Generación de Diversidad Inmunitaria

Los linfocitos son células del sistema inmunitario capaces de reconocer una gran variedad de antígenos (Ag). Esta capacidad de reconocimiento se basa en la enorme diversidad de inmunoglobulinas (Ig) presentes en los linfocitos B y de receptores de células T (TCR) en los linfocitos T. Aunque existen diferencias estructurales y moleculares entre los linfocitos B y T, el proceso de generación de la variabilidad en sus receptores es prácticamente el mismo.

El repertorio de anticuerpos se refiere a la suma total de anticuerpos que un individuo puede producir. El origen de esta variabilidad radica en la organización y recombinación de los genes que codifican las Ig y sus cadenas ligeras y pesadas. La recombinación aleatoria de estos fragmentos génicos durante la maduración de los linfocitos B es la clave de la diversidad del repertorio de anticuerpos.

1. Diversidad Asociada a Linfocitos B

1.1 Diversidad de Segmentos Génicos que Codifican las Ig

Una molécula de Ig está formada por la combinación de una cadena ligera y una cadena pesada. Los genes que codifican las Ig se encuentran en tres loci diferentes: el locus de la cadena pesada en el cromosoma 14 y los loci de las cadenas ligeras en los cromosomas 2 y 22.

Los genes de las cadenas ligeras y pesadas contienen segmentos génicos que codifican regiones variables (V) y constantes (C). El locus de la cadena pesada incluye las regiones V, D (diversidad) y J (unión), mientras que el locus de la cadena ligera contiene un único segmento constante (Cκ o Cλ).

Los dominios constantes de las cadenas ligeras y pesadas están codificados por exones individuales. La existencia de múltiples segmentos génicos V, D y J que se reordenan de forma aleatoria durante el desarrollo de los linfocitos B es el principal mecanismo responsable de la diversidad de los receptores de células B (BCR).

1.2 Recombinación Somática

Durante el desarrollo de los linfocitos B en la médula ósea, los segmentos V, D y J se yuxtaponen mediante un proceso llamado recombinación somática. Este proceso implica el corte y empalme del ADN, lo que permite la generación de múltiples versiones de cada segmento y, por lo tanto, un elevado número de regiones variables diferentes.

La cadena ligera de una Ig está codificada por la combinación de un segmento V y un segmento J, mientras que la región constante está codificada por un único gen C. En la cadena pesada, el reordenamiento se produce en dos etapas: primero se aproximan los segmentos D y J, y luego la región V se recombina con el segmento DJ reordenado, generando una combinación VDJ.

1.3 Control de la Recombinación Somática

La recombinación somática es un proceso altamente regulado que está dirigido por secuencias específicas que flanquean los segmentos génicos, conocidas como señales de recombinación. Estas señales están formadas por una secuencia conservada de 7 pb (heptámero) y otra de 9 pb (nonámero), separadas por una región espaciadora no conservada de 12 o 23 pb.

Las recombinasas, un complejo enzimático que incluye las proteínas RAG1 y RAG2, son las encargadas de llevar a cabo la recombinación somática. Estas enzimas reconocen las señales de recombinación, aproximan los segmentos génicos y catalizan el corte y empalme del ADN.

1.4 Diversidad de Unión

La diversidad de unión es un mecanismo adicional de variabilidad que se produce durante la recombinación somática. Se debe a la imprecisión de las recombinasas al cortar el ADN, lo que puede dar lugar a la adición o eliminación de nucleótidos en las uniones VDJ. Estos nucleótidos adicionales, conocidos como nucleótidos P y nucleótidos N, modifican la secuencia de aminoácidos de la región variable, aumentando aún más la diversidad de las cadenas pesadas y ligeras.

1.5 Exclusión Alélica

La exclusión alélica es un proceso que garantiza que cada linfocito B exprese un solo tipo de Ig, con una única versión de cadena pesada y ligera. Esto significa que cada linfocito B posee un solo tipo de BCR y, por lo tanto, solo puede reconocer un antígeno específico.

Aunque cada linfocito B hereda dos alelos para cada gen de Ig (uno del padre y otro de la madre), solo uno de los dos alelos se reordena y expresa. Una vez que se produce un reordenamiento efectivo en una cadena ligera o pesada, se inhiben los intentos de reordenamiento en el otro alelo.

