哺乳动物的免疫系统进化出了独特的遗传机制,通过在转录之前将不同的抗体基因片段重排,以一种非常经济的方式产生几乎无限数量的抗体轻链和重链组合。
抗体由重链(HC)和轻链(LC)两条单独多肽构成的免疫球蛋白(Ig)。重链基因簇位点在人类14号染色体,LC基因簇位于人类2号染色体和人类22号染色体。重链基因簇由可变区(V)编码序列、超变区(D)编码序列、连接区(J)编码序列和一个不变区(C)编码序列组成。来自HC的C区域决定了抗体的等型(IgM、IgG、IgA、IgE或IgD)。V、D和J区决定抗体特异性。轻链基因由可变区V区编码序列、J区编码序列和C区编码序列组成。与重链一样,抗体轻链的特异性由V和J区决定。
以上基因组中的基因都是不具有功能性的,为了使功能性重链基因激活,需要将V、D、和J区域编码序列结合在一起,形成一个功能基因。在轻链中,V和J编码区域也需要结合在一起,重链VDJ和轻链VJ片段的多样性组合是产生抗体多样性的原因。
在B细胞分化阶段,这些基因片段重组形成活跃基因转录指导抗体合成。重链V、D、J区域和轻链V、J区域的组合导致了不同种类的抗体。每一个成熟的B细胞都只有一个单一活跃的HC基因和一个活跃的LC基因,这个过程被称为等位排斥。一旦一个基因被确定激活,另外的等位基因就会被关闭。这个过程确保在一个单独的B细胞中只激活一个HC和一个LC基因。
重新排列的过程是随机,在一次成功的重新排列中,每一个B细胞将生成一个VDJ和一个VJ组合。由于这个过程在每个组件的选择中是随机的,可能的组的数量取决于可发生的重链和轻链配对的数量。
据估计,人类约有40个重链V区,24个D区,6个J区编码序列,82个轻链V区和10个J区编码序列。计算出重链 VDJ和轻链VJ组合就有大约2百万种抗体可以通过基因重组产生。B细胞在此过程中存活取决于HC和LC基因的成功重组,因此只有B细胞能够产生“功能性”抗体。
此外,在人类免疫系统中还发现别的多样化机制,使产生的可能的抗体数目远大于这个数字。