Recombinaison V(D)J

La recombinaison V(D)J est un mécanisme de recombinaison de l’ADN présent chez les humains et d’autres vertébrés. C’est une réaction de recombinaison site-spécifique qui permet de créer une grande diversité de récepteurs des cellules T et d’immunoglobulines qui sont nécessaires a la reconnaissance de l’immense variété des antigènes étrangers. C’est un phénomène clé dans la défense contre les pathogènes bactériens, viraux et parasitaires.

Recombinaison V(D)J

Recombinaison VDJ des immunoglobulines

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, gène localisé sur le chromosome 14
2. Chaîne légère kappa (κ), gène localisé sur le chromosome 2
3. Chaîne légère lambda (λ), gène localisé sur le chromosome 22

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

Les régions V sont codées par des gènes qui comportent trois types de segments. Par exemple, le gène 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 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 380 (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 loci 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 légère conduit a la formation de la forme membranaire de l’immunoglobuline IgM exprimée a la surface des lymphocytes B, le BCR (B-cell receptor). L’assemblage d’une chaîne légère avec une chaîne lourde forme un paratope unique. chaque Ig est donc bivalent.

Remarques

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

Recombinaison VDJ du récepteur des cellules T

La plupart des récepteurs des cellules T sont des hétérodimères formes à partir d’une chaîne alpha et d’une chaîne bêta. Les gènes codant les protéines du TCR sont structurellement semblables a 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 loci 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 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.

Remarque

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

Mécanisme

Séquences signal de recombinaison

Les locus 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 constitues 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 nucleotides sera recombinée avec un RSS ayant un intercalant de 23 nucleotides. Ceci est connu comme la règle 12-23.

VDJ recombinase

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 recombination activating gene-1 et -2 (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 a 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 RAG1 et RAG2.

Bibliographie

• Leland H Hartwell, Leroy Hood, Michael L. Goldberg, Ann E. Reynolds, Lee M. Silver, Ruth C. Veres (Genetics: From Genes to Genomes, copyright 2000). Chapter 24, Evolution at the molecular level; pages 805-807 ISBN 0-07-540923-2
• Janeway CA, Jr. et al, Immunobiology. sixième ed. Garland Science, 2005 ISBN 0443073104
• Abbas AK and Lichtman AH Cellular and Molecular Immunology. cinquième ed. Saunders, Philadelphia, 2003 ISBN 0-7216-0008-5

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