過程分子生物學(3 )

1、過程分子生物學523416基因的表達與調控細胞通訊的分子機制免疫多樣性的分子識別胚胎發(fā)育的基因表達譜腫瘤發(fā)生的分子機制基因組學與系統(tǒng)生物學免疫多樣性的分子識別EBCDAF哺乳動物的免疫識別及應答系統(tǒng)抗體多樣性的分子機制抗體類型開關的切換T 淋巴細胞受體的結構與功能大型組織相容性蛋白的結構與功能先天性免疫系統(tǒng)的功能與機制GHI微生物識別自我與非自我的分子機制獲得性免疫系統(tǒng)的功能與機制抗體編碼區(qū)的順序組織3A 哺乳動物的免疫識別及應答系統(tǒng) 生物體免疫系統(tǒng)的本質功能是區(qū)分“自我”與“非自我”。對于單細胞生物而言，區(qū)分自身與環(huán)境并不困難，胞內物質就是自身的，而胞外物質都是非自身的。但對于多細胞生物來說

2、，區(qū)分自我與非自我就要依靠分子識別系統(tǒng)。人體由三百多種不同形態(tài)和性質的細胞構成，這些細胞的結構、功能、作用方式均有其特殊性，因此人體需要a 免疫系統(tǒng)的功能由更精確的免疫系統(tǒng)實現下列三種功能： 3A 哺乳動物的免疫識別及應答系統(tǒng)自身細胞或物質的識別功能 a 免疫系統(tǒng)的功能一種機制去識別自身的細胞和分子非自身細胞或物質的識別功能 一種機制去識別非自身的入侵者 抵御消滅入侵者的功能 一種機制去抵御消滅入侵者，并修復由其所造成的機體損傷3A 哺乳動物的免疫識別及應答系統(tǒng)b 免疫系統(tǒng)的組成先天性免疫兩大免疫系統(tǒng)獲得性免疫巨噬細胞樹突細胞警察系統(tǒng)兩大安全系統(tǒng)軍事系統(tǒng)T 淋巴細胞B 淋巴細胞兩種方式細胞分子

3、干擾素白介素補體抗體細胞水平上免疫功能的發(fā)揮主要依靠先天性免疫系統(tǒng)中的巨噬細胞和樹突細胞，以及獲得性免疫系統(tǒng)中的T淋巴細胞和B淋巴細胞分子水平上免疫功能的發(fā)揮主要依靠溶解在機體循環(huán)系統(tǒng)中的分子，如細胞因子、補體和免疫球蛋白，因此又稱為體液免疫系統(tǒng)3A 哺乳動物的免疫識別及應答系統(tǒng) 哺乳動物的免疫系統(tǒng)不但具有重要的生理功能，同時也c 免疫系統(tǒng)的特征涉及到許多分子生物學的重大理論問題。免疫識別抗體對抗原的特異性分子識別 上述特異性的分子識別通常只涉及到蛋白質分子中的5-15個氨基酸殘基，或核酸分子中有限長度的序列?？贵w與抗原、受體與配體、大型組織相容性復合物對抗原的特異性分子識別T細胞受體對抗原/

4、大型組織相容性復合物的特異性分子識別酶與底物是生物體內蛋白質之間分子識別的三大模型。譜識別受體對微生物相關分子譜的特異性分子識別 微生物crRNA對外源核酸的特異性分子識別細胞通訊 B淋巴細胞合成抗體需要自身細胞和輔助T細胞提供信號；毒素T細胞在與抗原-大型組織相容性復合物結合后，將信號轉導入細胞內，激活一系列參與免疫應答的組分；巨噬細胞和樹突細胞上的譜識別受體識別微生物相關分子譜后，通過特定的信號轉導途徑產生分泌細胞因子，并激活獲得性免疫系統(tǒng)，這些都是細胞通訊的基本原理，但這些信號轉導途徑又與生命其它過程中的信號轉導途徑有所不同。免疫多樣性 免疫多樣性，包括抗體、T細胞受體、大型組織相容性復

5、合物多樣性的發(fā)生機制，是免疫分子生物學的基本內容，也是生命科學的重要理論命題。 一個哺乳類動物的機體可以產生多達101313-101414種不同的抗體，它們對應著同等數量的抗原。自然界中存在著的所有細菌、病毒、生物大分子在機體內均有對應的抗體和T細胞受體，甚至就連自然界內尚未出現的抗原分子（如病毒的分子），機體內也已存在著相應的抗體。那么機體是怎樣產生數量如此龐大的抗體呢？人體內總共只有兩萬多個基因，何以能為數十萬億種海量的抗體蛋白編碼呢？表觀遺傳（epigenetic） 前綴“epi”在希臘語中意為“之上”，因此“epigenetic”一詞表述的是能影響生物體遺傳性狀的任何高于DNA序列本身

