Nature 302, 575 - 581 (14 April 1983); doi:10.1038/302575a0

Somatic generation of antibody diversity

Susumu Tonegawa

Center for Cancer Research and Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA

In the genome of a germ-line cell, the genetic information for an immunoglobulin polypeptide chain is contained in multiple gene segments scattered along a chromosome. During the development of bone marrow-derived lymphocytes, these gene segments are assembled by recombination which leads to the formation of a complete gene. In addition, mutations are somatically introduced at a high rate into the amino-terminal region. Both somatic recombination and mutation contribute greatly to an increase in the diversity of antibody synthesized by a single organism.

References

1.	Jerne, N. K. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 41, 849 (1955).
2.	Jerne, N. K. A. Rev. Microbiol. 14, 341 (1960). | Article | ISI | ChemPort |
3.	Jerne, N. K. Eur. J. Immun. 1, 1 (1971). | ChemPort |
4.	Cohn, M. Cell Immun. 1, 461 (1970). | ChemPort |
5.	Hilschmann, N. & Craig, L. C. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 53, 1403 (1965). | ChemPort |
6.	Putnam, F. W. & Easley, C. W. J. biol. Chem. 240, 1626 (1965). | PubMed | ISI | ChemPort |
7.	Wu, T. T. & Kabat, E. A. J. exp. Med. 132, 211 (1970).. | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
8.	Davies, D. R., Padlan, E. A. & Segal, D. A. Rev. Biochem. 44, 639 (1975). | Article | ISI | ChemPort |
9.	Dreyer, W. J. & Bennett, J. C. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 54, 864 (1965). | ChemPort |
10.	Mage, R. in et al. The Antigens Vol. 1 (ed. Sela, M.) 299 (Academic, New York, 1973).
11.	Hozumi, N. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 73, 3628 (1976). | ChemPort |
12.	Tonegawa, S., Brack, C., Hozumi, N. & Schuller, R. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 74, 3518 (1977). | ChemPort |
13.	Brack, C. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 74, 5652 (1977). | ChemPort |
14.	Tonegawa, S., Maxam, A. M., Tizard, R., Bernard, O. & Gilbert, W. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 75, 1485 (1978). | ChemPort |
15.	Seidman, J. G. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A 75, 3881 (1978). | ChemPort |
16.	Rabbitts, T. H. & Foster, A. Cell 13, 319 (1978). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
17.	Brack, C., Hirama, M., Lenhard-Schuller, R. & Tonegawa, S. Cell 15, 1 (1978). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
18.	Lenhard-Schuller, R., Hohn, B., Brack, C., Hirama, M. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 75, 4709 (1978). | ChemPort |
19.	Bernard, O., Hozumi, N. & Tonegawa, S. Cell 15, 1133 (1978). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
20.	Seidman, J. G. & Leder, P. Nature 276, 790 (1978). | PubMed | ISI | ChemPort |
21.	Sakano, H., Huppi, K., Heinrich, G. & Tonegawa, S. Nature 280, 288 (1979). | PubMed | ISI | ChemPort |
22.	Sakano, H., Maki, R., Kurosawa, Y., Roeder, W. & Tonegawa, S. Nature 286, 676 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
23.	Max, E. E., Seidman, J. G. & Leder, P. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 76, 3450 (1979). | ChemPort |
24.	Early, P., Huang, H., Davs, M., Calame, K. & Hood, L. Cell 19, 981 (1980). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
25.	Cohn, M. et al. in The Immune System, Genes, Receptors, Signals (eds Sercarz, E. E., Williamson, A. R. & Fox, C. F.) 89 (Academic, New York, 1974). | ChemPort |
26.	Rabbitts, T. H., Matthyssens, G. & Hamlyn, P. H. Nature 284, 238 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
27.	Hieter, P. A., Korsmeyer, S. J., Waldmann, T. A. & Leder, P. Nature 290, 369 (1981).
28.	Sheppard, H. W. & Gutman, G. A. Cell 29, 121 (1982). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
29.	Matthyssens, G. & Rabbitts, T. H. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 77, 6561 (1980). | ChemPort |
30.	D'Eustachio, P., Bothwell, A. L. M., Takaro, T. K., Baltimore, D. & Ruddle, F. H. J. exp. Med. 153, 793 (1981). | Article | PubMed |
31.	Hengartner, H., Meo, T. & Muller, E. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 75, 4494 (1978). | ChemPort |
32.	Swan, D. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 76, 2735 (1979) | ChemPort |
33.	Meo, T. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 77, 550 (1980). | ChemPort |
