Generación de Diversidad Inmunitaria

Los linfocitos, células clave del sistema inmunitario, poseen la capacidad de reconocer una amplia gama de antígenos (Ag). Esta notable diversidad en el reconocimiento antigénico se basa en la enorme variabilidad de los receptores de antígenos expresados por los linfocitos B (inmunoglobulinas o Ig) y los linfocitos T (receptores de células T o TCR).

Los linfocitos B producen inmunoglobulinas (Ig), mientras que los linfocitos T expresan receptores de células T (TCR). Aunque existen diferencias estructurales y moleculares entre los linfocitos B y T, el proceso de generación de la diversidad de sus receptores es sorprendentemente similar.

El repertorio de anticuerpos se refiere a la suma total de anticuerpos que un individuo puede producir. El origen de esta vasta diversidad reside en la organización y recombinación de los genes que codifican las cadenas ligeras y pesadas de las Ig y los TCR.

1. Diversidad Asociada a Linfocitos B

1.1 Diversidad de Segmentos Génicos que Codifican Ig

Las Ig están formadas por la combinación de una cadena ligera y una pesada. Los genes que codifican las Ig se encuentran en tres loci diferentes:

  • Locus de la cadena pesada: Cromosoma 14
  • Locus de la cadena ligera: Cromosomas 2 y 22

Cada gen de cadena ligera y pesada contiene segmentos génicos que codifican regiones variables (V) y constantes (C).

  • Locus de la cadena pesada: Contiene regiones que codifican las cadenas pesadas, incluyendo las regiones variables (V, D, J) y constantes.
  • Locus de la cadena ligera: Codifica la cadena ligera con un solo segmento constante (CK) y segmentos variables.

Los dominios constantes están codificados por exones individuales dentro de cada gen de cadena ligera y pesada. La existencia de múltiples segmentos génicos V que se reordenan de forma aleatoria durante el desarrollo de los linfocitos B es la base del mecanismo de diversidad del BCR.

1.2 Recombinación Somática

Durante el desarrollo de los linfocitos B en la médula ósea, los segmentos V, D y J se unen 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 génico y, en consecuencia, un elevado número de regiones variables.

  • Cadena ligera: Codificada por la combinación de un segmento V y uno J, con la región constante codificada por un solo gen C.
  • Cadena pesada: El reordenamiento también ocurre durante la maduración de la célula B, con la aproximación de los segmentos D y J, seguida de la recombinación de la región V con el segmento DJ reordenado, generando una combinación VDJ.

1.3 Control de la Recombinación Somática

La recombinación somática, aunque esencial para la diversidad, debe ser cuidadosamente controlada. Las enzimas responsables de este proceso son las recombinasas, que reconocen secuencias específicas de ADN llamadas señales de recombinación (RSS) que flanquean los segmentos génicos. Las RSS están formadas por una secuencia conservada de 7 pb y otra de 9 pb, separadas por una región espaciadora no conservada. Las recombinasas cortan el ADN en las RSS y eliminan las regiones espaciadoras, uniendo los segmentos génicos.

1.4 Diversidad de Unión

Además de la recombinación somática, la diversidad de unión contribuye a la variabilidad de los receptores. Este mecanismo se basa en la imprecisión de las recombinasas al cortar y unir el ADN durante la recombinación VDJ.

  • Nucleótidos P: Durante la unión de los segmentos V, D y J, se pueden agregar nucleótidos adicionales llamados nucleótidos P, lo que aumenta aún más la diversidad.
  • Nucleótidos N: La enzima desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT) puede agregar nucleótidos N no codificados en la línea germinal a las uniones VD y DJ de las cadenas pesadas, aumentando la variabilidad.

1.5 Exclusión Alélica

A pesar de tener dos copias de cada gen de Ig (una de cada progenitor), cada linfocito B solo expresa un tipo de Ig con una única especificidad antigénica. Esto se logra mediante la exclusión alélica, un proceso que asegura que solo uno de los alelos de la cadena pesada y uno de la cadena ligera se reordenen y expresen en cada linfocito B.

El proceso de exclusión alélica comienza con el reordenamiento de la cadena pesada en los precursores de linfocitos B en la médula ósea. Si la recombinación VDJ es productiva, la cadena pesada se expresa en la superficie celular junto con una cadena ligera sustituta, formando el pre-BCR. La expresión del pre-BCR desencadena la proliferación celular, la inhibición del reordenamiento de la cadena pesada del otro cromosoma (exclusión alélica) y el inicio del reordenamiento de la cadena ligera.

Una vez que se sintetiza una cadena ligera funcional, reemplaza a la cadena ligera sustituta en el pre-BCR, formando el BCR completo. Las señales del BCR inhiben el reordenamiento de otras cadenas ligeras, garantizando la exclusión alélica y la monoespecificidad del linfocito B.

1.6 Hipermutación Somática

Después de la activación del linfocito B en los órganos linfoides secundarios, se produce la hipermutación somática. Este proceso introduce mutaciones puntuales aleatorias en las regiones variables de los genes de Ig reordenados, lo que puede aumentar la afinidad de la Ig por el antígeno. Los linfocitos B con mutaciones que aumentan la afinidad por el antígeno son seleccionados durante la respuesta inmunitaria, un proceso conocido como maduración de la afinidad.

Además de la hipermutación somática, los linfocitos B también pueden experimentar un cambio de isotipo, en el que cambian la clase de Ig que expresan (por ejemplo, de IgM a IgG, IgA o IgE) sin modificar la especificidad antigénica. El cambio de isotipo implica un reordenamiento adicional en el gen de la cadena pesada, uniendo la región VDJ reordenada a un gen C diferente.

Eliminación de Linfocitos B Autorreactivos

La generación aleatoria de diversidad en el repertorio de linfocitos B conlleva el riesgo de producir linfocitos autorreactivos que reconocen antígenos propios. Para prevenir la autoinmunidad, existen mecanismos de tolerancia central y tolerancia periférica que eliminan o inactivan los linfocitos B autorreactivos.

  • Tolerancia central: Durante la maduración en la médula ósea, los linfocitos B inmaduros que interactúan fuertemente con antígenos propios son eliminados por apoptosis o inactivados por anergia.
  • Tolerancia periférica: Los linfocitos B autorreactivos que escapan a la tolerancia central pueden ser eliminados o inactivados en los órganos linfoides periféricos por mecanismos similares.

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 el TCR también están formados por segmentos V, D y J que se recombinan somáticamente durante el desarrollo de los linfocitos T en el timo.

Mecanismos de Diversidad del TCR

  • Diversidad de segmentos génicos: Múltiples versiones de los segmentos V, D, J y C.
  • Recombinación somática: Unión aleatoria de segmentos V, D y J.
  • Imprecisión en las uniones: Adición de nucleótidos N por la TdT.
  • Unión de cadenas: Combinación de cadenas α y β o γ y δ.

A diferencia de los linfocitos B, los linfocitos T no experimentan hipermutación somática. Sin embargo, la diversidad generada por los otros mecanismos es suficiente para producir un repertorio enorme de TCR.

Selección de Linfocitos T en el Timo

Los linfocitos T maduros solo reconocen antígenos presentados por moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Durante su desarrollo en el timo, los timocitos (linfocitos T inmaduros) son sometidos a procesos de selección positiva y negativa:

  • Selección positiva: Selecciona los timocitos que reconocen las propias moléculas MHC del individuo.
  • Selección negativa: Elimina los timocitos que reconocen con alta afinidad antígenos propios presentados por MHC, previniendo la autoinmunidad.

En resumen, la generación de diversidad en los receptores de antígenos de los linfocitos B y T es esencial para la capacidad del sistema inmunitario de reconocer y responder a una amplia gama de patógenos. Los mecanismos de recombinación somática, diversidad de unión y selección clonal contribuyen a la formación de un repertorio inmunitario diverso y altamente específico.