6、改變的變化，即表觀遺傳。這些表觀機制包括：DNA甲基化、組蛋白翻譯后修飾、非編碼RNA（ncRNA）轉錄、染色質重整、染色質核定位、DNA鼓泡等。表觀遺傳學已成為當今生命科學中最活躍的研究領域之一。 現在查明，表觀遺傳機制在調控抗原受體或抗體編碼基因的時空特異性表達以及等位基因排斥等分子免疫學過程中扮演著重要角色，在此過程中動用了迄今為止發(fā)現的所有表觀調控機制。 3B 獲得性免疫系統(tǒng)的功能與機制a 獲得性免疫系統(tǒng)的基本組成與特征 脊椎動物的獲得性免疫系統(tǒng)主要由B淋巴細胞和T淋巴細胞組成，它們分別合成種類繁多的B細胞受體（BCR）、抗體（Ig，又稱免疫球蛋白）、以及T細胞受體（TCR），用于對外

7、來抗原片段或分子的特異性識別，進而刺激并協(xié)助其它免疫細胞和因子消滅抗原。在哺乳動物中，B細胞成熟于骨髓中，而T細胞則成熟于胸腺中。B細胞上的BCR激活體液免疫，T細胞上TCR的觸發(fā)細胞介導的應答途徑。 獲得性免疫系統(tǒng)的主要特征是能對特定抗原的識別效應進行擴增放大，并對之形成長期性甚至永久性的記憶。體液免疫系統(tǒng)獲得性免疫的體液免疫系統(tǒng)由B淋巴細胞合成和分泌的抗體所介導。一旦抗體與抗原特異性結合（免疫識別）便通過下列兩種途徑消滅抗原：誘導巨噬細胞的吞噬作用；激活補體系統(tǒng)的降解作用。B淋巴細胞合成抗體需要輔助T淋巴細胞（TH）通過細胞通訊提供指令。細胞介導的免疫系統(tǒng)獲得性免疫的細胞介導免疫是由細胞毒

8、素型T淋巴細胞（CTL又稱殺手T淋巴細胞）實現的。外來抗原尤其是細菌或病毒侵染機體靶細胞后，靶細胞表面靶細胞毒素T細胞抗原片段MHCTCR T細胞受體上的大型組織相容性復合物（MHC）將細菌或病毒的抗原片段展現在細胞外表面，這時毒素T淋巴細胞表面的T細胞受體就能專一性與抗原片段或抗原片段-MHC復合物結合，進而消滅被侵染的靶細胞及入侵者細胞介導的免疫系統(tǒng)哺乳動物的每個個體都有其特異性的MHC蛋白譜，因而從一個個體向另一個體的組織移植是困難的，因為供體與受體之間的MHC蛋白譜不同。機體免靶細胞殺手T細胞抗原片段MHCTCR T細胞受體疫系統(tǒng)不會進攻自身的性質稱為“免疫耐受性”，而抗體、T細胞受體

9、及MHC是多樣的（免疫多樣性），這就為機體定義識別自身提供了分子基礎。3B 獲得性免疫系統(tǒng)的功能與機制 機體在接觸到抗原后，便會產生對該抗原新一輪入侵的免疫作用，而在此之前，機體缺乏對抗原的這種特異性殺傷作用。換句話說，機體對抗原的殺傷能力是在免疫應答過程b 獲得性免疫系統(tǒng)的形成中獲得的，這種能力產生的機制遵循“克隆選擇理論”?？寺∵x擇理論未成熟的淋巴細胞庫中含有大量的B細胞和T細胞。每一個B細胞只表達一種特異性BCR和Ig；同樣，每一個T細胞也只含有一種特異性的TCR。一旦遭遇抗原，特異性的BCR和TCR則分別識別結合之，并啟動由兩者分別介導的信號轉導途徑，其效應是大量（106）針對同種抗原

