một trình tự DNA khu V chuỗi L, mỗi tế bào B như vậy sinh ra một kháng thể đặc hiệu. Sự sắp xếp lại gen khu Vn chuỗi H gồm có hai quá trình độc lập , trước tiên là sắp xếp D-J, một đoạn gen D nối với một gen JH, sau đó tiến hành sắp xếp lại V-DJ (Hình 3-4), gen sắp xếp lại mã hóa khu V chuỗi H hoàn chỉnh.
Gen khu V chuỗi L hoàn thành bởi sự sắp xếp lại V-J, bất kỳ một gen Vk hay Vλ khi được kết nối với gen Jk hay Jλ, đều trở thành gen vùng biến chức năng (hình 3-4), mã hóa khu V chuỗi L.
Cơ chế sắp xếp lại gen khu V
Sắp xếp lại gen Ig được hoàn thành dưới tác dụng của enzyme xúc tác. Quá trình này bao gồm: nhân biết tín hiệu tái tổ hợp, cắt và sửa chữa DNA…đầu 3’ của gen V, đầu 5’ của gen J và hai mặt của gen D đều có một trình tự đặc biệt , gồm có 1 heptamers và 1 nine-mer có chứa AT, trình tự của chúng lần lượt là [CACAGTG] và [ACAAAAACC], chúng bị ngăn cách bởi trình tự gián đoạn đoạn 12bp và 23bp. Hai trình tự ngăn cách này lần lượt tương ứng với 1 vòng và 2 vòng xoắn DNA, nên cũng có thể gọi chúng là one-turn và two-turn (hình 3-5-a). Kết cấu này được gọi là trình tự tín hiệu tái tổ hợp (RSS). Dưới tác dụng của enzyme tổ hợp, đoạn gen trình tự RSS bị gián đoạn bởi 12bp chỉ có thể kết hợp với đoạn gen trình tự gián đoạn 23bp, hiện tượng này gọi là quy tắc “12-23”, bảo đảm liên kết chính xác của đoạn DNA.
Hình 34: Hình 3-5: Sự hình thành và định vị trật tự tín hiệu tái tổ hợp: (a): Sự hình thành trật tự tín hiệu tái tổ hợp – kết cấu heptamers –trình tự gián đoạn – nine-mer. (b): Định vị trên DNA mầm Ig của trình tự tín hiệu tái tổ hợp. b- heptamers; c- nine-mer; d- nine-mer; e- heptamers; a-DNA chuỗi λ; b-DNA chuỗi k;c- DNA chuỗi nặng
Ở đầu 3’ đoạn VH chuỗi H và đầu 5’ đoạn JH đều có RSS 23bp, còn đầu 5’ và đầu 3’ đoạn DH có RSS 12bp (Hình 3-5 (b)). Dựa vào quy tắc “12-23”, đoạn VH không thể kết nối được với đoạn JH, vì thế trình tự của nó sẽ là DH-JH, sau đó VH kết nối với DH-JH, cuối cùng tạo thành đoạn liên kết VH-DH-JH. Đối với đoạn VL chuỗi L, đầu 3’ gen Vk có RSS 12bp, còn đầu 5’ gen Jk chứa RSS 23bp, vì thế chỉ có Vk và Jk kết nối được với nhau. Ở chuỗi nhẹ λ lại khác, đầu 3’ gen Vλ chứa RSS 23bp, còn đầu 5’ gen Jλ lại chứa RSS 12bp, kết quả chỉ có gen Vλ mới kết hợp được với gen Jλ (Hình 3-5 (b)).
Cơ chế sắp xếp lại gen khu C – chuyển đổi loại kháng thể và cơ chế của nó
Trong quá trình xảy ra tế bào B, biểu hiện đầu tiên trên màng là IgM, sau đó cùng biểu hiện IgM và IgD. Sauk hi kháng nguyên kích hoạt tế bào B, Ig biển hiện và bài tiết trên màng sẽ chuyển thành IgG, IgA, IgE. Hiện tượng này được gọi là chuyển loại hay chuyển đổi isotype. Hiện tượng này chỉ liên quan đến khu C chuỗi H.
Trong intron của đầu 5’ mã hóa C, ngoài gen Cδ, đều có một đoạn trình tự lặp lại, được gọi là vùng chuyển đổi. gen C khác nhau, trình tự lặp lại vùng chuyển đổi của nó cũng khác nhau, nhưng đều bao gồm trình tự [CAGTG] và [GGGGT]. Khi chuyển đổi loại, ví dụ, khi Cμ chuyển thành Cγ1, Sμ và S γ1 sẽ tái tổ hợp, gen Cμ và Cδ ở giữa sau khi hình thành chất xấu sẽ bị cắt bỏ, khi chuyển đổi từ C γ thành Cε, gen Cγ1 đến Cε hình thành chất xấu sẽ bị cắt bỏ (Hình 3-6). Tế bào B có thể phát sinh nhiều chuyển đổi loại, cho đến khi biểu hiệu thành một lớp Ig khác.
