دانلود رایگان طرح توجیهی

جایگاه ژنتیکی آنتی بادی ها
تهیه و تنظیم: مهدی غلامی
 

مقدمه :
به طور کلی چند نوع آنتی بادی موجود است.
تعداد دمین در یک زنجیره (6) x تعداد اسید آمینه در هر دمین(110) = 660 آمینو اسید.
مدلی ژنتیکی قابل قبول است که بتواند تنوع وسیع آنتی بادیها ,حضور ناحیه متغیر و ثابت و حضور  ایزوتایپهای مشابه از نظر خصوصیات ژنتیکی را توجیه کند.مثلا برای یک آنتی ژن ,آنتی  بادی G  ، A،M وجود دارد که ایزوتوپ هم هستند اما خصوصیات آنتی ژنی متفاوت دارند.

مدل ژنتیکی:
در طول تاریخ مدلهای ژنتیکی مختلفی به منظور توجیه ژنتیک آنتی بادیها مطرح شده است از جمله :
1. مدل Germline :در این مدل معتقد بودند که برای هر کدام از  آنتی  بادی یک ژن ( Germline) داریم.
اشکال این مدل در این است که برای هر آنتی  بادی باید همین مقدار ژن و اسید نوکلوئیک داشته باشیم که ذخیره ژنتیکی قادر به توجیه آن نمی باشد.
2.  Somatic variation :در این مدل بیان شد که با توجه به اینکه آنتی بادی های مختلف در برابر آنتی ژنهای مختلف با هم مشابهت دارند ,تعداد محدودی ژن وجود دارد که در این ژنها در بعضی قسمتها موتاسیون رخ می دهد.این مدل تنوع آنتی بادیها را توجیه می کند اما توجیه کننده قسمت متغییر و ثابت در آنتی  بادیها نمی باشد.
3. مدل دو ژنی dryer & Bennet : در این مدل بیان شد که هر آنتی بادی از دو زنجیره سبک و سنگین تشکیل شده و دارای دو جایگاه آنتی ژن بایندینگ می باشد.در این مدل برای آنتی   بادی نواحی متغیر و ثابت در نظر گرفته شد که یک ژن برای ناحیه متغییر و یک ژن برای ناحیه ثابت داریم.
در واقع این مدل بیانگر این است که آنتی بادیها به صورت مدل دو ژنی می باشند که برای هر زنجیره دو مدل ژنی داریم(دو ژن یک پروتئین)


اثبات مدل دو ژن یک پروتئین:
Tonegawa  توانست مدل دو ژن یک پروتئین را اثبات کند.
او برای اثبات مدل مذکور, ژنها را در زمانهای مختلف که هنوز تشکیل یک ژن ثابت و کامل را نداده اند و زمانی که تشکیل یک ژن کامل را می دهند با یکدیگر مقایسه کرد.
بدین منظوراو باید از سلولی استفاده می کرد که دائما آنتی بادی تولید کند (مانند B cell و پلاسموسیت )اما ایراد این سلولها در این است که کاملا به صورت medicated و وقف شده آنتی  بادی تولید نمی کنند .به همین دلیل او سلول میلوم را انتخاب کرد .سرطان میلوم باعث می شود که  B cell سرطانی شود و به طور مداوم زنجیره سبک تولید کند .بنابراین سلولی در اختیار داریم که فقط یک نوع ژن تولید می کند.
سلول دیگری که برای مقایسه استفاده کرد سلول جنینی بود چون این سلول هنوز کاملا اختصاصی نشده و می تواند به سلولهای مختلف تبدیل شود.
پس از سلولها به بررسی ژنهای آنتی بادیها در این دو نوع سلول و مقایسه آنها پرداخت .از سلول میلوم  DNA  , mRNA و از سلول جنینی  DNA را استخراج و  ایزوله کرد . DNA های  ایزوله شده را با آنزیمهای متفاوت برش داده و قطعه قطعه کردو بعد آنها را الکتروفورز کرد.
از الکتروفورز قطعات مختلفی بدست آمد که قطعه مورد نظر را توسط mRNA  ایزوله شده که به ماده رادیواکتیو (فسفر سفید)نشاندار شده بود ,شناسایی کرد. mRNA در نمونه جنینی به دو قطعه و در نمونه میلوم به یک قطعه متصل شد.
توجیه : در واقع در میلوم دو قطعه ژنی کنار هم بودند و mRNA به یک قطعه متصل می شود ولی در حالت جنینی از هم فاصله دارند و mRNA به دو قسمت متصل می شود.
بنابراین ژن موجود در میلوم از اتصال دو ژن موجود در نمونه جنینی تشکیل شده است .
علت اتصال mRNA به دو ژن متفاوت در سلول جنینی این است که در هر ژن بخشی وجود دارد که مکمل با قسمتی از mRNA می باشد. بنابرین با اینکه دو ژن کاملا متفاوتند اما mRNA توسط قسمتی از خود که مکمل با بخشی از هر یک از ژنهاست می تواند به هر دو متصل شود.
بدین ترتیب مدل دوژن یک پروتئین توجیه شد و ثابت شد که مثلا درنمونه جنینی دو نمونه ژنی از زنجیره کاپا وجود دارد که بعدا به هنگام ساخت آنتی بادی یکی از این زنجیرهها در کنار زنجیره ثابت قرار می گیرد و پس از بازآرایی آنتی  بادی تولید می گردد.
بنابراین در هر آنتی بادی یک قسمت ثابت و یک قسمت متغیروجود دارد که برای تولید قسمت ثابت از نظر تئوری مشکلی وجود ندارد اما هنوز تعداد زیاد اسید نوکلوئیک واسید آمینه مورد نیازبرای قسمت متغیرقابل توجیه نیست.
هر آنتی  بادی = 6 دمین دارای 110 اسید آمینه
6x110660 =
در صورت در نظر نگرفتن زنجیره ثابت و تنها در نظر گرفتن ناحیه متغیرهمچنان مشکل تعداد زیاد اسید آمینه و اسید نوکلوئیک وجود دارد.
 
