Lo scambio di classe - isotipo - della catena pesante

In risposta agli stimoli indotti da CD40 e dalle citochine, una parte della progenie di linfociti B attivati esprimenti IgM e IgD va incontro al processo dello scambio di classe delle catene pesanti, con conseguente produzione di anticorpi di classe diversa (γ,α e ε). Lo scambio di classe si verifica nei linfociti B attivati presenti nei centri germinativi dei tessuti linfoidi secondari. Le citochine svolgono un ruolo essenziale nel regolare lo scambio verso particolari isotipi, come nel caso dell'IL-4 (prodotta soprattutto dai linfociti T CD4+) che è la principale induttrice dello scambio verso IgE. I segnali generati da CD40, e la conseguente attivazione di AID (Activation-Induced Deaminase) posto a valle di CD40, rappresentano il principale meccanismo di stimolazione dei processi di generazione delle mutazioni somatiche e di scambio isotipico. Inoltre, lo scambio isotipico viene regolato differentemente in risposta ai diversi tipi di microrganismi e la “scelta” tra i vari isotipi viene “direzionata” dalle diverse citochine prodotte dalle distinte sottopopolazioni di linfociti T helper attivati dai patogeni. Ad esempio, batteri capsulati ricchi di polisaccaridi evocano principalmente una risposta immunitaria umorale TI caratterizzata dalla produzione di IgM che, legandosi ai batteri, attivano il sistema del complemento e inducono la fagocitosi dei microrganismi opsonizzati, quindi avremo scarso (o addirittura assente) scambio isotipico. Differentemente, la risposta immunitaria a molti virus e batteri consiste nella produzione di IgG che bloccano l'entrata dei microrganismi nelle cellule ospiti e potenziano la fagocitosi ad opera dei macrofagi. In effetti, i virus e molti batteri attivano soprattutto i linfociti TH1 che producono IFN-γ, il principale induttore dello scambio verso le sottoclassi di IgG. Infine, la principale risposta immunitaria verso molti parassiti (soprattutto gli elminti) consiste nella produzione di IgE, che mediano l'eliminazione del parassita da parte degli eosinofili. In effetti, gli elminti stimolano preferenzialmente i linfociti TH2 che producono IL-4, che induce lo scambio verso le IgE, classe coinvolta anche nelle allergie.
Comunque il principale meccanismo molecolare attraverso cui avviene lo scambio di classe è un processo denominato ricombinazione per scambio. Durante tale processo, nel linfocita B il segmento genico riarrangiato VDJ (Variable-Diversity-Joining) si ricombina con un gene CH più a valle e il DNA interposto viene exciso ed eliminato. Questi eventi di ricombinazione coinvolgono sequenze nucleotidiche definite regioni di scambio, contenenti numerose sequenze ricche di GC, un piccolo esone a monte di quest'ultime definito esone I (iniziatore) e preceduto da una regione promoter. CD40 e le citochine attivano lo scambio di classe aumentando l'accessibilità del DNA codificante per uno specifico locus C a fenomeni di taglio e riparazione, inducendo di conseguenza la trascrizione verso l'esone I, la regione di scambio e l'esone CH. In effetti, alla fine di questi processi si otterrà che l'esone VDJ riarrangiato subito adiacente alla regione di scambio si ricombina con la corrispondente regione C più a valle attivata trascrizionalmente. Ad esempio, nel trascritto germinativo, IL-4 induce la trascrizione del locus Iε-Sε-Cε. Quindi in un linfocita B che esprime IgM, ciò porta dapprima alla produzione di trascritti germinativi ε e poi alla ricombinazione per scambio che porta alla produzione di IgE. Tali anticorpi avranno comunque sempre lo stesso esone VDJ e la stessa regione variabile (V) delle IgM originariamente espresse da quel linfocita B. L'enzima chiave del processo di scambio di classe e di maturazione dell'affinità è AID (Activation-Induced Deaminase).  Questo agisce a livello delle catene stampo di DNA a singola catena catalizzando la deaminazione delle citosine convertendole a uracile. Questo accade nel processo di trascrizione, quando lo scivolamento dell'RNA polimerasi sulla catena stampo, crea delle piccole anse di DNA a singola elica, dette “loop R”, che fungono da substrato per AID, il quale converte i residui di citosina in uracile. Successivamente un secondo enzima, definito uracil N-glicosilasi, rimuove i residui di uracile generando siti privi di basi azotate che vengono riconosciuti e rimossi da un terzo enzima, l'endonucleasi Ape 1, che genera così dei tagli. I tagli presenti su entrambi le catene vanno quindi a costituire rotture della doppia elica di DNA, che guideranno lo scambio di classe, grazie all'eliminazione della sequenza di DNA compresa e la saldatura delle due terminazioni libere attraverso un apparato definito “di riparazione delle rotture della doppia elica”.