16.9: סידור מחדש של DNA
- Page ID
- 208689
אחת ההנחות המרכזיות במהלך המחקר שלנו על התא הייתה שלמרות שה-RNA והחלבונים בכל תא עשויים להיות שונים, כל תא של אורגניזם נתון מלבד הגמטות צריך להיות בעל אותו DNA. זה לא המקרה עם תאי B או תאי T. בתאים אלה, חלק מתהליך ההבשלה הוא יצירת סידור ייחודי של תחומים שונים ליצירת נוגדן ספציפי (או קולטן תאי T). ה- DNA של קו הנבט, או ה- DNA שנמצא בכל התאים הסומטיים האחרים של האורגניזם, מכיל מקטעים רבים ושונים כאלה, אך רק מעטים מחוברים ליצירת הנוגדן/TCR. זהו תהליך סטוכסטי, ועם סידור מחדש מסוג זה המתרחש הן בגנים של שרשרת כבדה והן בשני גנים שונים של שרשרת קלה (המיועדים κ ו-λ), ישנם הרבה יותר מ-10 טריליון (1013) שילובים שונים ליצירת אימונוגלובולינים בבני אדם, ואפילו יותר שילובים לקולטני תאי T! איך זה מושג?

האיור \(\PageIndex{19}\) מציג את סידורי ה- DNA המתרחשים ביצירת גיוון שרשרת κ. לוקוס שרשרת λ יש סידור שונה במקצת, ויש לו רק 30 גנים V, עם 4 מקטעי J ו-4 גנים C. לשרשרת הכבדה יש תחום נוסף: ישנם 40 גנים V, המקושרים לאחד מ-25 מקטעי D, לאחר מכן 6 מקטעי J פוטנציאליים וגן C אחד. סידורים מחדש אלה, למרות שהם נראים בערך כמו שחבור ה- RNA שראינו מוקדם יותר בקורס זה, מתרחשים ברמת ה- DNA. ברגע שזה קרה, התא הזה וצאצאיו כבר לא יכולים ליצור את השילובים האחרים מכיוון שחלקים אלה של הגנום נחתכו והושמדו. זה שונה באופן מובהק משחבור חלופי של RNA, שבו המידע הגנטי עדיין קיים, ובתנאים שונים עדיין יכול ליצור וריאציות אחרות של תוצר הגן.

האנזים המייצר מגוון זה הוא קומפלקס הנקרא רקומבינאז V (D) J. הרקומבינציה מתרחשת בשני חלקים: הפסקות דו-גדיליות ראשונות נעשות באתרי רצף אותות מחדש (RSS), ואז ההפסקות מתוקנות על ידי מנגנון תיקון השבירה הדו-גדילי הכללי. תלוי באיזה קטע J נבחר, ייתכן שיישאר יותר מאחד בגן לאחר הסידור מחדש. עם זאת, נעשה שימוש רק בקטע הקרוב ביותר למקטע V, והאחרים מחולקים מתוך התמליל הראשי (על ידי שחבור RNA רגיל) בתהליך חיבור מקטע C ל-V ו-J עבור ה-mRNA הסופי. למרות שתהליך זה מייצר גיוון רב, קיים מנגנון נוסף שיכול לייצר גיוון נוסף בנסיבות מסוימות.
RAG1 ו-RAG2, גנים המפעילים רקומבינציה ספציפית ללימפוציטים, מזהים את אתרי ה-RSS ועושים את החתכים הדו-גדיליים. לאחר ביצוע החיתוכים, החלק הנכרת מחבר את קצותיו יחד ליצירת מפרק אות מעגלי (SJ) אשר לאחר מכן מושפל. לחלקי הקידוד קצוות חתוכים א-סימטריים המתקפלים לתצורות סיכת ראש ומונעים את היתוך שלהם. סיכות שיער אלו נשברות על ידי ארטמיס, נוקלאז שגויס על ידי חלבון קינאז תלוי DNA (DNA-PK), המאגד גם XRCC4, XLF, DNA ליגאז IV ופולימראז DNA. ה-XRCC וה-XLF מדליקים את קצוות ה-DNA, מגייסים טרנספראז סופני שמוסיף נוקלאוטידים באופן אקראי לקצוות, ואז DNA פולימראז λ או μ ממלא את התלויים, והליגאז משלים את החיבור. מעניין שתהליך זה מוסיף עוד יותר שונות לאימונוגלובולין, מכיוון שארטמיס חותך את סיכת השיער באקראי, והטרנספראז הסופי מוסיף גם נוקלאוטידים באקראי.
היפרמוטציה סומטית גורמת למוטציה של מקטעי V מסודרים מחדש בקצב של פי 105 מהקצב של DNA אחר! מנגנון זה מתבצע על ידי Cytidine Deaminase המושרה על ידי הפעלה (AID), הממיר ציטידינים לאורצילים, ויוצר חוסר התאמה G:U ש"מתוקן" על ידי פולימראזות תיקון ללא תיקון שגיאות חזק. היפרמוטציה זו מתחילה על ידי הפעלה של תא B על ידי זיהוי וקשירה לליגנד. כפי שנראה בפסקאות הבאות, כשזה יקרה, תא B יוזם התפשטות מהירה וזה כאשר ההיפרמוטציה הסומטית נכנסת לתוקף, כך שרבים מתאי B ישאו נוגדנים דומים מאוד אך שונים בעדינות מתא B הראשוני שזיהה והופעל על ידי האנטיגן. הרעיון הוא שחלק מהמוטציות העדינות הללו עשויות להוביל לנוגדנים בעלי זיקה גבוהה יותר לאנטיגן ולכן תגובה מהירה יותר בפעם הבאה שהפתוגן המסוים הזה ינסה להדביק את האורגניזם.
הסיבה לכך שסוג זה של סידור מחדש של DNA נחוץ היא ש"עיצוב "נוגדנים אינו מערכת תגובתית, אלא מערכת יזומה. תפיסה מוטעית נפוצה היא שמערכת החיסון נתקלת בפתוגן ויוצרת נוגדנים שאינם זה. למרבה הצער, אין מנגנון ידוע שבאמצעותו תא יכול "להרגיש" את צורתו של משהו וליצור חלבון התואם אותו. במקום זאת, המערכת החיסונית מייצרת מראש כמה שיותר נוגדנים (ו- TCR) שונים, כך שבתחילה, רוב תאי B ו- T בגוף הם למעשה שונים מבחינה גנטית. אם מתרחשת זיהום, רוב תאי B ו-T יתקלו בפתוגן ויקפצו מיד, לא יזהו אותו, אך לחלקם יהיה שילוב הנוגדנים הנכון להיקשר לחלק מהפולש הפתוגני. למרות שתאי B יכולים לזהות אנטיגנים על פני השטח בעצמם, ברוב המקרים יש צורך בתא T עוזר להפעלת תא B (איור\(\PageIndex{21}\)).