10、的B細胞和T細胞成熟，并產生更多的抗體，即克隆選擇。每個細胞每個細胞的表面上的表面上分布著大分布著大約約12萬個萬個BCR分分子子3B 獲得性免疫系統(tǒng)的功能與機制 組成獲得性免疫系統(tǒng)的淋巴細胞屬于外周細胞，它們由成年骨髓中的未成熟干細胞發(fā)育而成，或直接通過血液（B細胞）或通過胸腺（T細胞）遷移至外周淋巴組織如脾臟、淋巴結、派氏淋巴小結、扁c 獲得性免疫系統(tǒng)的分布 每個哺乳動物個體的B淋巴細胞庫中至少由1012 種特異性BCR構成，T淋巴細胞庫的含量相對少一些，而每一種特異性的B細胞或T細胞只有少數幾個相同的細胞組成，因為它們從未遭遇過相應的抗原。桃體等處，然后在血液和胸腺之間流動循環(huán)。3C 抗

11、體編碼區(qū)的順序組織 高等哺乳類動物的免疫球蛋白（Ig）由兩條重鏈（H，35KD）和兩條輕鏈（L，17KD）通過四對二硫鍵連接而成。 a 抗體分子的基本結構 重鏈有五種類別：m m，d d，g g，e e，a a，分別構成：IgM、IgD、IgG IgA、IgE，它們通常具有不同的生物學功能。 輕鏈有兩種類別：k k，l l。 人類的抗體中，60%是k鏈；40%為l l鏈。 抗體的分子結構NNCCVLJCLVLJCLVHDJCH1CH2CH3CH2CH3鉸鏈區(qū)（Hinge）效應功能區(qū)（五類抗體的功能類別決定區(qū)）抗原結合區(qū)3C 抗體編碼區(qū)的順序組織人體免疫球蛋白的編碼基因包括下列三大家族： b 抗

12、體分子的編碼基因輕鏈 l l 家族輕鏈 k k 家族重鏈H家族300個不同的V基因和4個不同的JC基因 76個不同的V基因、5個不同的J基因、1個C基因 51個不同的V基因、30個不同的D片段、6個不同的J基因、9個不同的C基因，包括 m m、d d、g g、a a、e e 五種類型的編碼基因。3C 抗體編碼區(qū)的順序組織 在這里，基因的概念是編碼免疫球蛋白多肽鏈的一個特定區(qū)域的DNA序列。在非抗體合成細胞中，V基因和C基因不在同一條染色體上。 b 抗體分子的編碼基因 三個家族的劃分是因為每個家族的各個基因均有自己的順序組織模式及表達模式，家族不同，基因的順序組織及表達調控模式也不同。 3C 抗

13、體編碼區(qū)的順序組織 高等哺乳類動物免疫球蛋白基因的排列順序在胚胎細胞和B淋巴細胞中是不同的，胚胎細胞中的相應基因并不能表達。胚胎細胞中免疫球蛋白的基因順序組織如下： c 抗體基因家族的順序組織人類 l l 基因家族在胚胎細胞第22號染色體上的順序組織1000 kb300個Vl l基因間隔區(qū)4個Jl l Cl l基因信號肽編碼區(qū)可變區(qū)編碼區(qū)J 區(qū)編碼區(qū)不變區(qū)編碼區(qū)（-19 -4）（-3 97）（98 110） （111 C）人類 k k 基因家族在胚胎細胞第2號染色體上的順序組織76個Vk基因間隔區(qū)5個Jk和1個Ck基因信號肽編碼區(qū)可變區(qū)編碼區(qū)J 區(qū)編碼區(qū)不變區(qū)編碼區(qū)5個Jk片段分布在500-7

14、00 bp的區(qū)域內，內含子結構長為2-3 kb增強子人類 H 重鏈基因家族在胚胎細胞第14號染色體上的順序組織300 kb51個VH信號肽編碼區(qū)可變區(qū)編碼區(qū) 人的免疫球蛋白H重鏈基因家族不像輕鏈家族那樣分隔成分離的兩部分，而是所有基因全部組成一個巨大的基因簇結構。其中，D區(qū)由2-13個氨基酸組成。 30個D6個Jm d g3 g1ye a1 yg g2 g4 e a2CH1鉸鏈區(qū)CH2CH33D 抗體多樣性的分子機制 人體的B淋巴細胞可同時產生至少數十萬億種不同的抗體，每種抗體分子的氨基酸序列均不同。根據傳統(tǒng)理論，人體至少應有數十萬億個抗體基因為其編碼，但事實上人類染色體中的基因總數只有2-3

