Isotyyppiluokkien vaihtuminen
Vasta-aineita voi olla eri lajeja, joita kutsutaan isotyypeiksi tai luokiksi. Istukkanisäkkäillä on viisi vasta-aineen isotyyppiä: IgA, IgD, IgE, IgG ja IgM. Ne on nimetty kukin etuliitteellä ”Ig”, joka tarkoittaa immunoglobuliinia (toinen nimi vasta-aineelle), ja ne eroavat toisistaan biologisilta ominaisuuksiltaan, toiminnallisilta paikoiltaan ja kyvyiltään käsitellä erilaisia antigeenejä.
B-solun vasta-aineen isotyyppi muuttuu solun kehittymisen ja aktivoitumisen aikana. Epäkypsiä B-soluja, jotka eivät ole koskaan altistuneet antigeenille, kutsutaan naiiveiksi B-soluiksi, ja ne ilmentävät vain IgM-isotyyppiä solupintaan sitoutuneessa muodossa. B-solut alkavat ilmentää sekä IgM:ää että IgD:tä, kun ne saavuttavat kypsyyden; näiden molempien immunoglobuliinien isotyyppien samanaikainen ilmentyminen tekee B-solusta ”kypsän” ja valmiin vastaamaan antigeeniin. B-solun aktivoituminen seuraa soluun sitoutuneen vasta-ainemolekyylin sitoutumisesta antigeeniin, jolloin solu jakautuu ja erilaistuu vasta-aineita tuottavaksi soluksi, jota kutsutaan plasmasoluksi. Tässä aktivoituneessa muodossa B-solu alkaa tuottaa vasta-ainetta erittyvässä muodossa eikä kalvoon sitoutuneessa muodossa. Jos nämä aktivoituneet B-solut kohtaavat CD40- ja sytokiinireseptoriensa (joita molempia T-apurisolut muokkaavat) kautta erityisiä signaalimolekyylejä, ne vaihtavat vasta-aineluokkaa ja tuottavat IgG-, IgA- tai IgE-vasta-aineita (IgM:stä tai IgD:stä), joilla on määritelty tehtävä immuunijärjestelmässä.
Immunoglobuliinien luokkavaihdos (tai isotyyppivaihdos, tai isotyyppikommutaatio, tai luokkavaihdoksen rekombinaatio (CSR)) on biologinen mekanismi, joka muuttaa B-solun vasta-ainetuotantoa yhdestä luokasta toiseen; esimerkiksi IgM-nimisestä isotyypistä IgG-nimiseen isotyyppiin. Tämän prosessin aikana vasta-aineen raskaan ketjun vakioalueen osa muuttuu, mutta raskaan ketjun muuttuva alue pysyy samana (termit ”vakio” ja ”muuttuva” viittaavat eri epitooppeihin kohdistuvien vasta-aineiden välisiin muutoksiin tai niiden puuttumiseen). Koska muuttuva alue ei muutu, luokan vaihto ei vaikuta antigeenispesifisyyteen. Sen sijaan vasta-aine säilyttää affiniteettinsa samoihin antigeeneihin, mutta voi olla vuorovaikutuksessa erilaisten efektorimolekyylien kanssa. Tämä mahdollistaa sen, että saman aktivoituneen B-solun eri tytärsolut voivat tuottaa eri isotyyppejä tai alatyyppejä (esim. IgG1, IgG2 jne.) vasta-aineita.
Luokanvaihto tapahtuu mekanismilla, jota kutsutaan luokkakytkennän rekombinaatioksi (class switch recombination, CSR) sitoutumisella. Luokkakytkennän rekombinaatio on biologinen mekanismi, jonka avulla aktivoituneen B-solun tuottama vasta-aineluokka voi muuttua prosessin aikana, jota kutsutaan isotyypin tai luokan vaihtamiseksi. CSR:n aikana kromosomista poistetaan osia vasta-aineen raskaan ketjun lokuksesta, ja poistettua osaa ympäröivät geenisegmentit yhdistetään uudelleen, jolloin säilyy toimiva vasta-ainegeeni, joka tuottaa eri isotyyppistä vasta-ainetta. DNA:han syntyy kaksijuosteisia katkoksia konservoituneissa nukleotidimotiiveissa, joita kutsutaan kytkentäalueiksi (S-alueiksi) ja jotka ovat ylävirtaan päin niistä geenisegmenteistä, jotka koodaavat vasta-aineketjujen raskaiden ketjujen vakioalueita; näitä katkoksia esiintyy kaikkien raskaiden ketjujen vakioalueiden geenien vieressä δ-ketjua lukuun ottamatta. DNA:ta niksautetaan ja katkaistaan kahdella valitulla S-alueella useiden entsyymien, kuten aktivointi-indusoidun (sytidiini)deaminaasin (AID), urasiili-DNA-glykosylaasin ja apyrimidi-/apuriini-endonukleaasien (AP), vaikutuksesta. S-alueiden väliin jäävä DNA deletoidaan tämän jälkeen kromosomista, jolloin poistetaan ei-toivotut μ- tai δ-raskaan ketjun vakioalueen eksonit ja mahdollistetaan γ-, α- tai ε-vakioalueen geenisegmentin korvaaminen. DNA:n vapaat päät yhdistetään uudelleen prosessilla, jota kutsutaan NHEJ:ksi (non-homologous end joining), jotta muuttuvan domeenin eksoni voidaan liittää vasta-aineen raskaan ketjun haluttuun alajuoksun vakioalueen eksoniin. Jos ei-homologista loppuliitosta ei tapahdu, DNA:n vapaat päät voidaan yhdistää uudelleen vaihtoehtoisella reitillä, joka on suuntautunut mikrohomologisiin liitoksiin. μ- ja δ-geenejä lukuun ottamatta B-solu ilmentää aina vain yhtä vasta-aineluokkaa.
Kuvio 1. Luokkakytkennän rekombinaation mekanismi.