Origin and evolution of the adaptive immune system: genetic events and selective pressures NATURE REVIEWS | Genetics V0LUME 11 | JANUARY 2010 Specializzando:

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1 Origin and evolution of the adaptive immune system: genetic events and selective pressures NATURE REVIEWS | Genetics V0LUME 11 | JANUARY 2010 Specializzando: Ferreani Silvia

2 Introduzione Il sistema immunitario adattativo (AIS) nei vertebrati combatte diversi agenti patogeni e quindi è utile cercare di capire la struttura dei suoi componenti, le sue origini e le pressioni selettive che hanno portato alla sua formazione e alla sua evoluzione.

3 Introduzione (2) AIS è stato generato da ipermutazioni geniche somatiche e da un riarrangiamento in geni codificanti parti di anticorpi, a partire dai pesci primordiali.

4 I geni codificanti per le immunoglobuline e per MHC sono presenti solo nei vertebrati più recenti Nei vertebrati meno recenti sono presenti altri tipi di anticorpi, come ad esempio VLR Evoluzione di AIS nei Deuterostomi

5 IgA è stata rilevata inizialmente nei rettili, sembra avere le stesse funzioni in tutti gli animali e sembra essere legata filogeneticamente a Ig presenti nelle rane IgG è stata trovata inizialmente negli anfibi e pare essere derivata da IgY, come anche IgE sembra esserlo Guardando la struttura dei geni codificanti le Ig, si nota come sia sempre presente il dominio J (in verde nella figura) Le Ig e i relativi geni nei vertebrati

6 Gli anticorpi VLR (Variable Lymphocyte Receptor), presenti nei vertebrati meno evoluti, subiscono un riarrangiamento in posizione 3’, dove è presente un dominio ricco di leucine Due forme di AIS nei vertebrati

7 I geni umani per MHC sono situati in posizione 6p21-p22. Nel cromosoma ‘’Proto MHC’’, ricostruito dall’analisi filogenetica, non erano presenti in questa posizione. MHC nell’uomo

8 Le immunoglobuline e VLR mostrano un dominio J dalla cui struttura è possibile inferire che le cellule B e T siano state probabilmente presenti in un antenato comune a tutti i vertebrati Un ipotetico modello per l’origine delle Ig e degli anticorpi VLR

9 Conclusioni AIS è un sistema estremamente complesso, prodotto da geni che codificano per diverse famiglie di anticorpi, tra cui Ig,VLR e MHC; Le Ig e VLR presentano un dominio J con una struttura molto simile.

10 Prospettive future (1) Poiché le Ig e VLR presentano un dominio J la cui struttura fa ipotizzare che le cellule T e le cellule B siano state presenti in un antenato comune a tutti i vertebrati, si vuole capire se Ig e VLR siano derivate esse stesse da un antenato comune. Per riuscire a comprendere ciò, è necessario effettuare studi filogenetici di comparazione tra corrispondenti sequenze nucleotidiche facenti parte di un’Ig e di un anticorpo VLR e realizzare i relativi alberi filogenetici.

11 Prospettive future (2) Gli studi filogenetici volti a stabilire il legame evolutivo fra Ig e VLR possono servire anche ad elucidare se il sistema VLR, di cui si conosce ancora poco, presenti un meccanismo di funzionamento e di regolazione simile a quello del sistema Ig. Studi di espressione, ad esempio mediante RT- PCR, serviranno a stabilire se l’azione dei geni delle due classi sia complementare, coordinata ecc.