15、萬個，這顯然是傳統(tǒng)理論難以解釋的問題。 1965年，Dreyer和Benett提出了基因重排假說，以解釋抗體多樣性的分子機制：抗體的不變區(qū)是由單基因編碼的，而可變區(qū)則由數千個基因編碼，機體通過體內基因重排或重組方式實現抗體分子的多樣性?？墒钱敃r這個假說并沒有為他人所接受，因為那時人們相信基因是不會重組的，直到十年后，DNA體外重組實驗成功后，這個假說才被承認。3D 抗體多樣性的分子機制 1976年，Susumu Tonegawa 設計了一個著名實驗，證明抗體基因在骨髓干細胞（淋巴細胞的前身）中發(fā)生了重排。實驗如下：從胚胎細胞和骨髓干細胞中分別制備染色體DNA，用BamHI消化后凝膠電泳分離然后

16、用 I125 標記的抗體mRNA（包含V和C兩部分）雜交兩種來源的DNA片段，結果發(fā)現在胚胎細胞DNA樣品中有兩條不同大小的BamHI片段呈陽性；而在骨髓干細胞DNA樣品中只有一條帶呈雜交陽性。這表明在骨髓干細胞中的抗體基因順序組織不同于胚胎細胞，也就是說，骨髓干細胞中的抗體基因發(fā)生了改變，因為骨髓干細胞也是從胚胎細胞分化而來的。為此，Tonegawa 獲得了1987年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。3D 抗體多樣性的分子機制 后來，當抗體基因逐一被克隆后，DNA順序組織的分析結果證實了在胚胎細胞和其它非抗體生成體細胞中，構成抗體的各基因（尤其是V基因和C基因）是分離的，它們不能表達任何有功能的抗體蛋

17、白。而在B淋巴細胞中，各抗體基因元件重組在一起，輕鏈為V-JC，重鏈為V-DJ-C，它們作為一個轉錄單位，轉錄出mRNA前體，經剪切后，翻譯出抗體蛋白。那么，抗體基因的重排是怎樣進行的呢？3D 抗體多樣性的分子機制小鼠的k k輕鏈基因和重鏈基因隨機重排研究得最為詳細，以此為例：a 體細胞抗體基因重排的分子機制抗體基因的隨機組合 小鼠k k輕鏈基因的重排與表達小鼠k k輕鏈基因定位于第6號染色體上。Vk基因和Jk片段的選擇是隨機的抗體基因的隨機組合 小鼠k k輕鏈基因的重排與表達基因重排后，位于Ck上游的增強子激活最鄰近的啟動子，并轉錄出mRNA前體，而Vk1、Vk2的啟動子不能被激活。增強子是

18、組織特異性的，僅在B淋巴細胞中有活性抗體基因的隨機組合 小鼠H重鏈基因的重排與表達小鼠的H重鏈基因定位在第12號染色體上。H重鏈含有D片段，它直接與重鏈的多樣性（Diversity）有關。重排分兩個階段：即D與J重排，V與DJ-C重排。 抗體基因的重排規(guī)則 重排位點的序列特征抗體輕鏈和重鏈基因的重排機制是相同的。在胚胎細胞中，抗體基因在重排位點上（輕鏈：VL與JCL之間；重鏈：D與JCH之間和VH與D之間）均存在特異性的重排位點。在此位點上，特異性回文結構形成斷裂和結合的重排信號序列（RSS）。七聚體 九聚體九聚體七聚體VkJCkVlJCl23 bp12 bp12 bp23 bpCACAGTG

19、ACAAAAACCCACAGTGGGTTTTTGT抗體基因的重排規(guī)則 重排位點的序列特征每個V編碼基因之后均有這種結構。七聚體本身就是回文結構；九聚體本身不是回文結構。在k輕鏈基因中，每個J片段之前均有這種9-23-7結構。小鼠重鏈編碼基因簇中的重排位點也呈現相似的特征序列：VHJCH23 bp12 bp12 bp23 bpD抗體基因的重排規(guī)則 抗體基因分子的重排規(guī)則12/23定律一個帶有一種間隔區(qū)的保守序列只能與一個帶有另一種間隔區(qū)的保守序列結合，也就是說，含有12bp間隔區(qū)的保守列序只能與含有23bp間隔區(qū)的保守列序相結合VJC12 bp23 bp信號端信號端編碼端編碼端VJC基因或片段的