Chuyển đổi Ig trong quá trình phát dục của tế bào B không xảy ra tái tổ hợp mức độ DNA, mà xảy ra ở mức độ sao chép hoặc/và mức độ xử lý sau sao chép. Một hình thức là chỉ sao chép đến exon μ, sinh ra chuỗi kép μ, hình thức khác là điểm sao chép cuối cùng ở exonδ, vật sao chép sinh ra bao gồm μ và δ. Trong quá trình xử lý RNA cắt bỏ phần exon μ, thế nên chỉ biểu hiện chuỗi δ.
Cơ chế hình thành tính đa dạng kháng thể
Trong thế giới tự nhiên, phân tử kháng nguyên thiên biến vạn hóa và sự tồn tại epitope của chúng là nguyên nhân bên ngoài trực tiếp ảnh hưởng đến sự hình thành tính đa dạng kháng thể. Cơ chế nội tại hình thành tính đa dạng kháng thể gồm có những loại sau:
a, Tính đa dạng từ tổ hợp
Tổ hợp tạo ra tính đa dạng kháng thể gồm 2 loại: sự tổ hợp đoạn gen khu V và sự tổ hợp giữa chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. Do trong ngân hàng gen Ig mầm có hàng trăm gen V và rất nhiều gen D, gen J và gen C. Trong quá trình sắp xếp lại gen, giữa các gen này tồn tại khả năng tổ hợp đa dạng. Ví dụ gen khu V chuỗi H ở người, nếu 52 đoạn gen VH có chức năng, 27 đoạn gen DH, 6 đoạn gen JH, thì có thể xếp thành tổ hợp: 51X27X6=8262 loại, cho thấy có 8262 loại gen khu V chuỗi H. Chuỗi nhẹ k ở người có khoảng 40 đoạn gen Vk chức năng, 5 đoạn gen Jk, như vậy có 200 loại gen khu V chuỗi nhẹ k. Đối với chuỗi nhẹ λ, có khoảng 30 đoạn gen Vλ và 4 đoạn gen Jλ, tổ hợp thành 120 loại gen chuỗi nhẹ λ khác nhau. Cộng thêm gen khu V chuỗi L là thành 320 loại. tổ hợp giữa hai chuỗi nhẹ và nặng là 8262X320=2643840, khoảng 2.6X 106 loại gen kháng thể đặc hiệu. Trên thực tế, số lượng gen kháng thể từ tổ hợp nhỏ hơn giá trị tính toán, nguyên nhân không phải do tất cả các đoạn gen đều có xác suất sử dụng giống nhau, cũng không phải tất cả gen VH đều có thể phối nhóm với VL.
b, Tính đa dạng từ kết nối
Trong quá trình sắp xếp lại, trong chuỗi nhẹ và chuỗi nặng của Ig, vị trí kết nối của đoạn gen V, D, J có phạm vi thay đổi nhất định, có xảy ra chèn hoặc mất nucleotides, tạo thành trình tự mới, làm tăng tính đa dạng của sản phẩm mã hóa, còn gọi là tính đa dạng từ kết nối. trong quá trình sắp xếp lại gen, tác dụng của enzym giới hạn và Terminal deoxynucleotidyl transferase (TDT) và sửa chữa DNA sau đó, đều có thể làm thay đổi trật tự và số lượng của codon ở DNA, sinh ra các kháng thể khác nhau.
c, Tính đa dạng từ đột biến cao tần tế bào soma
Đột biến cao tần tế bào soma xảy ra trong gen khu V đã được sắp xếp lại, chứ không xảy ra ở gen mầm. Đột biến cao tần tế bào soma thường xảy ra sau khi kích hoạt kháng nguyên, và chỉ xảy ra ở trung tâm cơ quan lympho thứ cấp, chủ yếu là đột biến điểm. Tần suất đột biến cao tần tế bào soma mỗi codon của mỗi thế hệ là 10-3, cao hơn 100.000 lần so với tần suất đột biến tự phát. Gen khu V chuỗi nhẹ, nặng cộng vào nhau thành 600bp, căn cứ tần suất đột biến trên, tế bào mỗi lần phân tách 2 lần, gây ra 1 đột biến. Sau đột biến, tính trưởng thành của một số phân tử kháng thể cao hơn phân tử kháng thể ban đầu. Vì thế, kháng nguyên kích hoạt rồi xảy ra đột biến cao tần tế bào soma, tính trưởng thành của kháng thể tăng lên, còn gọi là kháng thể trưởng thành.