תהליך זה מתחיל על ידי מקרופאג הבולע פתוגן באופן לא ספציפי (1), מפרק אותו ומציג חלקים ממנו על פני התא שלו בשיתוף עם MHC (קומפלקס היסטו-תאימות עיקרי). תא T עוזר עם TCR שיכול לזהות את האנטיגן המוצג על ידי המקרופאג נקשר אליו (2) וזה מוביל להפעלה של תא T. תא ה- T העוזר המופעל נקשר ומפעיל תא B (3) שנקשר גם לאנטיגן המעניין, מה שמוביל לשגשוג מסיבי של תאי B (4), ובכך מספק לגוף עותקים רבים נוספים של תאים שיש להם את נוגדן נכון לאיתור הזיהום ולזיקתו. זה עושה שני דברים: הוא מספק חיזוקים לימפוציטים להתמודדות ספציפית עם פתוגן מסוים (אך לא תאי B אחרים, איור\(\PageIndex{22}\)), וברגע שהפתוגן חוסל, יש מאגר גדול יותר במחזור של תאים אלה להגיב מהר יותר לכל זיהום עוקב על ידי סוג מסוים זה של פתוגן.

לבסוף, חלק מתאי B יתמיינו לתאי פלזמה (איור \(\PageIndex{21}\) -5), המפרישים נוגדנים לזרם הדם כדי לספק תגובה הומורלית. אחרים הופכים לתאי זיכרון, שהם כמו תאי B בכך שהנוגדן נמצא על פני התא שלו ולא מופרש, אך ניתן לחשוב עליהם כ"מופעלים מראש "ויכולים להגיב מהר יותר מתאי B תמימים לזיהום חוזר.
השאלה הגדולה שהייתה צריכה להיות אורבת בחלק האחורי של המוח שלך דרך כל זה היא, איך הנוגדנים והקולטנים של תאי T מספרים מה זר ומה חלק מהגוף שלך? נגיע לזה בקרוב. ראשית, זכור את ההפעלה של תא T עוזר. זה מתרחש כאשר הקולטן לתאי T מזהה אנטיגן מפתוגן שנבלע המוצג על ידי מולקולת MHC Class II על תא המציג אנטיגן (למשל מקרופאג).

איור \(\PageIndex{23}\) מציג את המסלול מבליעה של הפתוגן להצגת החלקים המולקולריים שלו על מולקולת MHC. מסלול דומה חל גם על הצגת אנטיגנים על מולקולות MHC Class I בשילוב עם תאי T ציטוטוקסיים (הורגים). תאי ה-T הציטוטוקסיים פועלים נגד תאים שנפגעו, בין אם הם נגועים בנגיף או בפתוגן אחר (איור\(\PageIndex{24}\)).

ישנם שני מסלולים עיקריים להרוג את התא הנגוע. האחד הוא הפעלה של "קולטן מוות", Fas, אשר גורם למפל העברת אותות להפעלת קספסות ואפופטוזיס. המסלול השני הוא שחרור גרנזימים ופרפורינים. הפרפורינים מקדחים לתוך הממברנה של תא המטרה והופכים לנקבוביות המאפשרות, בין היתר, לגרנזימים להיכנס לתא, שם הם מפעילים קספסות על ידי פרוטאוליזה, ושוב מעוררים אפופטוזיס. חלק חשוב מכך הוא שהקולטן לתאי T מזהה את האנטיגן בשילוב עם מולקולת MHC המציגה אותו. יתר על כן, ישנן וריאציות רבות של מולקולות MHC מכיוון שיש 6 לוקוסים שלכל אחד מהם אללים ידועים רבים.
אז מה כל זה קשור להכרה עצמית לעומת אי-הכרה עצמית? בתחילת התפתחות המערכת החיסונית, ה-MHC אינו מציג פיסות של פתוגנים מעוכלים, הוא מציג חלקים מתאי האורגניזם עצמו שעברו פרוטאזום או ליזוזום. בשלב מוקדם זה, תאי T מתנהגים בצורה שונה במקצת, ואם הקולטן לתאי T נקשר חזק, תא T מבצע אפופטוזיס. זה נפטר מגנים של TCR המגיבים בחוזקה לתאים של האורגניזם עצמו. אם תאי ה-T אינם מגיבים כלל, אפופטוזיס מופעל גם הוא, מכיוון שגני ה-TCR שאינם יכולים לזהות את ה-MHC לא יהיו שימושיים בתגובה חיסונית. רק אותם תאי T שנקשרים בצורה חלשה מאוד ל-MHC המציג את עצמם שורדים (איור\(\PageIndex{25}\)).