20、斷裂位點及連接位點均發(fā)生在七聚體保守序列的兩個外側，即信號端與編碼端的交界處斷裂連接基因重排的不精確性直接導致在斷裂連接位點上的堿基插入或缺失。整個基因重排過程包括斷裂和結合兩個反應。結合反應會導致堿基的插入或缺失，這種變化發(fā)生在V-J結合區(qū)（輕鏈）；在重鏈中發(fā)生在V-D和D-J結合區(qū)。在插入突變中，P核苷酸來源于基因序列的補齊過程；而N核苷酸則來源于隨機摻入過程。 基因重排的不精確性經過重排反應后，原來的抗體編碼序列TACCG變成了TATTGGGGCCG，增加了6對堿基，即2個密碼子。而這些位點恰恰位于抗體分子特異性的超變區(qū)內，因而產生了抗體的多樣性。當然，這種堿基的缺失或插入也會導致閱讀框

21、架發(fā)生錯誤，因而大約有三分之二的基因重排是無功能的?；蛑嘏诺牟痪_性若干種參與V（D）J重排的蛋白因子已被鑒定，它們含有典型的七聚體結合位點、九聚體結合位點、核酸內切酶活性中心等特征結構。其中一個重要的蛋白因子由基因Rag編碼，rag突變型的小鼠不能產生功能性抗體。事實上，RAG1和RAG2負責DNA的斷裂和重連接，而TdT負責N核苷酸隨機摻入。Rag：重排激活基因：重排激活基因3D 抗體多樣性的分子機制在抗體分子的形成過程中至少有四個環(huán)節(jié)為其提供了序列多樣性： b 抗體分子多樣性的來源抗體基因裝配元件的多樣性對人體免疫球蛋白輕鏈的裝配元件而言： Vl = 300，JlCl = 4，裝配的（

22、VJC）l的總數為1,200種 Vk = 76，JkCk = 5，裝配的（VJC）k的總數為380種 對人體免疫球蛋白重鏈的裝配元件而言： VH = 51，JH = 6，D = 30，CH = 9，裝配的（VDJC）H的總數為8.3104 因而，由于抗體基因元件裝配產生的抗體總數為： （1,200 + 380）x 8.3 x 104 = 1.31 x 108 抗體基因重排過程中堿基插入或缺失的多樣性 任何V-JC、V-D-JC、D-JC重排過程均可產生數量極為可觀的堿基序列改變，雖然這些改變中至少有三分之二是無功能的，但剩下的三分之一也是無法計算的。保守估計，每種重排至少能產生五種有功能的序列

23、，因而其有效突變的總數大約為： （1,200 + 380）x 8.3 x 104 x 5 = 6.55 x 108 V基因和假基因之間同源交換的多樣性 這種多樣性首先在鳥類動物體內發(fā)現。雞的免疫球蛋白l輕鏈基因只有3個：Jl、Cl、Vl。但在Vl的上游有25個yVl假基因，Vl甚至是沒有活性的，它必須與yVl發(fā)生同源交換后，才能合成具有活性的l輕鏈。每個yVl基因中均有4-6個片段（10-120 bp不等）可與Vl發(fā)生同源交換，而且這種同源交換可發(fā)生一次、二次甚至六次，因而由此產生的l輕鏈也可達2.5108之多！ 25 yVlVlJlClV基因片段之間的同源交換體細胞超突變產生多樣性體細胞超突

24、變（SHM）發(fā)生在成熟的B淋巴細胞內，具體部位在輕重鏈可變區(qū)基因的上游區(qū)域，由抗原刺激誘導產生，突變頻率為10-3/堿基對/細胞代數，比自發(fā)突變頻率高106倍，而且這種細胞超突變發(fā)生于初級免疫應答、B細胞記憶、以及次級免疫應答的所有過程中，其結果是不斷地創(chuàng)造出對抗原具有更強親和力的漿細胞及其抗體CCPCSRSHM漿細胞SHM漿細胞記憶型細胞CSRCCP/CSR/SHMCCP：細胞克隆擴增細胞克隆擴增CSR：類型開關重組類型開關重組SHM：體細胞超突變體細胞超突變體細胞超突變產生多樣性 研究結果表明，大多數表達的V-J和V-D-J序列中含有大約3-15個不等的堿基取代，而且這些突變往往傾向于低甲

25、基化的熱點序列，如5-RGYW-3（R=A/G，Y=C/T，W=A/T），主要堿基取代類型為CN 上述體細胞超級突變在抗體基因重排完成之后仍可創(chuàng)造出105 數量級的抗體種類（以平均每條V-J和V-D-J序列中含有9個取代堿基計算，共有49 = 2.6 x 105 種突變可能，有義突變率為20 / 64，則 8.19 x 104） 綜合抗體基因重排、重排過程中發(fā)生的堿基插入或缺失、以及重排結束后的體細胞超級突變，人類成熟的B細胞（漿細胞）庫中理論上可產生高達1013 種不同的抗體（6.55 x 108 x 8.19 x 104 = 5 x 1013 ）。3D 抗體多樣性的分子機制 生產性免疫球蛋

