Ekson Değiş Tokuşu ve Hipermutasyon » Bilgiustam
Ekson Rekombinasyonu (Değiş Tokuşu)
Omurgalıların genomu nasıl olup da her biri farklı bir antijene özgü olacak şekilde neredeyse sonsuz çeşitlilikteki antikor moleküllerini ve T-hücre reseptörlerini, milyonlarca ya da milyarlarca farklı geni işe karıştırmadan üretebilmektedir? Bu sorunun cevabı olağanüstü bir mekanizma olan ekson seleksiyonunda saklıdır. Bu sistem ilk olarak bağışıklık sisteminin fetal gelişimi esnasında çalışmaya başlar ve organizmanın yaşamı boyunca ihtiyaç duyacağı bütün lenfosit çeşitlerini oluşturur. B hücrelerinin içinde, bu işlem sadece üç gende yerleşik bir grup eksondan seçilimle gerçekleşir-bu genlerden biri ağır zincirlerin diğer biri iki hafif zincir sınıfının her birinin oluşumundan sorumludur. T hücreleri için kullanılan mekanizma da detayların büyük kısmı için aynıdır. Bu nedenle burada sadece B hücrelerindeki mekanizmadan bahsedeceğiz.
İlk olarak, kemik iliğinde, insan B lenfositi olarak gelişmekte olan ve henüz tek tip antikor üretecek seviyede özelleşmemiş bir hücrenin kromozomlarına bakalım. İnsan genomunda antikorun ağır zincirini kodlayan DNA dizisi 14. kromozom üzerinde bulunur. Bu zincirin sabit bölgelerini kodlayan bölge, beş set halinde düzenlenmiş olan 22 eksondan oluşur, bu setlerden her biri bir ağır zincir sınıfına karşılık gelir-A, D, E, G ve M. Her bir set, antikordaki CH1, menteşe, CH2 ve CH3 bölgelerini kodlayacak eksonlara sahiptir. E ve G sınıfına ait zincirleri kodlayan setlerde ayrıca bir de CH4 eksonu bulunur.
Ağır-zincir genindeki eksonların bu şekilde düzenlenmesi ilk bakışta gereksiz üretime yönelik gibi görünmektedir; çünkü sonuçta kullanılmasa da çok fazla transkripsiyon olmaktadır: örneğin bir bakir lenfosit sadece A sınıfı ağır zincir taşıyan antikorları üretmek istediğinde, diğer sınıflara ait eksonlar da aynı zamanda transkribe edileceklerdir. DNA’nın kodlama yapan ipilğinin 5′ ucuna doğru gidildikçe, genin organizasyonu daha da müsrif bir işleyiş izlenimi yaratır: her bir ağır zincir sadece tek bir JH (birleşme) bölgesine sahip olduğu halde, gende dört farklı ekson bulunur. 5′ yönünde daha da ileri gidildiğinde birleşme bölgesi eksonlarından sonra yaklaşık 12 eksondan oluşan D bölgesi gelir. Yine benzer şekilde, bakir hücre tarafından üretilecek her antikor sadece tek bir D segmenti taşıyacaktır. ilerlemeye devam edildiğinde kabaca 200 farklı eksondan oluşan bir VH dizisi görülür, tahmin edileceği gibi bunlardan sadece bir tanesinin translasyonu yapılacaktır. O halde orijinal antikor ağır-zincir geninde tahminen 240 civarında olan eksonlar, nasıl sadece yedi ya da sekiz ekson tarafından kodlanmış protein ürünleri verebiliyorlar? Gereksiz eksonların nasıl giderildiği henüz tam olarak anlaşılamamıştır, ancak bu işlemin iki aşamada gerçekleştirildiği düşünülmektedir. Fetal gelişim evresinden cereyan eden ilk aşamada genin geniş bölgeleri kesilerek 14. Kromozomdan atılır ve geride kalan uçlar özelleşmiş enzimler sayesinde birleştirilir.
Bu tip bir kesip çıkartma, örneğin, D bölgesinden VH eksonlarına rastgele bir mesafe ekler. VH bölgesinden kesilip çıkartılan eksonlar, 0 ile 199 arasında herhangi bir sayıda olabilir, fakat genelde nispeten az sayıda eksonun çıkartıldığı bilinmektedir.
Kesilip çıkartılmayan ilk VH eksonu sonuçta translasyonu ve ekspresyonu yapılan eksondur. Transkripsiyon esnasında RNA polimeraz tarafında kalan bütün VH eksonlarını kopyalar fakat bu gereksiz yere transkribe edilen eksonlar, RNA işlenmesi sırasında ortadan kaldırılırlar.