1.6 Hipermutación Somática

La hipermutación somática es un proceso que introduce mutaciones puntuales aleatorias en los dominios variables de las cadenas pesadas y ligeras de las Ig. Este proceso tiene lugar en los órganos linfoides secundarios, después de la activación del linfocito B por el antígeno.

Las mutaciones introducidas por la hipermutación somática pueden aumentar o disminuir la afinidad de la Ig por el antígeno. Los linfocitos B que producen Ig con mayor afinidad por el antígeno son seleccionados para sobrevivir y proliferar, un proceso conocido como maduración de la afinidad.

Cambio de Isotipo

El contacto con el antígeno también puede inducir un cambio de isotipo en la Ig. Esto implica un nuevo reordenamiento del segmento VDJ de la cadena pesada con un segmento C diferente. El cambio de isotipo no afecta a la región variable ni a la especificidad antigénica, pero permite que la Ig adquiera nuevas funciones efectoras.

Eliminación de Linfocitos B Autorreactivos

El mecanismo aleatorio de generación de diversidad en los linfocitos B puede dar lugar a la producción de Ig que reconocen antígenos propios. Para evitar la autoinmunidad, existen varios mecanismos que eliminan o inactivan estas células autorreactivas.

  • Tolerancia central a lo propio: Durante la maduración de los linfocitos B en la médula ósea, aquellos que interactúan con antígenos propios son eliminados mediante un proceso llamado selección negativa. Esta eliminación puede ocurrir por apoptosis (muerte celular programada) si los antígenos reconocidos son moléculas de superficie celular, o por inactivación por anergia si reconocen antígenos pequeños solubles.
  • Tolerancia periférica: Los linfocitos B autorreactivos que no son eliminados en la médula ósea pueden ser eliminados o inactivados en los órganos linfoides periféricos.

2. Diversidad Asociada a Linfocitos T

Al igual que los linfocitos B, los linfocitos T poseen una gran diversidad de TCR en su superficie. Los genes que codifican los TCR también están formados por múltiples segmentos V, D, J y C, y la recombinación somática de estos segmentos es la base de la diversidad del repertorio de TCR. Este proceso de recombinación tiene lugar en el timo durante la maduración de los timocitos.

Mecanismos de Generación de Diversidad del TCR

  1. Diversidad de segmentos génicos: Cada linfocito T expresa aleatoriamente una combinación de segmentos V, D, J y C para formar su TCR.
  2. Recombinación somática: Los segmentos V, D y J se unen aleatoriamente mediante recombinación somática para generar el dominio variable del TCR.
  3. Imprecisión en las uniones de los segmentos de ADN: La adición de nucleótidos N por la enzima desoxirribonucleótido transferasa terminal (TdT) en las uniones VDJ aumenta la diversidad.
  4. Reordenamiento del TCR y transcripción: El reordenamiento del TCR activa la transcripción de sus genes, lo que lleva a la producción de un ARN mensajero que se traduce en una proteína TCR única.
  5. Unión de las cadenas del TCR: La unión de las dos cadenas que constituyen el TCR (αβ o γδ) aumenta aún más la diversidad.

A diferencia de los linfocitos B, los linfocitos T no experimentan hipermutación somática.

Reconocimiento de Antígenos por los Linfocitos T

Los linfocitos B reconocen antígenos solubles, mientras que los linfocitos T solo reconocen péptidos antigénicos presentados por moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Los TCR generados al azar deben ser capaces de reconocer las moléculas MHC propias para ser funcionales. Aquellos timocitos que no pueden reconocer las moléculas MHC propias son eliminados por selección negativa en el timo.

Selección Positiva y Negativa en el Timo

Durante su maduración en el timo, los timocitos son sometidos a procesos de selección positiva y negativa:

  • Selección positiva: Los timocitos que pueden reconocer las moléculas MHC propias con baja afinidad son seleccionados para sobrevivir.
  • Selección negativa: Los timocitos que reconocen con alta afinidad los complejos MHC-péptido propio son eliminados para prevenir la autoinmunidad.

Estos procesos de selección garantizan que solo los linfocitos T con TCR funcionales y no autorreactivos abandonen el timo y pasen a la circulación periférica.