26、白基因的重排是指能產生出活性抗體的基因重排事件。同源染色體兩條單體的抗體等位基因理論上可同時發(fā)生基因重排，但一旦一條同源染色體上的基因重排是生產性的，或者是成功的，那么它便會抑制另一條同源染色體上等位基因的重排過程，這就是所謂的等位排斥現象。 c 生產性基因重排觸發(fā)等位基因的排斥 因此，每個B淋巴細胞只表達一種類型的輕鏈和一種類型的重鏈，產生一種免疫球蛋白分子。 3D 抗體多樣性的分子機制 縱觀抗體基因的重排事件存在下列特征： d 抗體基因重排的表觀調控直接與獨立的D基因發(fā)生重排；而且遠端VH與近端VH具有同等機會重排。重排次序精確性：D-JH重排在前，VH-DJH重排在后，VH不能直重排世系

27、特異性：雖然在B細胞和T細胞中均存在RAG重排機但抗體基因只在B細胞中發(fā)生重排；同樣，TCR受體基因只在T細胞重排等位基因排斥性：抗體生產性的基因重排只發(fā)生在同源染色體上兩個等位位點中的一個位點上，另一個位點的重排受到抑制，除非第一個位點上的重排是非生產性的。3D 抗體多樣性的分子機制d 抗體基因重排的表觀調控 早在上世紀八十年代中期，Alt 等人就提出了用來解釋抗體基因重排特異性的“易感性假說”，即在淋巴細胞及其祖先每一特定的分化階段中，只有某些基因位點的某些部分對RAG重組機器是“易感”的，因而抗體基因重排的特異性實際上可歸結為對DNA區(qū)域對RAG重組機器的“易感性”。這在當時顯然只是個概

28、念，但近年來表觀遺傳學的研究進展正在不斷賦予其分子層面上的內涵，包括復制定時、核定位改變、染色質鼓泡、組蛋白修飾、核小體定位、DNA甲基化等表觀調控機制。染色質在核組織中的重定位提升重排的易感性（a）兩個Igh位點起初定位在核的周邊；（b）它們借助于DJC末端向核的真染色質中心移動，雙雙與Rag復合物相連，并經歷D與J重排以及鄰近于重排型DJ基因片段的V區(qū)鼓泡，以便進行V與DJ的重排；（c）生產性VDJ重排了的等位基因解構與表達；（d）第二個等位基因解構并被招募至近著絲粒區(qū)的異染色質上（深灰色不規(guī)則形狀）。CTCFCTCF結合位點結合位點Pax5Pax5YY1YY1E Ezh2zh2ikaro

29、sikaros染色質組蛋白的表觀修飾提升重排的易感性組蛋白脫乙酰化酶 核小體核小體組蛋白乙?；窻AG1/2重排機器 Ac Ac Ac Ac 最新的研究證實，染色質組蛋白上臨時的有限度的表觀標記也與抗體基因位點的次序性重排密切關。在DJH重排之前，整個D-CH區(qū)域的組蛋白被乙?；辉谏形唇洑vDJH重排的祖先B細胞中，VH基因位點結合的是非乙酰化的組蛋白；而準備進行VH-DJH重排的區(qū)域內，顯示出VH位點組蛋白乙酰化水平的提升。DNA的甲基化指導等位排斥與體細胞超突變同源染色單體 A同源染色單體 a 在抗體基因位點所在的兩條同源染色體DNA上，甲基化修飾的密度顯著不同。其中，甲基化程度較低的等位

30、位點更傾向于發(fā)生重排和體細胞超突變。這為抗體基因重排的等位排斥以及體細胞超突變在生產性重排的染色體DNA上特異性發(fā)生提供了一種控制機制。3E 抗體類型開關的切換 人體免疫系統(tǒng)能產生五種不同類型的抗體(免疫球蛋白)，每一類抗體具有不同的重鏈類型，由CH區(qū)域的氨基酸排列順序決定。一個B淋巴細胞在任何一個時刻一般只能產生一種類型的抗體，但在整個細胞周期中，免疫球蛋白的類型可能會發(fā)生改變。這種控制抗體類型轉換的因素稱為“類型開關”，而抗體的輕鏈在整個細胞周期中卻是恒定不變的。3E 抗體類型開關的切換a 各類型免疫球蛋白的組成與功能抗體類型IgMIgDIgGIgAIgECH 鏈性質分子結構血液中比例生理

