Isotype Class Switching
Antilichamen kunnen in verschillende variëteiten voorkomen, die isotypen of klassen worden genoemd. Bij placentazoogdieren zijn er vijf isotypen antilichamen: IgA, IgD, IgE, IgG en IgM. Ze worden elk genoemd met een “Ig”-voorvoegsel dat staat voor immunoglobuline (een andere naam voor antilichaam) en verschillen in hun biologische eigenschappen, functionele locaties en vermogen om met verschillende antigenen om te gaan.
Het antilichaam-isotype van een B-cel verandert tijdens de ontwikkeling en activering van de cel. Onrijpe B-cellen, die nog nooit aan een antigeen zijn blootgesteld, staan bekend als naïeve B-cellen en brengen alleen het IgM-isotype tot expressie in een aan het celoppervlak gebonden vorm. B-cellen beginnen zowel IgM als IgD tot expressie te brengen wanneer zij volgroeid zijn; de co-expressie van beide immunoglobuline-isotypen maakt de B-cel “volgroeid” en klaar om op een antigeen te reageren. Activering van de B-cel volgt op de binding van de celgebonden antilichaammolecule met een antigeen, waardoor de cel zich gaat delen en differentiëren in een antilichaamproducerende cel, een plasmacel genaamd. In deze geactiveerde vorm begint de B-cel antilichamen te produceren in een uitgescheiden vorm in plaats van in een membraangebonden vorm. Als deze geactiveerde B-cellen via hun CD40- en cytokinereceptoren (beide gemoduleerd door T-helpercellen) in aanraking komen met specifieke signaalmoleculen, ondergaan zij een omschakeling van antilichaamklasse om IgG-, IgA- of IgE-antilichamen (van IgM of IgD) te produceren, die een welomschreven rol spelen in het immuunsysteem.
Immunoglobulin class switching (of isotype switching, of isotypic commutation, of class switch recombination (CSR)) is een biologisch mechanisme dat de productie van antilichamen door een B-cel verandert van de ene klasse naar de andere; bijvoorbeeld van een isotype IgM naar een isotype IgG. Tijdens dit proces wordt de constante regio van de zware keten van het antilichaam veranderd, maar de variabele regio van de zware keten blijft dezelfde (de termen “constant” en “variabel” verwijzen naar veranderingen of het ontbreken daarvan tussen antilichamen die gericht zijn tegen verschillende epitopen). Aangezien de variabele regio niet verandert, heeft het veranderen van klasse geen invloed op de specificiteit van het antigeen. In plaats daarvan behoudt het antilichaam affiniteit voor dezelfde antigenen, maar kan het een wisselwerking aangaan met verschillende effectormoleculen. Hierdoor kunnen verschillende dochtercellen van dezelfde geactiveerde B-cel antilichamen van verschillende isotypen of subtypen produceren (bv. IgG1, IgG2 enz.).
Klasswitching vindt plaats door een mechanisme dat class switch recombination (CSR) binding wordt genoemd. Klasse-switch recombinatie is een biologisch mechanisme dat het mogelijk maakt de klasse van antilichaam geproduceerd door een geactiveerde B-cel te veranderen tijdens een proces dat bekend staat als isotype of klasse-switching. Tijdens CSR worden delen van de antilichaam-zware keten locus van het chromosoom verwijderd, en de gensegmenten rond het verwijderde deel worden weer samengevoegd om een functioneel antilichaamgen te behouden dat antilichamen van een ander isotype produceert. Dubbelstrengsbreuken worden in het DNA gegenereerd op geconserveerde nucleotidemotieven, die schakelgebieden (S-gebieden) worden genoemd en zich stroomopwaarts bevinden van gensegmenten die coderen voor de constante regio’s van zware ketens van antilichamen; deze breuken komen voor naast alle genen in de constante regio’s van de zware ketens, met uitzondering van de δ-keten. Het DNA wordt bij twee geselecteerde S-regio’s ingepikt en gebroken door de activiteit van een reeks enzymen, waaronder Activation-Induced (Cytidine) Deaminase (AID), uracil-DNA-glycosylase en apyrimidische/apurinische (AP)-endonucleasen. Het tussenliggende DNA tussen de S-regio’s wordt vervolgens van het chromosoom verwijderd, waarbij ongewenste exonen uit de constante-regio van de μ- of δ-zware keten worden verwijderd en vervanging van een gensegment uit de constante-regio van de γ, α of ε mogelijk wordt gemaakt. De vrije uiteinden van het DNA worden weer aan elkaar verbonden door een proces dat niet-homologe endjunctie (NHEJ) wordt genoemd om het variabele domeinexon te koppelen aan het gewenste stroomafwaartse constante domeinexon van de antilichaam-zware keten. Bij afwezigheid van niet-homologe eindverbindingen kunnen vrije uiteinden van DNA worden samengevoegd via een alternatieve route die gericht is op microhomologieverbindingen. Met uitzondering van de μ- en δ-genen komt op elk moment slechts één antilichaamklasse door een B-cel tot expressie.