Evidence for somatic rearrangement of immunoglobulin genes coding for

variable and constant regions

Nobumichi Hozumi

Susumu Tonegawa

Von Helen Haukamp 28.2.2011

Inhalt

• Susumu Tonegawa • Wissensstand 1976• Experimente zur Klärung der Entstehung der

Antikörper-Diversität• Ergebnisse• Diskussion • Offene Fragen • Heutiger Wissensstand • Die Schlüsselergebnisse • Quellen

Susumu Tonegawa

• Susumu Tonegawa bekam 1987 den Nobelpreis in Physiologie/Medizin

Entdeckung des genetischen Prinzips für die Generierung der Antikörper-Diversität

Quelle: http://www.brain.riken.jp/bsi-news/bsinews37/files/s_tonegawa.jpg

Was war 1976 bekannt? • Antikörper bestehen aus zwei

verbundenen Regionen

variable Region und konstante Region • Große Antikörper-Diversität

es gibt mehrere Gene führ die variable Region in der Keimbahn

• genaue Anzahl der Gene nicht bekannt, wahrscheinlich einige Gene für die konstante Region (C-Gene) und viele Gene für die variable Region (V-Gene)

V1 V2 V3 V4 C

Quelle: janeway

Experimente zur Klärung der Entstehung der Antikörper-Diversität

• Verwendete DNA:

DNA von Balb/c Maus früher Embryo (Embryo DNA)

DNA aus MOPC 321 Plasmazytomzellen (Tumor DNA)

• Schritt 1: DNA-Verdau durch selbst aufgereinigte BamH I Restrictions Endonuklease

• Schritt 2: Gießen eines 2 Liter Agarose Gels und Beladung mit je 5 mg DNA

Elektrophorese bei 4° für 3 Tage

• Schritt 3: Extraktion der DNA aus dem Agarose Gel

• Schritt 4: RNA-DNA Hybridisierung - mit MOPC 321 125I-markierter κ mRNA oder

ihrem 3`-Ende (3`-Hälfte)

- Resultierende Radioaktivität wurde gemessen

Ergebnisse

Hybridisierungsmuster der Embryo-DNA (Keimbahn-DNA) und der Tumor-DNA

Quelle: original Text

CP

M IN

HY

BR

ID

MIGRATION (cm)

MOLECULAR WEIGHT (x10-6)

Hybridisierte DNA und mRNA Moleküle weisen eine erhöhte Radioaktivität auf.

Ergebnis für die Embryo-DNA

• Zwei Fragmente zeigen Hybridisierung

1. Molekulargewicht: 6.0 (x10-6) Mr

3`-Ende 3`-Ende

κ mRNA (ganz)

κ mRNA 3`-Hälfte

2. Molekulargewicht: 3.9 (x10-6) Mr

κ mRNA (ganz)

5`-Ende

Ergebnis die Tumor-DNA

• Ein Fragment zeigt HybridisierungMolekulargewicht: 2.4 (x10-6) Mr

κ mRNA (ganz) κ mRNA 3`-

Hälfte

3`3´5´5`

V- und C-Gene sind in dem 2.4 (x10-6) Mr

DNA Fragment enthalten

Diskussion

• Die Embryo-DNA enthält zwei Fragmente die nicht in der Tumor-DNA enthalten sind

V-Gen Fragment und C-Gen Fragment Also liegen die V- und C-Gene in der Keimbahn

DNA weit voneinander entfernt

• Die Tumor DNA enthält ein Fragment das nicht in der Embryo DNA enthalten ist

V-C-Gen Fragment Also liegen die V- und C-Gene in der

differenzierten DNA nebeneinander und sind verbunden

Vκ- und Cκ-Gene sind in der Keimbahn nicht verbunden, sondern weit von einander entfernt.

Sie werden während der Reifung von Lymphozyten rekombiniert.

Quelle: original Text

Offene Fragen I• Mechanismus der Rekombination

Mögliche Rekombinations- Mechanismen von V-Genen und C- Genen:

Quelle: original Text

A)Copy-insertion

B)Excision-insertion

C)Deletion

D)Inversion

Offene Fragen II

• B-Lymphozyten exprimieren nur ein V-Gen der leichten Kette Wie wird ein bestimmtes V-Gen aktiviert?

- mögliche Erklärung: Die Aktivierung ist eng gekoppelt mit dem Zusammentreffen mit

einem C-Gen

• in einem B-Lymphozyten wird nur ein Allel exprimiert gibt es also einen Allelausschluss?

- mögliche Erklärung: ein Allel geht verloren, das andere wird verdoppelt

Heutiger Wissensstand • Mechanismus der Rekombination

Quelle: Konzepte Vorlesung

• Allelausschluss

- Ausgelöst durch Signal des B-Zell Rezeptors

- Der Zugang der Rekombinase Maschinerie zum Schwere-Kette Lokus wird verhindert

Die Schlüsselergebnisse

• Die Hybridisierungsmuster der Embryo- und der Tumor-DNA unterscheiden sich stark voneinander – Die Embryo-DNA enthält weit voneinander entfernt

liegende V- und C-Gene– Die Tumor-DNA enthält nur ein

V-C-Genesegment

Es findet eine Umlagerung der Gene während der Differenzierung der Lymphozyten statt

Quellen

• http://www.brain.riken.jp/bsi-news/bsinews37/files/s_tonegawa.jpg

• Janeway´s immuno biology • Original Text: Evidence for somatic rearrangement of

immunoglobulin genes coding for variable and constant regions

• Konzepte Vorlesung