31、功能m md dg ga ae e(m2L2)5Jd2L2g2L2e2L2(a2L2)2J5%1%80%14% 19 genesMHC基因結構的相似性除了III型MHC外，所有的MHC基因結構都具有很大的相似性。蛋白分子上的各功能區(qū)域往往是由基因上的一個外顯子編碼，也就是說，一個外顯子編碼蛋白分子上的一個功能域，包括：信號肽區(qū)膜外區(qū) 轉膜區(qū) 胞質區(qū) 非翻譯區(qū) Class IClass II aClass II bb 微球蛋白外顯子3G 大型組織相容性復合物的結構與功能B淋巴細胞和巨噬細胞的作用就象偵察兵，獵取入侵者。當靶細胞與外來抗原遭遇后，便將抗原片段通過其 I 型MHC展示給毒素T淋巴細胞

32、，后者再通過信號轉導途徑，激活能在受感染的靶細胞膜上鉆孔并進入靶細胞的酶系編碼基因，進而降解入侵抗原d MHC介導的免疫細胞間的通訊網絡受感染的細胞毒素T細胞3G 大型組織相容性復合物的結構與功能當巨噬細胞與外來抗原遭遇后，便通過其II型MHC將抗原暴露給輔助T淋巴細胞，后者識別MHC-抗原復合物。輔助T淋巴細胞就象指揮者，通過分泌淋巴細胞因子d MHC介導的免疫細胞間的通訊網絡而發(fā)布命令。巨噬細胞輔助T細胞抗原展示細胞TCR介導的信號轉導網絡T-細胞淋巴細胞因子3G 大型組織相容性復合物的結構與功能淋巴細胞因子的功能有三：d MHC介導的免疫細胞間的通訊網絡命令B淋巴細胞分化成漿細胞，合成和

33、分泌抗體，消滅入侵者；進攻巨噬細胞、血小板及其它細胞，參與整理戰(zhàn)場和醫(yī)治創(chuàng)傷； 作用于輔助T淋巴細胞本身，使其發(fā)出更多的指令，放大信號，擴增免疫細胞的數目。 另外，B淋巴細胞也擁有自己的信號傳遞途徑。 3H 先天性免疫系統(tǒng)的功能與機制a 先天性免疫系統(tǒng)的基本組成與特征 先天性免疫系統(tǒng)為機體提供了抵御微生物病原體侵襲的第一道防線，存在于幾乎所有的多細胞生物中，但表現形式和效應機制不同。先天性免疫具有針對微生物病原體中某些固有的分子譜（MAMPs）的識別作用，這些分子譜是微生物病原體上相對保守的模件，但不存在于多細胞的真核生物中，因此先天性免疫系統(tǒng)能迅速高效地辨認自我與非自我。脊椎動物的先天性免疫

34、系統(tǒng)主要由巨噬細胞（Mf）、樹突細胞（DCs）、嗜中性粒細胞構成，負責識別MAMPs不同成員的正是這些細胞表面上和細胞內的特異性的譜識別受體（PRRs）。微生物病原體中相對保守的分子譜（MAMPs） GENES X 2010微生物病原體細胞表面和細胞內的某些分子具有種屬保守性，能為宿主生物的先天性免疫系統(tǒng)特異性識別，這些分子的集合稱為微生物病原體相關性分子譜（MAMPs）。微生物種屬分子譜物質細胞學定位譜識別受體細菌三?；募毎赥LR1/TLR2生鞭毛細菌鞭毛蛋白鞭毛TLR5革蘭氏陽性菌肽聚糖細胞壁TLR2/TLR6革蘭氏陰性菌脂多糖細胞壁TLR4細菌/病毒單鏈RNA細胞質TLR7/TLR

35、8病毒雙鏈RNATLR3/RIG1真菌b-多聚糖細胞壁Dectin1含DNA微生物非甲基化CpG DNA細胞質TLR9先天性免疫細胞上或細胞內的譜識別受體（PRRs）微生物病原體被多重不同的PRRs所識別，定位于巨噬細胞和樹突細胞表面或內部的PRRs分為三大類： Akiko Iwasaki，et al. Science，327，2010受體類型譜識別受體分泌型受體效應功能膠原凝集素纖維膠凝蛋白穿透素轉膜型受體Toll 樣受體家族 TLRC型凝集素家族成員胞質型受體RIG1樣受體 RLRNOD 樣受體 NLR與微生物細胞表面結合，激活補體系統(tǒng)的凝集素途徑，并調節(jié)巨噬細胞和嗜中性粒細胞吞噬病原微生