پس از این مسئله چند ژنی بودن ناحیه متغیرمطرح شد .بدین معنی که در زنجیره های سبک کاپا ولاندا و در زنجیره سنگین فقط ناحیه متغیر وثابت نیست بلکه خود ناحیه متغیر نیز از قسمتهای مختلف ژنی تشکیل شده است.مثلا در زنجیره سبک قطعه های ژنی J & Vودر زنجیره سنگین  J & D & V وجود دارد.
درVH (قسمت متغیر زنجیره سنگین):
ü      قطعهV =50 تا
ü      قطعهJ = 6 تا
ü      قطعهD =30 تا
ü      که در مجموع با ضرب آنها 9000 قطعه ژنی داریم.
در زنجیره سبک :
ü            کاپاV = 100 تا  
ü            کاپاJ = 5 تا
ü       و در مجموع کاپا = 500 قطعه

ü           لانداV = 100 قطعه
ü             لانداJ = 6 تا
ü      و در مجموع لاندا = 600 قطعه
ü      و در کل   (500+600) x 9000= 9900000
بنابراین چند ژنی بودن ایمنوگلوبولین ها میتواند به توجیه انواع زیاد و تعداد زیاد و قسمتهای متغیر آنتی  بادی ها کمک کند.
در ایمنوگلوبولینها در سطح DNA هم بازآرایی صورت می گیرد . در واقع چند ژن V D J به هم متصل می شوند و سپس قسمت میانی ژن حذف می شود و بعد از روی آن mRNA ساخته می شود.mRNA از سه قسمت  V D J و یک قسمت Lider  تشکیل شده است. سپس از روی آن نسخه برداری شده و پروتئین ساخته می شود.
در زنجیره سنگین نیز فرآیند مشابه زنجیره سبک است با این تفاوت که در آن از ابتدا دو mRNAساخته می شود ,یکی برای µ میو و دیگری برای دلتا.
چگونگی قرار گرفتن قطعات ژنی در کنار هم: در سر این قطعات ,قسمتهایی وجود دارد به نام توالیهای راهنما یا سیگنال دهنده برای بازآرایی recombination signal sequence  این توالی ها یا از نوع  two turn RSS و یا  one turn rss می باشند . این قسمتها از یک بخش هپتامر که ثابت است ننامردر انتها تشکیل شده اند. وسط این هپتامر و ننامر در نوع 2 turn rss ,   23 باز و در نوع دیگر 12 باز قرار دارد.
هر کدام از این قطعات ژنی در سرخود برحسب نوع آن ,یکی از این توالیها را دارد.مثلا در نوع لاندا سرقطعات V یک سیگنا سیکوئنس , RSS آبی است در قطعه J لاندا در قسمت سرش یک توالی قرمز است .در کاپا برعکس است.
قطعه D چون در وسط قرار می گیرد از هر دو طرف دارای سیگنال سیکوئنس است .
طبق قانون بازآرایی ها باید یک قرمز کنار یک آبی قرار بگیرد تا بازآرایی صورت گیرد .یعنی یک one turn  با یک two turn  به هم سیگنال بدهند ,تا قطعات مجاور اینها با یکدیگر بازآرایی شوند.
بنابراین یک قرمز و یک آبی به هم علامت می دهند تا یک V لاندا کنار J  لاندا و یا یک V کاپا کنار یک  J کاپا قرار گیرد.
در مورد زنجیره سنگین یک V در کنار یکJ قرار می گیرد و بعد قسمتی از آن حذف می شود سپس قسمتهای آبی و قرمز به هم سیگنال می دهند تا در نهایت یک  V D J در کنار هم قرار می گیرند .
این اتصالات به صورت اتفاقی است و برای سلول مهم نیست که V1  در کنار D2  قرار گیرد یا D3 مهم اینست که ایمنوگلوبولین ایجاد شده کارآیی لازم را داشته باشد.
اما همه ی باز آرایی ها همیشه موفق نیست.
