Vielfalt der Lymphozyten
Das spezifische Immunsystem (mit anderen Worten die Gesamtsumme aller Lymphozyten) kann praktisch jedes komplexe Molekül erkennen, das die Natur oder die Wissenschaft entwickelt hat. Diese bemerkenswerte Fähigkeit resultiert aus den Billionen verschiedener Antigenrezeptoren, die von den B- und T-Lymphozyten produziert werden. Jeder Lymphozyt produziert seinen eigenen spezifischen Rezeptor, der strukturell so organisiert ist, dass er auf ein anderes Antigen reagiert. Nachdem eine Zelle auf ein Antigen trifft, das sie erkennt, wird sie zur Vermehrung angeregt, und die Population von Lymphozyten, die diesen bestimmten Rezeptor tragen, nimmt zu.
Wie kommt es, dass der Körper eine so unglaubliche Vielfalt an Rezeptoren hat, die immer bereit sind, auf eindringende Moleküle zu reagieren? Um dies zu verstehen, ist eine schnelle Überprüfung der Gene und Proteine hilfreich. Antigenrezeptormoleküle sind Proteine, die aus wenigen Polypeptidketten bestehen (dh Ketten von Aminosäuren, die durch chemische Bindungen, sogenannte Peptidbindungen, miteinander verbunden sind). Die Sequenz, in der die Aminosäuren zu einer bestimmten Polypeptidkette zusammengesetzt sind, wird durch eine diskrete DNA-Region spezifiziert, die als Gen bezeichnet wird. Wenn jedoch jede Polypeptidregion jedes Antigenrezeptors von einem anderen Gen kodiert würde, müsste das menschliche Genom (die gesamte genetische Information, die in der DNA kodiert ist, die auf den Chromosomen der Zellen übertragen wird) Billionen von Genen verwenden, um nur für dieses Immunsystem zu kodieren Systemproteine. Da das gesamte menschliche Genom ungefähr 25.000 Gene enthält, können Individuen kein Gen für jede bestimmte Antigenrezeptorkomponente erben. Stattdessen existiert ein Mechanismus, der aus einer begrenzten Anzahl von Genen eine enorme Vielfalt von Rezeptoren erzeugt.
Was vererbt wird, ist ein Pool von Gensegmenten für jeden Typ von Polypeptidkette. Wenn jeder Lymphozyt reift, werden diese Gensegmente zusammengesetzt, um ein Gen für jedes Polypeptid zu bilden, das einen spezifischen Antigenrezeptor bildet. Diese Umlagerung alternativer Gensegmente erfolgt überwiegend, wenn auch nicht vollständig zufällig, so dass sich eine enorme Anzahl von Kombinationen ergeben kann. Zusätzliche Diversität wird durch die ungenaue Rekombination von Gensegmenten erzeugt - ein Prozess, der als Junction-Diversifikation bezeichnet wird -, durch den die Enden der Gensegmente verkürzt oder verlängert werden können. Die genetische Umlagerung findet in dem Stadium statt, in dem die aus Stammzellen erzeugten Lymphozyten zum ersten Mal funktionsfähig werden, so dass jeder reife Lymphozyt nur einen Rezeptortyp bilden kann. So kann aus einem Pool von nur Hunderten von Genen eine unbegrenzte Vielfalt verschiedener Antigenrezeptoren erzeugt werden.
Wieder andere Mechanismen tragen zur Rezeptordiversität bei. Dem oben vereinfachten Mechanismus überlagert ist ein weiterer Prozess, der als somatische Mutation bezeichnet wird. Mutation ist das spontane Auftreten kleiner Veränderungen in der DNA während des Zellteilungsprozesses. Es wird als somatisch bezeichnet, wenn es in Körperzellen stattfindet (griechisch Soma bedeutet „Körper“) und nicht in Keimbahnzellen (Eier und Sperma). Obwohl somatische Mutationen in jeder Körperzelle ein zufälliges Ereignis sein können, treten sie regelmäßig in der DNA auf, die für Antigenrezeptoren in Lymphozyten kodiert. Wenn also ein Lymphozyt durch ein Antigen zur Teilung stimuliert wird, können neue Varianten seines Antigenrezeptors auf seinen Nachkommenzellen vorhanden sein, und einige dieser Varianten können eine noch bessere Anpassung an das Antigen liefern, das für die ursprüngliche Stimulation verantwortlich war.
B-Zell-Antigenrezeptoren und Antikörper
Die Antigenrezeptoren auf B-Lymphozyten sind identisch mit den Bindungsstellen von Antikörpern, die diese Lymphozyten nach Stimulation herstellen, mit der Ausnahme, dass die Rezeptormoleküle einen zusätzlichen Schwanz haben, der die Zellmembran durchdringt und sie an der Zelloberfläche verankert. Daher wird eine Beschreibung der Struktur und der Eigenschaften von Antikörpern, die gut untersucht sind, für beide ausreichen.
