2. TỔNG QUAN VỀ SINH HỌC CỦA KHÁNG THỂ
2.2. Sự phát triển của các tế bào bạch huyết B
2.2.2. Các vật liệu di truyền của KT và hoạt động của chúng
2.2.2.2. Cơ chế tổ chức, sắp xếp gen của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ
Làm sao polypeptide chuỗi nhẹ kappa được hình thành? Từ cụm gen kappa với cấu trúc như ở Hình 2.10, khởi đầu là sự sắp xếp lại DNA, theo cơ chế gom một số đoạn exon thành một tổ chức DNA mới (Hình 2.11) trong đó chỉ có một gen ổn định C, hai đoạn gen nối liền J và tiếp theo là hai cặp gen V và L.
Tiếp đó cụm DNA vừa hình thành được phiên mã thành một đoạn RNA ban đầu (pre-mRNA); RNA phiên mã sơ này được hoàn chỉnh lại thành mRNA thông tin để được đưa ra tổ chức lưới nội bào, ở bào tương, cho hoạt động dịch mã thành đoạn polypeptide LVJC. Trong đó, đoạn peptide đầu L gồm axít amin N đầu cùng của trình tự; trình tự của L (leader) chủ yếu gồm những axít amin có tính kỵ nước, dễ cho sự di xuyên màng sau đó đoạn trình tự đầu L này bị tách rời. (Sự biểu hiện của chuỗi nặng sẽ được trình bày tiếp theo sau). Tiếp đó chuỗi nhẹ được liên kết với chuỗi nặng H ở dạng hoàn bị; trong trình tự chuỗi nhẹ Lk (light kappa) chỉ còn: ở phía N đầu cùng là trình tự của đoạn biến động V nối liền tiếp theo với phần polypeptide ổn định C.
Trích từ: http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/gen.2.jpg
Hình 2.11: Tái sắp xếp, phiên mã, chế biến lại RNA, dịch mã của gen kappa Các chuỗi nhẹ lambda cũng được biểu hiện từ cụm các gen lambda qua những bước sắp xếp lại cấu trúc DNA, phiên mã tiền RNA thông tin, hoàn chỉnh thành mRNA thông tin trước dịch mã, và các chuỗi L và H được kết hợp để hình thành phân tử KT để đưa lên liên kết trên màng tế bào.
b. Tổ chức các gen chuỗi nặng H
Đặc tính có ý nghĩa sinh học lớn của các phân tử KT là khả năng đa hình dạng của chúng, đặc tính đó không thấy trên các phân tử sinh học khác, trên nhiều loài vật khác. Qua tiến hóa với thời gian, rất nhiều gen đã được tích tựu để cùng mã hóa, hình thành nên phân tử KT, tạo cho động vật hữu nhũ khả năng thích nghi rất lớn để tồn tại.
Hình 2.12 minh họa tổ chức của một cấu trúc gồm trên 1000 gen. Các exons C mã hóa các đoạn polypeptide lớp ổn định C (m, mu; d, delta; g, gamma, e, epsilon;
a, alpha) và thứ lớp (dưới lớp) (g1,g2,g3, g4; a1, a2) của chuỗi H.
Hình 2.12: Minh họa tổ chức gen của chuỗi nặng
(Gen chuỗi nặng, Vn=1000, Dn=15. Intron tách khỏi exon để quá trình mã hóa cho vùng chuỗi nặng H)
Trích từ: http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/gen.3.jpg
Mỗi gen C gồm nhiều exon, mỗi exon mã hóa cho một đoạn (vùng) ổn định, và các exon khác biểu hiện trình tự các đoạn bản lề Hình 2.6. Để biểu hiện các vùng biến động V có đến khoảng 1000 gen V, mỗi gen gồm một exon L (leader) mã hóa đoạn đầu và một exon để biểu hiện đoạn polypeptide biến động V.
Trong tổ chức các gen H, thêm vào các exon nối liền J đã thấy trên hai cụm gen chuỗi nhẹ, còn có các exon D (diversity, tính nhiều dạng khác nhau, tính đa dạng). Giữa các exon đều có nhiều intron gián cách các exon.
c. Sự sắp xếp các gen chuỗi nặng
Sự sắp xếp bắt đầu từ khi bạch huyết bào gốc được biệt hóa thành tế bào “tiềm năng” trở thành tế bào B, gọi là tế bào tiềm B (Pro-B cell). Nếu sự sắp xếp được tiến triển thành công, tế bào tiềm B lấy dạng một tế bào tiền B (Pre-B cell). Ở giai đoạn này trên màng tế bào xuất hiện protein màng gồm chuỗi m liên kết với một dạng chuỗi nhẹ; tiếp đó chuỗi nhẹ được sắp xếp lại và trên bề mặt tế bào tiền B xuất hiện rõ phân tử IgM, gọi là IgM màng, mIgM (membranous IgM). Ở giai
đoạn này, tế bào được gọi là tế bào B non, chưa trưởng thành (immature B cell).
Tế bào B được coi là trưởng thành khi trên màng có mặt cả hai dạng KT màng mIgM và mIgD, do chỉ dạng tế bào mang đôi KT này mới nhạy cảm với một biểu vị thích hợp, đặc hiệu riêng.
Trích từ: http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/gen.4.jpg
Hình 2.13: Mô hình miêu tả quá trình tái sắp xếp DNA, quá trình phiên mã chuỗi H
Hình 2.13 trình bày khái lược cơ chế sắp xếp lại cấu trúc DNA để mã hóa chuỗi nặng H ở tế bào tiền B đang đi vào cơ chế phát triển thành tế bào B trưởng thành. Sự sắp xếp lại DNA diễn tiến có hai lần: trước tiên một exon D được ghép với một exon J, tiếp theo một exon V được ghép vào đoạn DJ vừa nối kết. Trong sự sắp xếp này, diễn ra hai tái tổ hợp, loại bỏ các intron giữa các exon V, D và J.
Cũng như trong sự sắp xếp để hình thành chuỗi nhẹ, trong sự nối kết tạo nên chuỗi H, tất cả các exons V (~1000) có thể được chọn để tạo nên KT.
Trên Hình 2.13 chỉ có hai exons Cm và Cd. Một điều nên nhận thấy là khi DNA đã được sắp xếp lại, một đoạn nucleotide gọi là enhancer, chấm xanh (E) trước exon Cm, được đưa đến gần hơn với một đoạn nucleotide khác gọi là promoter, chấm đỏ trước các exons L (leader) trên Hình 2.13; hai trình tự enhancer và promoter được biết là có hoạt tính kết hợp với enzyme RNA polymerase để khởi động sự phiên mã.
Như thấy trên Hình 2.13 và Hình 2.14, phiên mã ban đầu cho một tiền RNA trong đó còn hai exon Cm và Cd nối liền, cũng còn các exon J5 và J4 và một số intron. RNA (pre-mRNA) phiên mã ban đầu đó còn được sửa chữa lại thành hai mRNA thông tin tách rời, trong mỗi mRNA mới chỉ còn một exon mã hóa cho một vùng ổn định C cho mỗi phân tử KT. Trong mỗi exon C gồm nhiều exon mã hóa cho từng vùng ổn định trong phân tử đã được Hình 2.12 nêu lên.
Trong giai đoạn di chuyển qua lưới nội bào đoạn peptide dẫn đầu L (leader) trước các chuỗi polypeptide được tách rời, tiếp đó hai chuỗi nặng (Hình 2.14) và hai chuỗi nhẹ, hoặc l, hoặc k (Hình 2.11) được kết hợp thành phân tử KT. Đôi phân tử mIgM và mIgD được cùng xuất diện lên màng tế bào, biểu hiện tính
trưởng thành của tế bào B (mature B cell), sẵn sàng để ra khỏi tủy xương, tuần hoàn trong máu và bạch huyết để đến trú ngụ trong các hạch bạch huyết ngoại vi, phân phối ở nhiều vị trí khắp cơ thể; đây là các tế bào B trưởng thành nhưng chưa bao giờ gặp một KN ngoại, ngoài cơ thể, đó là các tế bào B còn ‘nguyên vẹn’
(naїve), chờ KN đến gặp. Rất nhiều tế bào B trưởng thành mang những cấu trúc cận vị khác nhau, một phổ rộng cấu trúc cận vị sẵn sàng để KN có thể chọn, liên kết với biểu vị thích hợp nhất.