36、物。識別微生物病原體的MAMPs，并通過信號轉導途徑激活獲得性免疫系統(tǒng)。RLR識別病毒RNA，NLR識別細菌肽聚糖降解產物，并誘導其進一步降解。先天性免疫的基本特征 先天性免疫細胞的譜識別受體無需基因重排而直接表達；為譜識別受體所識別的微生物病原體分子譜呈現種屬內的統(tǒng)一性和進化學的保守性；先天性免疫系統(tǒng)只是抵御病原體第一波的侵襲，但不能應付感染的后續(xù)階段，也沒有記憶功能；先天性免疫應答能在一定程度和范圍內激活獲得性免疫系統(tǒng) 3H 先天性免疫系統(tǒng)的功能與機制b 先天性免疫識別的主流機制 先天性免疫對微生物病原體的識別作用既可發(fā)生在細胞外也可發(fā)生于細胞內，完全取決于免疫識別發(fā)生的場所是感染細胞還是

37、非感染細胞。細胞外的先天性免疫識別主要由巨噬細胞和樹突細胞的TLR等轉膜受體介導，一般為非感染細胞；相反，細胞內的先天性免疫識別由細胞內的受體介導，如NLR和RLR，這些受體的激活一般需要細胞被感染，因此這些PRRs被廣泛表達。雖然上述兩種類型的識別均能在激活后誘導抗微生物效應，但它們采取不同的機制觸發(fā)先天性免疫。微生物病原體的細胞外識別機制 Akiko Iwasaki，Science，327，2010先天性免疫系統(tǒng)的樹突細胞表面受體TLR特異性識別病原體上的分子譜PAMP或MAMP，由此激活TLR信號轉導途徑，這一途徑最終作用于相關基因，表達出激活T淋巴細胞的細胞因子和共刺激分子。吞噬小體信

38、號轉導協(xié)同指導微生物病原體的細胞內識別機制 Akiko Iwasaki，Science，327，2010如果樹突細胞被病毒感染，則依靠RIG1樣受體實施細胞內識別病毒核酸分子，激活RIG1信號轉導途徑，這一途徑最終作用于相關基因，表達出激活T淋巴細胞的細胞因子和共刺激分子；同時病毒蛋白經內質網或自吞噬小體加工后交MHC展示微生物病原體的細胞外與細胞內復合識別機制機體內大多數細胞具有MHC依賴的抗原分子展示功能，但有些無展示活性的細胞 non APC 可通過細胞外與細胞內復合識別機制識別病原體，并產生相應的先天性免疫應答non-APC3H 先天性免疫系統(tǒng)的功能與機制c Toll 樣受體信號轉導途

39、徑的普遍意義在脊椎動物先天性免疫中扮演重要角色的Toll樣受體TLR與規(guī)定果蠅腹部發(fā)育途徑的Toll受體高度同源，而且也與果蠅響應真菌和革蘭氏陽性菌感染并誘導產生抗菌肽的信號轉導途徑高度相似，這表明Toll的普遍意義。SpaTollTubPelCac/DorDorMAMPTLRMyD88TRIFNFkBNFkBIkB果蠅腹部發(fā)育途徑人類免疫識別途徑3H 先天性免疫系統(tǒng)的功能與機制d 動植物識別微生物分子譜的進化學保守性進化歷程（億年前）1086420動物植物哺乳動物昆蟲單子葉雙子葉人鼠Pamela C.RonaldBruce BeutlerScience，330，6007，2010。哺乳動物：

40、小鼠昆蟲：果蠅單子葉：水稻雙子葉：擬南芥受體腳手架蛋白轉錄因子3 I 微生物識別自我與非自我的分子機制 所有的免疫系統(tǒng)都必須在能區(qū)分自我與非自我的前提下抵御外來入侵者。微生物也能采取多種不同的機制（如限制-修飾機制）抵御噬菌體和質粒的侵襲。近年來的研究顯示，大約40%的細菌和90%的古細菌還能借助于其基因組上成簇排列、規(guī)則間隔的短小回文重復序列（Clustered，Regularly Interspaced，Short Palindromic Repeat，CRISPR）位點抵御噬菌體和質粒核酸分子的入侵，而且自身的基因組DNA可有效地躲避這一免疫作用。3 I 微生物識別自我與非自我的分子機制a 細菌和古細菌CRISPR/Cas基因位點的結構 在古細菌