Loại hình và số lượng kháng nguyên tồn tại trong thế giới tự nhiên vô cùng lớn, vì thế số lượng kháng thể cần có để kết hợp với nó cũng rất nhiều. Theo tính toán, hệ thống miễn dịch cần phải có khả năng sinh sản 109 – 1011 loại kháng thể. Đương nhiên, nếu không có cơ chế mã hóa đặc biệt, toàn bộ hệ gen của người và động vật đượ dùng cho các gen kháng thể mã hóa cũng là vô ích. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, sự hợp thành phân tử kháng thể có quy luật di truyền đặc biệt, đó là một chuỗi peptide với nhiều phân tử immunoglobulin được mã hóa gen.
Cấu trúc gen của phân tử kháng thể mã hóa
Phân tử kháng thể được điều khiển bằng gen kháng thể của mã hóa tế bào B, gen kháng thể được cấu thành từ các cụm gen H, ƙ, λ. Mỗi cụm gen được hình thành từ rất nhiều phân đoạn gen ở vùng V mã hóa và một hoặc nhiều phân đoạn gen ở vùng C mã hóa.
Định vị nhiễm sắc thể của gen kháng thể trên người và chuột
| Chuỗi polypeptide mã hóa | Ký hiệu gen (người) | Định vị nhiễm sắc thể gen | |
| Người | Chuột | ||
| Chuỗi nhẹ ƙ | Igƙ | 2p12 | 6 |
| Chuỗi nhẹ λ | Ig λ | 22q11 | 16 |
| Chuỗi nặng | IgH | 14 | 12 |
Ở người: gen chuỗi H gồm có Pilot trình tự (L), gen khu V (VH), gen đa dạng (D), gen kết nối (JH) và gen khu C (CH). Chúng bị ngăn cách mởi DNA phi mã.
Đầu 5’ của mỗi phân đoạn gen VH có hai gen L, chúng lần lượt được mã hóa đưa vào 15-16 axit amin đầu N chuỗi peptide và 4 axitamin đầu C chuỗi peptide. Quần thể gen chuỗi H ở người có hàng trăm phân đoạn gen VH, có tổng cộng 7 phân nhóm, trong đó gen giả không có chức năng chiếm ½- 2/3; có khoảng 50 phân đoạn gen VH chứa khung đọc (ORF) có chức năng tái tổ hợp , sao chép và biểu hiện. Phân đoạn gen D ở người sau khi nối với phân đoạn gen VH sẽ ở vào vị trí đầu 5’ của nhóm gen JH, nó có đặc điểm là trật tự và độ dài liên tục thay đổi. Gen D mã hóa đoạn axit amin 5-9, con người có khoảng 30 đoạn gen D chức năng.
Khi gen Ig tiến hành sắp xếp lại, trước tiên DH và JH sẽ tổ hợp lại, tiếp theo sẽ là VH-DH-JH tái tổ hợp, cùng mã hóa 100-130 axit amin trong khu V. Đầu N của VH mã hóa đoạn gen V có 98-102 axitamin (gồm có CDR1 và CDR2), mã hóa peptide chỗ liên kết VH-DH, đoạn gen D và chỗ liên kết DH-JH tạo thành CDR3 của VH.
Đoạn gen khu C nằm ở đầu 3’ của gen JH, khoảng cách giữa chúng là khoảng hơn 1000 codon, trong đó có nguyên tố điều khiển enhancer. Con người có 11 gen khu C, trong đó có 2 gen là gen giả, 9 gen C chức năng, tính từ đầu 5’ sẽ là μ, δ, γ3, γ1, α1, γ2, γ4, ε và α2. Ngoài gen δ, đầu 5’ của 8 gen còn lại đều có đoạn trật tự đặc biệt phi mã hóa, gọi là khu chuyển đổi (S), là phần nhận biết enzyme tái tổ hợp, có vai trò quan trọng trong việc chuyển lớp Ig. Mỗi gen vùng C do 4-6 exon tạo thành, chúng lần lượt mã hóa chức năng vùng C tương ứng. Chuột có 8 gen vùng C, thứ tự lần lượt là μ, δ, γ3, γ1, γ2b, γ2a, ε và α.
Nhóm gen chuỗi nhẹ K ở người cấu tạo từ 3 đoạn gen, đó là Vk, Jk, và Ck. (Hình 3-3), ít hơn 1 gen khu D so với chuỗi H.
Chuỗi nhẹ λ và chuỗi ƙ ở người giống nhau, đều có 3 mã hóa gen, đó là V λ, J λ và C λ, không có gen khu D (hình 3-4). Chuột chỉ có hai đoạn gen, đó là V λ1, Vλ2. Cấu trúc gen chuỗi nhẹ λ và chuỗi ƙ khác nhau, có nhiều gen C λ, mỗi gen C λ có đoạn gen J riêng, tạo thành cấu trúc J-C, giữa J λ và C λ có trình tự chèn, cấu trúc Jλ-C λ gồm có 7 trật tự chèn, trong đó có 4 chức năng sao chép. Đoạn gen Vλ và đoạn gen Jλ sau khi tái tổ hợp tạo thành gen chuỗi λ chức năng, khu chức năng được mã hóa giống như Vk, có CDR1, CDR2 vaf CDR3.
Từ kết quả sequencing cho thấy, con người có hàng trăm gen Vλ, nhưng chỉ có hơn 30 gen chức năng, chia làm 10 phân nhóm, còn lại đều là gen giả. Chuỗi λ ở ngời đa dang hơn ở chuột, chuỗi λ ở chuột chỉ chiếm 5% chuỗi L, ảnh hưởng không nhiều đến tính đa dạng. Bò có 20 đoạn gen Vλ, nhưng trong đó có 14 gen giả, đoạn gen J nhiều hơn 1, nhưng cũng chỉ có 1 gen biểu hiện. Dê có 90-100 đoạn gen Vλ.