34.	D'Eustachio, P., Pravcheva, D., Marcu, K. & Ruddle, F. H. J. exp. Med. 151 1545 (1980). | Article | PubMed |
35.	Kabat, E. A., Wu, T. T., Bilofsky, H. in Sequence of Immunological Chains NIH Publ.No. 80-20008 (1979).
36.	Blomberg, B., Traunecker, A., Eisen, H. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 3765(1981). | ChemPort |
37.	Miller, J. & Storb, U. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 79, 4681 (1981).
38.	Blomberg, B. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 79, 530 (1982). | ChemPort |
39.	Blomberg, B. & Tonegawa, S. UCLA Symp. molec. cell. Biol. 26 (in the press).
40.	Miller, J., Selsing, E. & Storb, U. Nature 295, 428 (1982). | PubMed | ISI | ChemPort |
41.	Hozumi, N., Brack, C., Pirrotta, V., Lenhard-Schuller, R., Tonegawa, S. Nucleic Acids Res. 5, 1779 (1978). | PubMed | ISI | ChemPort |
42.	Weigert, M., Cesari, I. M., Yondovich, S. J. & Cohn, M. Nature 228, 1045 (1970). | PubMed | ISI | ChemPort |
43.	Dugan, E. S., Bradshaw, R. A., Simms, E. S. & Eisen, H. N. Biochemistry 12, 5400 (1973). | PubMed | ISI | ChemPort |
44.	Azuma, T., Steiner, L. & Eisen, H. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 569 (1981). | ChemPort |
45.	Elliot, B. W. Jr, Eisen, H. N. & Steiner, L. Nature 299, 559 (1982). | PubMed |
46.	Seidman, J. G., Leder, A., Nau, M., Norman, B. & Leder, P. Science 202, 11 (1978). | PubMed | ISI | ChemPort |
47.	Gough, N. M., Cory, S. & Adams, J. M. Nature 281, 394 (1979). | PubMed | ISI | ChemPort |
48.	Cory, S., Tyler, B. M. & Adams, J. M. J. molec. appl. Genet. 1, 103 (1981). | ChemPort |
49.	Weigert, M., Gatmaitan, L., Loh, E., Schilling, J. & Hood, L. Nature 276, 785 (1978). | PubMed | ISI | ChemPort |
50.	Schilling, J., Clevinger, B., Davie, J. M. & Hood, L. Nature 283, 35 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
51.	Sakano, H., Kurosawa, Y., Weigert, M. & Tonegawa, S. Nature 290, 562 (1981). | PubMed | ISI | ChemPort |
52.	Kurosawa, Y. et al. Nature 290, 565 (1981). | PubMed | ISI | ChemPort |
53.	Kurosawa, Y. & Tonegawa, S. J. exp. Med. 155, 201 (1982). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
54.	Givol, D. et al. Nature 292, 426 (1981) | PubMed | ISI | ChemPort |
55.	Kemp, D. et al. J. molec. appl. Genet. 1, 245 (1981). | ChemPort |
56.	Gough, N. M. & Bernard, O. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 509 (1981). | ChemPort |
57.	Tucker, P. W., Liu, C.-P., Mushinski, J. F. & Blattner, F. R. Science 209, 1353 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
58.	Roeder, W., Maki, R., Traunecker, A. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 474 (1981). | ChemPort |
59.	Maki, R. et al. Cell 24, 353 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
60.	Shimizu, A., Takahashi, N., Yaoita, Y. & Honjo, T. Cell 28, 499 (1982). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
61.	Sakano, H. et al. Nature 277, 627 (1979). | PubMed | ISI | ChemPort |
62.	Early, P. W., Davis, M. M., Kaback, D. B., Davidson, N. & Hood, L. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 76, 857 (1979). | ChemPort |
63.	Rogers, J. et al. Cell 20 303 (1980). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
64.	Early, P. et al. Cell 20, 313 (1980). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
65.	Alt, F. et al. Cell 20, 293 (1980). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
66.	Moore, K. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 1800 (1981). | ChemPort |
67.	Knapp, M. R. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 79 2996 (1982). | ChemPort |
68.	Davis, M. M. et al. Nature 283 733 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
69.	Maki, R., Traunecker, A., Sakano, H., Roeder, W. & Tonegawa, S. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 77, 2138 (1980). | ChemPort |
70.	Obata, M. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78 2437 (1981). | ChemPort |
71.	Kataoka, T., Miyata, T. & Honjo, T. Cell 23, 357 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
72.	Marcu, K. B. Cell 29, 719 (1982). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
73.	Weigert, M. et al. Nature 283 497 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
74.	Altenburger, W., Steinmetz, M. & Zachau, H. G. Nature 287, 603 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
75.	Max, E. E., Seigman, J. G., Miller, H. & Leder, P. Cell 21, 793 (1980). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