در B Cell ها اولین اتفاق مهم اینست که یک D کنار یک  J  قرار می گیرد و در قدم بعدی یک V نیز به ان متصل می شود.ترکیب V D J ممکن است یک ترکیب کارآمد باشد یا یک ترکیب ناکارآمد.در صورت کارآمد بودن به یک زنجیره µ تبدیل می گردد اما اگر غیر کارآمد باشد ,سلول روی آلل دیگر ژنهای ایمنوگلوبولین بازآرایی انجام می دهد,که یا دوباره کارآمد است و یا غیر کارآمد . اگر باز غیر کارآمد باشد سلول میمیرد اما اگر کارآمد بود اجازه دارد که به سراغ زنجیره سبک خود برود .
سلول یک بازآرایی Vو J کاپا انجام می دهد .دوباره V وJ کاپا کارآمد است یا خیر.اگر کارآمد بود زنجیره سبک و سنگین با هم یک آنتی بادی تشکیل می دهند .اما اگرغیر کارآمد باشد , یک V  و J لاندا باز آرایی انجام می دهد,اگر کارآمد باشد سلول µ+ لاندا می شود.اما اگر ناکارآمد باشدروی آلل بعدی بازآرایی انجام می دهد که اگر کارآمد باشد سلول µ+ لاندامی شود و در صورت ناکارآمد بودن سلول می میرد.
در زنجیره های سبک و سنگین آنتی  بادیها ,نوکلئوتیدهای P و N نیز وجود دارد.
اگر هنگام جدا شدن RSSها که فرآیندی دقیق نیست در محدوده نوکلئوتیدهای جدا شده با مکانیزم سر سنجاقی شدن تعدادی از اسیدهای نوکلوئیک بین V و J جا بمانند و بعد این اسیدهای نوکلوئیک در کنار هم قرار بگیرند .به این اسیدهای نوکلوئیک P نوکلئوتید می گویند.
گاهی به واسطه  terminal deoxid transfrase یکسری از اسیدهای آمینه به طور اتفاقی در وسطV وJ ریخته می شوند که به آنها N نوکلئوتید گفته می شود .این P و N نوکلئوتیدها باعث افزایش تنوع ژنتیکی می گردند.
آنزیمی به نام TDT وجود دارد که در مراحل اولیه تکامل سلول,که نوکلئوتیدهایی را به طور اتفاقی در فاصله بین V وJ و یا D V J قرار داده و تنوع بسیار زیادی ایجاد می  کند.
این pro در ناحیه CRP 3 است که تماس مستقیم با آنتی  ژن دارد. یعنی می تواند با تغییر یک اسید آمینه ساختمان آنتی  بادی را به گونه ای تغییر دهد که به جای اتصال به آنتی  ژن یک به آنتی  ژن دو متصل شود .
این تغییرات توسط حذف و ریختن اسید نوکلوئیک می تواند مفید و یا مضر باشد.این ضرردر کارآمد و ناکارآمد بودن آنتی  بادی است.زیرا خواندن ژنها به صورت سه نوکلئوتیدی است .اگردر این اضافه شدن و یا حذف شدن ,توالی سه تایی نوکلوتیدها به هم بریزد ,باعث می شود که در قالب خواندن ژن تغییر صورت گیرد که به آن  frame shift گفته می شود.
از اسیدآمینه های ضروری که باید حتما در ساختار آنتی بادی در جایگاه خاصی حضور داشته باشدسیستئین هایی است که روی آنها پلهای دی سولفیدی قرار می گیرد.تنوع در محل اتصال نیز در گوناگونی موثر است.
اضافه و حذف شدن نوکلئوتیدها باید قسمی باشد که قالب خواندن در ترکیب جدید حفظ شود.
Diversity :
1.        چند قطعه ای بودن ژن ایمنوگلوبولین
2.       ترکیبات متفاوت زنجیره های سبک و سنگین
3.      تنوع در محل اتصالات
4.      وجود موتاسیون و جهش ها( جهش و موتاسیونهای نقطه ای در طی تکامل و تکثیر آنتی  بادیها صورت می گیرد.