Böylece kesip atma işlemi esnasında varlığını sürdüren ilk VH eksonu, mRNA’da yer alır. Sonuç olarak, D-bölgesine en yakın olan VH eksonunun translasyonu yapılır. Birleşme noktası eksonu ve D-bölge eksonu tamamı transkribe edilen ve benzer basamaklarda fazlalığı giderilerek tek bırakılan eksonlardır. Aynı mekanizma, hafif zincir geninde de kullanılır; burada da, bir CL eksonu, dört alternatif birleşme bölgesi eksonu ve 300 alternatif VL eksonu mevcuttur.
VH, D ve birleşme bölge eksonları ile analog olduklarını dikkate alarak, bazı CH eksonlarının kromozomlardan çıkarıldığını tahmin edebilirsiniz, ayrıca erken RNA transkriptinde yer alan gereksiz ekson setlerinin giderildiğini de düşünebilirsiniz. Bu noktada hala bazı tartışmalar olmakla birlikte, en azından bazı hücrelerde buna benzer bir mekanizmanın işlediği açıktır: birçok olgun B lenfositi CH sınıflarını birinden diğerine dönüştürebilme yeteneğini saklı tutarlar ya da hatta aynı anda iki farklı tipte ağır zincir üretebilirler. Erken RNA transkripti, başlangıçta beş CH sınıfına ait birden fazla eksonıi taşıyabilir, ancak bunlardan biri dışında geri kalanlar RNA işlenmesi esnasında intronlarla birlikte atılırlar.
Farklı bölge eksonlarının aktif olarak fakat tamamen rastlantısal bir şekilde bir araya gelmesi ile oluşacak çeşitlilik sonsuzdur. Örnegin, ağır zincir geni, dört alternatif birleşme bölgesi eksonuna ve 12 alternatif D-bölge eksonuna sahip olduğu için birbirinden farklı 48 (4X12) birleşme bölgesi/D-bölgesi kombinasyonu ortaya çıkabilir. Ve yaklaşık 200 alternatif VH eksonu bulunduğu için bir lenfosit, ağır zincirinde 9600 (48X200) farklı değişken bölgeden birini taşıyan antikorlar üretebilir. Benzer şekilde hafif zincir, dört alternatif birleşme noktası eksonu ve 300 VL eksonu taşıdığı için 1200 farklı tip ürün oluşabilir. Her antikor molekülü rastlantısal olarak ‘seçilmiş’ bir ağır bir de hafif zincirden oluştuğu için 12 milyon (1200X9600) farklı çeşitte antikor bağışıklık sisteminin gelişimi sırasında ortaya çıkabilir.
Buna ilaveten, çeşitlilik, birleşme bölgesi ve D-bölge eksonları içinde ve VL ve VH eksonlarında meydana gelen aktif mutasyon işlemi ile artar. Mutasyonlar gelişmekte olan B hücrelerinde yani somatik hücrelerde meydana geldiği için sadece o hücreye özgü bir çeşitlilik yaratır, yeni nesillere taşınmaz.
Bir bağışıklık cevabı ortaya çıkmaya başladığında, aktive olan klondaki bazı hücreler tarafı ndan üretilen antikorların hedefine afinitesi artar- bu, bir anlamda antikorun özgünlüğünün ince ayarının yapılmasıdır. Bu nasıl gerçekleşmektedir? Cevap olarak karşımıza çıkan, farklı bir seviyede, bağışıklık yoluyla ‘öğrenme’dir. Sadece basit bir ekson rekombinasyonu sayesinde 12 milyondan fazla çeşidi ortaya çıkabilen B-hücre antikorların bu çeşitliliği lokalize mutasyonlarla artabilir, ayrıca bakir bir hücre antijenle uyarıldıktan sonra antikor genlerinin değişken bölgelerini kodlayan eksonlarda replikasyon başladığında, replikasyon hatası oranı normalin bir milyon katına çıkar.
Bu hata oranının anlamı, yavru hücrelerin hemen hemen yarısının başlangıçtaki antikordan hafif değişiklikler göstermesidir. Bu ilk nesil hücrelerinin daha öte klonlanması, lenfositin bu aşamada ortaya çıkan hafif değişik versiyonlarının antikoru ne kadar kuvvetle bağladığına bağlıdır; antijene daha da iyi uyum sağlayan mutant, kendisinden gelişecek bir klonun olgunlaşmasına zemin hazırlar ve sonuçta daha iyi-bağlanma yeteneğine sahip hücreler bağışıklık cevabında baskın duruma geçer. Burada karşımıza çıkan doğal seleksiyonun bir minyatürüdür. Bu mekanizma işledikçe, başka benzeri olmayan antikor molekülleri, antikor genleri tarafından ekson rekombinasyonu yoluyla meydana getirilmekte ve bu model evrim boyunca özgün genlerin nasıl ortaya çıkmış (ve çıkmakta) olduğunu açıklayabilecek kuvvetli bir modeldir.
antijen, antikor, Bağışıklık, bağışıklık sistemi, ekson değiş tokuşu, hipermutasyon, lenfosit, patojen, savunma sistemi