76.	Walfield, A., Selsing, W., Arp, B. & Storb, U. Nucleic Acids Res. 9, 1101 (1981). | PubMed | ISI | ChemPort |
77.	Hozumi, N. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78 7019 (1981). | ChemPort |
78.	Alt, F. & Baltimore, D. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 79, 4118 (1982). | ChemPort |
79.	Early, P. & Hood, L. Cell 24, 1 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
80.	Dubinski, S. J. Immun. 103, 120 (1969). | PubMed |
81.	Tonegawa, S., Hozumi, N., Matthyssens, G. & Schuller, R. Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol. 41, 877 (1977). | PubMed | ISI |
82.	Höchtl, J., Müller, C. R. & Zachau, H. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 79, 1383 (1982). | ISI | ChemPort |
83.	Van Ness, B. G., Coleclough, C., Perry, R. P. & Weigert, M. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 79, 262 (1982). | ChemPort |
84.	Seidman, J. G. et al. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 77 6022 (1980). | ChemPort |
85.	Steinmetz, M., Altenburger, W. & Zachau, H. Nucleic Acids Res. 8, 1709 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
86.	Lewis, S., Rosenberg, N., Alt, F. & Baltimore, D. Cell 30, 807 (1982). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
87.	Höchtl, J. & Zachau, H. G. Nature 302, 260−263 (1983). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
88.	Burnet, M. Nature 210, 1308 (1966). | PubMed | ISI | ChemPort |
89.	Lederberg, J. Science 129, 1649 (1959). | PubMed | ISI | ChemPort |
90.	Brenner, S. & Milstein, C. Nature 211, 242 (1966). | PubMed | ISI | ChemPort |
91.	Hood, L. & Talmage, D. Science 18, 325 (1970).
92.	Gally, J. A. & Edelman, G. M. Nature 227, 341 (1970). | PubMed | ISI | ChemPort |
93.	Whitehouse, H. L. K. Nature 215, 371 (1967). | PubMed | ISI | ChemPort |
94.	Smithies, O. Science 157, 267 (1967). | PubMed | ISI | ChemPort |
95.	Weigert, M. & Riblet, R. Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol. 41, 837 (1976). | ISI |
96.	Selsing, E. & Storb, U. Cell 25, 47 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
97.	Gershenfeld, H. K., Tsukamoto, A., Weissman, I. L. & Joho, R. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 7674 (1982).
98.	Weigert, M., Gatamaitan, L., Loh, E., Schilling, J. & Hood, L. Nature 276, 785 (1978). | PubMed | ISI | ChemPort |
99.	McKean, D. J., Bell, M. & Potter, M. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 75, 3913 (1978). | ChemPort |
100.	Potter, M. Adv. Immun. 25, 141 (1977). | PubMed | ISI | ChemPort |
101.	Valbuena, O., Marcu, K., Weigert, M. & Perry, R. Nature 276, 780 (1978). | PubMed | ISI | ChemPort |
102.	Gearhart, P. J., Johnson, N. D., Douglas, R. & Hood, L. Nature 291, 29 (1981). | PubMed | ISI | ChemPort |
103.	Crews, S., Griffin, J., Huang, H., Calame, K. & Hood, L. Cell 25, 59 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
104.	Kim, S., Davis, M., Sinn, E., Patten, P. & Hood, L. Cell 27, 573 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
105.	Bothwell, A. L. M. et al. Cell 24 625 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
106.	Baltimore, D. Cell 24, 592 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
107.	Dildrop, R., Brüggemann, M., Radbruch, A., Rajewsky, K. & Beyreuther, K. EMBO J. 5, 635 (1982).
108.	Schreier, P. H., Bothwell, A. L. M., Müller-Hill, B. & Baltimore, D. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 78, 4495 (1981). | ChemPort |
109.	Bothwell, A. L. M. et al. Nature 290 65−67 (1981). | PubMed | ISI | ChemPort |
110.	Pech, M., Höchtl, J., Schnell, H. & Zachau, H. G. Nature 291, 668 (1981). | PubMed | ISI | ChemPort |
111.	Zakut, R., Cohen, J. & Givol, D. Nucleic Acids Res. 8, 3591 (1980). | PubMed | ISI | ChemPort |
112.	Bernard, O. & Gough, N. M. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 54, 864 (1980).
113.	Hood, L. et al. Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol 45 887 (1980). | ISI |
114.	Honjo, T. et al. Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol 45 913 (1980). | ISI |
115.	Early, P., Nottenburg, C., Weissman, I. & Hood, L. Molec. cell. Biol. 2, 829 (1982). | PubMed | ISI | ChemPort |
116.	Kindt, T. J., Mandy, W. J. & Todd, C. W. Biochemistry 9, 2028 (1970). | PubMed | ISI | ChemPort |
117.	Landucci-Tosi, S., Mage, R. G. & Dubiski, S. J. Immun. 104, 641 (1970). | PubMed |
118.	Jerne, N. K. Ann. Immun. 125C, 373 (1974). | ChemPort |
119.	Baltimore, D. Cell 26, 295 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |