Recombinaison V(D)J

Les anticorps sont composés de chaînes de protéines lourdes et légères, chaque type contenant une partie constante (C) et une partie variable (V). Les gènes codant ces chaînes légères ou lourdes se situent à différents endroits du génome.

1. Chaîne lourde (μ, δ, γ1, γ2, γ3, γ4, α1, α2, ε) , gènes localisés sur le chromosome 14
2. Chaîne légère kappa (κ), gènes localisés sur le chromosome 2
3. Chaîne légère lambda (λ), gènes localisés sur le chromosome 22

NB : il y a donc deux copies de chaque gène, puisque le génome humain est diploïde.

Les régions V sont codées par des gènes qui comportent trois types de segments. Par exemple, le locus de la chaîne lourde contient environ 50 gènes Variables (V), 20 gènes de Diversité (D) 6 gènes de Jonction (J) et 9 gènes C (Constant), ce qui donne V x D x J = 50 x 20 x 6 = 6000 possibilités. Les gènes codant les chaînes légères possèdent également de nombreux segments V et J, mais aucun gène D. La recombinaison entre les fragments VDJ permet de générer environ 2 x >10⁶ combinaisons possibles : 6000 x 320 (120 possibilités pour la chaîne légère lambda (λ) + 200 pour la chaîne légère kappa (κ)).

Dans les lymphocytes B en développement, la première recombinaison à avoir lieu se fait entre un segment D et un segment J d’un locus de chaîne lourde. Toute la chaîne d’ADN située entre ces deux segments est éliminée. Cette recombinaison D-J est suivie par la jonction d’un segment V venant d’un locus en amont du gène DJ nouvellement formé. Cette fois encore, tout le locus situé auparavant entre le segment V et le DJ est éliminé du génome. Lors de la transcription du gène, l’ARN messager contient la région VDJ recombinee de la chaine lourde, ainsi que les segments constants mu et delta (C_μ et C_δ). Ce premier transcrit subit des modifications post-transcriptionelles classiques (polyadénylation, epissage des introns) et un épissage alternatif conduisant des gènes codant les segments constants. La traduction de cet ARNm produit la chaîne lourde Ig μ.

Les locus des gènes codant les chaînes légères kappa (κ) et lambda (λ) réarrangent d’une façon très similaire, à ceci près que les chaînes légères sont dépourvues de segment D. En d’autres termes, la première étape de la recombinaison des chaînes légères concerne les segments V et J pour former un complexe VJ, avant l’addition du segment constant de la chaîne légère lors de la transcription. La traduction de l’ARNm épissé des chaînes kappa ou lambda produit des chaînes légères Ig κ ou Ig λ.

L’assemblage de deux chaînes lourdes Ig μ et de deux chaînes légères conduit à la formation de la forme membranaire de l’immunoglobuline IgM exprimée à la surface des lymphocytes B, le récepteur des cellules B. L’assemblage d’une chaîne légère avec une chaîne lourde forme un paratope unique. chaque Ig est donc bivalent.

• La formation d’immunoglobulines d’autres isotypes est liée à la commutation isotypique, et non à la recombinaison VDJ.
• Le terme « immunoglobuline » recouvre ici les protéines constituant le récepteur des cellules B ainsi que les différents types d'anticorps. Il ne s'agit pas du « domaine imunoglobuline ».

La plupart des récepteurs des cellules T sont des hétérodimères formés à partir d’une chaîne alpha et d’une chaîne bêta. Les gènes codant les protéines du récepteur des cellules T sont structurellement semblables à ceux des immunoglobulines. Ils contiennent de nombreux domaines V, D et J pour les chaînes bêta, et seulement V et J pour les chaînes alpha. Ces locus sont réarrangés pendant le développement des lymphocytes T, ce qui leur donne leur spécificité antigénique.

Pendant le développement des lymphocytes T, les gènes codant les sous-unités constituant le récepteur des cellules T (TCR) recombinent selon le même modèle que celui décrit pour les immunoglobulines. La recombinaison DJ concerne d’abord la chaîne bêta. Ce processus peut concerner ou bien la jonction du segment D_β1 et l’un des six segments J_β1 ou bien la jonction du segment D_β2 avec l’un des six segments J_β2. Comme décrit ci-dessus, la recombinaison DJ est complétée par un réarrangement V_β-to-D_βJ_β. Tous les gènes situés dans les intervalles du complexe V_β-D_β-J_β sont éliminés et le transcrit primaire synthétisé comporte le segment constant(V_β-D_β-J_β-C_β). Les modifications post-transcriptionnelles éliminent les introns et la traduction de l’ARNm produit la protéine TCR _β.

La recombinaison de la chaîne alpha se fait après la chaîne beta. Elle est semblable au réarrangement des chaînes légères des immunoglobulines (VJ). L’assemblage d’une chaîne β et α forme le TCR αβ qui est présent sur la surface d’une majorité de lymphocytes T.

Il existe deux grands types de récepteur des cellules T : αβ et γδ. Bien que les fonctions des lymphocytes portant ces deux types de récepteur des cellules T différent, les locus de gènes codant les protéines γ et δ sont recombinées de la même manière.

Une absence de la protéine Artemis impliquée dans ce processus de recombinaison non homologue va bloquer la recombinaison V(D)J. La diversification des lymphocytes T et B est entravée, voir totalement interrompue. Leur absence dans le système immunitaire peut être la cause de différentes maladies immunodéficientes.

Les loci des gènes V, D, J sont flanqués par des recombination signal sequences (RSSs) qui sont reconnues par un groupe d’enzyme connues collectivement comme VDJ recombinases. RSS sont constitués par un heptamère (constitué de sept nucléotides) palindromique conservé, suivi d’une séquence intercalante de 12 ou 23 nucléotides, puis un nonamère (constitué de neuf nucléotides) conservé. Ainsi, dans le cas d'un réarrangement des gènes V et J, les séquences RSS situées en 3’ (aval) du segment V et en 5’(amont) du segment J sont reconnues par la recombinase. Seules des associations de RSS dissemblables sont efficacement recombinés, c’est-à-dire un RSS avec une séquence intercalante de 12 nucléotides sera recombinée avec un RSS ayant un intercalant de 23 nucléotides. Ceci est connu comme la règle 12-23.

Les recombinases VDJ sont une collection d’enzymes dont certaines sont spécifiques des lymphocytes, et d’autres sont exprimées dans de nombreux types cellulaires. Les premières étapes de la recombinaison VDJ sont pris en charge par des enzymes spécifiques des lymphocytes, appelées RAG1 et RAG2. Ces enzymes s’associent entre elles pour reconnaître les séquences RSS et induire le clivage de l’ADN aux sites RSS. Cette coupure ne concerne qu’un seul brin d’ADN, ce qui conduit la formation d’une épingle à cheveux.

D’autres enzymes VDJ recombinase sont exprimées dans de multiples types cellulaires et sont impliquées dans la réparation de l’ADN suivant l’action des protéines RAG1 et RAG2.