Mekanisme berikut berkontribusi pada pengembangan antibodi:
- Beberapa segmen gen baris benih V, D, dan J:
DNA germ line manusia mengandung segmen gen 51V H , 27D H , 40V k , 5J k , 30V λ , dan 4J λ . Angka-angka ini berasal dari studi gen imunoglobulin dari satu individu, David Perry.
Nomor segmen gen mungkin sedikit berbeda pada individu lain. Mouse memiliki sekitar 134V H , 13D H , 4 J K fungsional , 85V k , 4 J k fungsional , 2V λ , dan 3 segmen gen J λ fungsional.
- Kombinasi acak segmen gen VJ dan V-(D)-J:
Keragaman antibodi yang sangat besar diciptakan oleh kombinasi acak dari segmen gen V, J, dan D. Kemungkinan kombinasi segmen gen V, D, dan J manusia berikut menggambarkan jumlah molekul antibodi berbeda yang dapat dibuat oleh sistem kekebalan tubuh manusia.
51V H x 27D H x 6J H = 8262 kemungkinan rekombinasi
40V k x 5J k = 200 kemungkinan rekombinasi
30V λ x 4J λ =120 kemungkinan rekombinasi
Kemungkinan asosiasi kombinatorial rantai berat dan rantai ringan = 8262 (200+120) = 2,64 x 10 6
- Fleksibilitas persimpangan:
Seperti dijelaskan sebelumnya, rekombinasi V, D, dan J dicapai dengan menghilangkan segmen gen tertentu, diikuti dengan rekombinasi segmen gen yang tersisa. Rekombinasi melibatkan penggabungan RSS untuk membentuk sambungan sinyal dan penggabungan urutan pengkodean untuk membentuk sambungan pengkodean. RSS bergabung dengan tepat. Tetapi penggabungan urutan pengkodean seringkali tidak tepat.
Penggabungan yang fleksibel dalam urutan pengkodean menghasilkan beberapa kombinasi produktif yang mengkodekan asam amino alternatif pada sambungan pengkodean. Akibatnya, keragaman dihasilkan. Fenomena ini disebut sebagai fleksibilitas fungsional.
Variasi urutan asam amino yang dihasilkan oleh fleksibilitas junctional pada sambungan pengkodean termasuk dalam CDR3 (wilayah penentu komplementaritas ketiga). Karena wilayah CDR3 hadir di situs pengikatan antigen, perubahan urutan asam amino yang dihasilkan oleh fleksibilitas sambungan merupakan fenomena penting dalam pembentukan keragaman antibodi.
- Penambahan nukleotida wilayah-P (penambahan-P):
Selama rekombinasi DNA garis kuman, untai tunggal DNA dibelah di persimpangan segmen gen variabel dan urutan sinyal yang terpasang.
sebuah†”
Nukleotida pada akhir urutan pengkodean kembali membentuk struktur jepit rambut.
sebuah†”
Jepit rambut kemudian dibersihkan oleh endonuklease. Pembelahan kedua ini terkadang menyisakan untaian tunggal pendek di akhir urutan pengkodean.
sebuah†”
Nukleotida komplementer ditambahkan ke untai ini oleh enzim perbaikan untuk menghasilkan urutan palindromik dalam sambungan pengkodean (karenanya disebut P-nukleotida).
- Penambahan-N:
Sambungan pengkodean wilayah variabel pada gen rantai berat yang disusun ulang ditemukan memiliki nukleotida tertentu yang tidak ada pada segmen gen baris benih V, D, dan J. Nukleotida ini ditambahkan selama proses penggabungan DJ dan V-(D)-J oleh enzim yang disebut terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT). Hingga 15 N-nukleotida dapat ditambahkan ke D H Jh dan V H D H J H . Selanjutnya penambahan N-nukleotida terjadi di wilayah CDR3 dari gen rantai berat.
- Hiper-mutasi somatik:
Diyakini bahwa setelah gen wilayah variabel yang disusun ulang terbentuk, unit yang disusun ulang itu stabil dan tetap tidak berubah. Tetapi kemudian ditemukan bahwa nukleotida individu pada unit VJ dan VDJ diganti dengan nukleotida lain. Oleh karena itu perubahan nukleotida setelah penataan ulang DNA germ line menambah keragaman antibodi. Mekanisme ini disebut sebagai hipermutasi somatik.
Hiper-mutasi somatik terjadi pada sel B setelah tantangan antigen. Dalam seminggu setelah imunisasi dengan antigen, hiper-mutasi somatik terjadi pada sel B yang terletak di pusat germinal organ limfoid sekunder. Karena perubahan urutan nukleotida (karena hiper-mutasi somatik) di daerah VJ dan VDJ, antibodi yang dihasilkan setelah hiper-mutasi somatik sedikit berbeda dari antibodi yang diproduksi sebelumnya oleh sel B yang sama.
Mekanisme hiper-mutasi somatik tidak diketahui. Sebagian besar mutasi adalah substitusi nukleotida daripada penyisipan atau penghapusan. Variasi tersebut (setelah tantangan antigen) cenderung menghasilkan antibodi dengan kemampuan yang lebih besar untuk mengikat antigen. Sel B yang menghasilkan antibodi afinitas tinggi lebih disukai dipilih untuk bertahan hidup.
Oleh karena itu proses ini juga disebut sebagai ‘pematangan afinitas’. Meskipun hiper-mutasi somatik dapat terjadi di seluruh wilayah VJ dan VDJ, perubahan tersebut dikelompokkan dalam CDR. Laju mutasi spontan pada gen lain sekitar 10 -8 /bp/generasi. Tetapi hipermutasi somatik pada unit gen VJ dan VDJ pada sel B terjadi pada frekuensi sekitar 10 -3 /bp/generasi.
- Asosiasi rantai berat dan rantai ringan:
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, wilayah variabel rantai berat manusia dapat menghasilkan sekitar 8262 sekuens DNA rantai berat variabel rekombinan. Kemungkinan rekombinasi dalam urutan DNA Vk dan Vλ masing-masing adalah 200 dan 120. Baik Vk atau Vλ, rantai dapat bergabung dengan rantai berat untuk menghasilkan molekul imunoglobulin yang lengkap. Oleh karena itu, jumlah potensial pasangan rantai berat-ringan adalah 2.644.240 (2,6 x 10 6 ).
Mekanisme lain seperti fleksibilitas fungsional, penambahan P, dan penambahan N juga menambah keragaman generasi imunoglobulin. Namun, sangat sulit untuk membuat perhitungan yang akurat tentang jumlah molekul antibodi yang dapat dibuat oleh sistem kekebalan tubuh. Diperkirakan bahwa sistem kekebalan manusia dapat menghasilkan sekitar 10 molekul antibodi yang beragam.
