La exclusión alélica es un proceso por el cual solo se expresa un alelo de un gen mientras que el otro alelo se silencia. [1] Este fenómeno es más notable por desempeñar un papel en el desarrollo de los linfocitos B , donde la exclusión alélica permite que cada linfocito B maduro exprese solo un tipo de inmunoglobulina . Esto posteriormente da como resultado que cada linfocito B pueda reconocer solo un antígeno. [2] Esto es significativo ya que la coexpresión de ambos alelos en los linfocitos B está asociada con la autoinmunidad y la producción de autoanticuerpos . [3]
Muchos procesos reguladores pueden conducir a la exclusión alélica. En un caso, un alelo del gen puede quedar silenciado desde el punto de vista transcripcional, lo que da como resultado la transcripción y expresión únicamente del otro alelo. [2] Esto podría deberse en parte a una disminución de la metilación del alelo expresado. [4] Por el contrario, la exclusión alélica también puede regularse mediante un reordenamiento alélico asincrónico . [5] En este caso, ambos alelos se transcriben, pero solo uno se convierte en una proteína funcional. [2]
La exclusión alélica se ha observado con mayor frecuencia en genes de receptores de superficie celular y se ha estudiado ampliamente en células inmunes como los linfocitos B. La exclusión alélica de los genes de cadena pesada y cadena ligera de inmunoglobulina (Ig) en las células B forma la base genética para la presencia de un solo tipo de receptor de antígeno en un linfocito B dado, lo que es central para explicar la regla de "una célula B - un anticuerpo". [6] El dominio variable del receptor de antígeno de la célula B está codificado por los segmentos de genes V, (D) y J, cuya recombinación da lugar a la exclusión alélica del gen Ig. La recombinación V(D)J ocurre de manera imprecisa, de modo que mientras se expresan las transcripciones de ambos alelos, solo uno es capaz de dar lugar a un receptor de antígeno de superficie funcional. Si no se produce una reorganización exitosa en ninguno de los cromosomas, la célula muere.
En el modelo estocástico, si bien se propone que el reordenamiento de Ig es muy eficiente, se supone que la probabilidad de un reordenamiento alélico funcional es muy baja en comparación con la probabilidad de un reordenamiento no funcional. [7] Como resultado, la recombinación exitosa de más de un alelo de Ig funcional en una célula B ocurre estadísticamente con muy poca frecuencia. [8]
En los modelos de recombinación asincrónica, el proceso de recombinación está controlado por el tiempo de la recombinasa del gen activador de la recombinación (RAG) y la accesibilidad de cada alelo de Ig dentro de la estructura de la cromatina . [7]
El modelo de inhibición por retroalimentación es similar al modo de recombinación asincrónica, pero enfatiza los mecanismos que mantienen la asincronía de la recombinación. Este modelo sugiere que una recombinación que da lugar a un receptor funcional de la superficie de las células B causará una serie de señales que suprimirán la recombinación posterior. [10] Sin estas señales, la recombinación alélica continuará. El modelo de retroalimentación clásico está corroborado empíricamente por las proporciones de recombinación observadas. [10]
La exclusión alélica de los genes de cadena ligera Igκ e Igλ es un proceso controlado por la iniciación monoalélica de la recombinación V(D)J . Si bien se sabe poco sobre el mecanismo que conduce a la exclusión alélica de los genes Igλ, el locus Igκ generalmente se inactiva mediante la eliminación mediada por RAG del exón Cκ. El paso de recombinación V(D)J es un proceso aleatorio y no específico que ocurre un alelo a la vez donde los segmentos V, (D) y J se reorganizan para codificar la región variable, lo que da como resultado una fracción de genes funcionales con una región V(D)J productiva. [11] Luego, la exclusión alélica se aplica a través de la inhibición por retroalimentación donde el gen Ig funcional inhibe la reorganización V(D)J del segundo alelo. Si bien este mecanismo de retroalimentación se logra principalmente a través de la inhibición de la yuxtaposición de los segmentos V y DJ, la regulación negativa de la transcripción y la supresión de la accesibilidad a RAG también juegan un papel. [12]
Las neuronas sensoriales vomeronasales se encuentran en el órgano vomeronasal en la base del tabique nasal y su especialidad es la detección de feromonas . [13] [14] [15] [16] [17] [18] Un receptor vomeronasal , V1R, exhibe exclusión alélica. Cuando se expresa un gen del receptor V1R , un receptor de olores da retroalimentación negativa que impide la transcripción de otros genes del receptor V1R. [13] [14] [15] [16] En las neuronas sensoriales vomeronasales de ratones, la transcripción exógena de una secuencia codificante del receptor de olores de un promotor V1R puede detener la transcripción de genes V1R endógenos . [13] [14] [15] [16] También obtuvieron [13] datos que respaldan la expresión monoalélica de los alelos V1rb2 mv y V1rb2 vg y la expresión monogénica del locus V1rb2 . [13]
También se encontró expresión monoalélica en genes de receptores olfativos de ratones en neuronas sensoriales olfativas . [14] [15] [16] Una región de ADN que actúa en cis en sentido ascendente controla la activación de un grupo de genes de receptores olfativos y resultó en la expresión monogénica de un gen de receptor olfativo. [14] [15] [16] La interrupción o eliminación de la región codificante expresada resultó en la expresión de un segundo gen de receptor olfativo. [15] Con base en esto, [15] plantearon la hipótesis de que para hacer cumplir la "regla de un receptor-una neurona" (Serizawa et al, 2003 [15] ), son necesarias la activación aleatoria de un gen de receptor olfativo y la retroalimentación negativa del producto del gen expresado . [14] [15] [16]
La expresión intracelular de GATA3 es un componente crucial de la exclusión alélica del receptor beta de células T (TCR𝛽) en células de mamíferos . [14] [15] [16] [19] [20] La sobreexpresión transgénica de GATA3 por un aumento de 2,5 a 5 veces en parte debido a la activación transcripcional de Gata3 de monoalélico a bialélico resultó principalmente en la recombinación de ambos alelos de TCR𝛽 . [14] La expresión intracelular de GATA3 puede dividir poblaciones de células de timocitos inmaduros de tipo salvaje . [14] [15] [16] [19] [20] Aunque las células independientemente del nivel de expresión de GATA3 produjeron secuencias funcionales de TCR𝛽, hubo una recombinación casi exclusiva de un locus Tcrb en células GATA3 de baja expresión y una recombinación constante de ambos alelos en células GATA3 de alta expresión. [14]
Las secuencias de señal de recombinación V𝛽 (RSS) con calidades pobres suprimieron la expresión de un alelo de dos genes TCR𝛽. [21] [22] Estas RSS V𝛽 de calidad pobre disminuyeron las posibilidades de recombinación V𝛽 y V31 corriente arriba en el mismo alelo, lo que a su vez permitió el ensamblaje y la expresión monoalélica de genes TCR𝛽 funcionales. [21] [22] Sin embargo, era poco probable que las RSS V𝛽 de calidad pobre dieran como resultado la expresión monogénica de TCR𝛽 solo y podrían haber involucrado otros procesos epigenéticos . [21] [22] Las RSS están involucradas en el ensamblaje y la expresión monogénica de genes TCR𝛽 de mamíferos y también pueden estar involucradas en otros genes relacionados con TCR de mamíferos. [21] Los objetivos de recombinasa V𝛽 de baja calidad restringen aleatoriamente la producción de dos reordenamientos funcionales que imponen la exclusión alélica de TCR𝛽. [22]