抗體、基因重排及B細(xì)胞發(fā)育PPT課件

1、Antibody Molecules, Their Antibody Molecules, Their Genes and B Cell Development Genes and B Cell Development 抗體分子、基因和抗體分子、基因和 B B 細(xì)胞發(fā)育細(xì)胞發(fā)育Chapter 7Chapter 7獲得性免疫系統(tǒng)的獲得性免疫系統(tǒng)的 “ “五項基本原則五項基本原則”2 One clone，one receptor3 Clonal selection and expansion4 Clonal deletion and self-tolerance 1 Lymphocytes and

2、 lymphoid organs5 Antigen processing and presentation（MHC）Three TopicsDiversitySpecificityMemoryAdaptive ImmunityThree Representatives MHCAntibodiesTCRs7-17-1 Immunoglobulin and Antibody (抗體抗體分子與免疫球蛋白分子與免疫球蛋白）a1 a2bg白蛋白球蛋白（c）（a）（b）對健康人用疫苗進(jìn)行主動免疫，免疫前（a）和免疫后10天 （b）分別采血并對血清蛋白進(jìn)行凝膠電泳分析。免疫前血清中的g 球蛋白條帶較寬，免疫

3、之后則相對集中。Bruton 氏病患者血清蛋白中的 g 球蛋白條帶缺失（c）。Diversity of Ab (Diversity of Ab (抗體分子的多樣性抗體分子的多樣性) )Diversity - Diversity - Different Classes and SubclassesDifferent Classes and SubclassesIgM IgmIgG IggIgA IgaIgE IgeIgD IgdDiversity - Diversity - Different Sequences and SpecificityDifferent Sequences and Sp

4、ecificity 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 5040 30 2010 0 CDR1CDR2CDR3 抗 體 分 子 的 多 樣 性 Igl 鏈 的 氨 基 酸 序 列酸殘基的變異率相應(yīng)位置上氨基對來自不同B細(xì)胞克隆的Ig輕鏈氨基酸序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)V區(qū)的變化主要集中在3個分別由610個氨基酸殘基組成的狹小區(qū)域內(nèi)。這3個區(qū)又被稱作高可變區(qū)或互補(bǔ)決定區(qū)（CDR），參與抗原結(jié)合部位的組成。7-2 Basic Structure of Ab 7-2 Basic St

5、ructure of Ab MoleculesMolecules 抗體分子的基本抗體分子的基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)IgG分子由兩條H鏈和兩條L鏈共價結(jié)合而成。輕鏈包括VL和CL兩個結(jié)構(gòu)域，重鏈含有1個VH和3個CH 結(jié)構(gòu)域。VH和VL共同組成抗原結(jié)合部位。Ig分子中線對稱，具有兩個相同的抗原結(jié)合部位。胃蛋白酶胃蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFcF(ab )2Fab 抗 體 分 子 的 酶 切 片 段木瓜蛋白酶作用于IgG分子重鏈間二硫鍵的N端側(cè)，將其裂解為Fab段和Fc段。胃蛋白酶則切在該二硫鍵之C端側(cè)，產(chǎn)生F(ab)2和pFc段。Rodney Porter 1917-1985Nobel Prize i

6、n 1972Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 5040 30 2010 0 CDR1CDR2CDR3 抗 體 分 子 的 多 樣 性 酸殘基的變異率相應(yīng)位置上氨基Diversity and SpecificityCOOHCDR3HV4NH2CDR1CDR2抗體分子的抗原結(jié)合部位抗體分子的抗原結(jié)合部位抗原抗原B 細(xì) 胞 表 位 抗體 CDR表位AbAg“Ig-like Domain (Ig

7、樣結(jié)構(gòu)域)”Ig SuperfamilyIg Superfamily-S-S-CL-S-S-CL-S-S-S-S-CL-S-S-CL-S-S-S-S-CL-S-S-CL-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-CL-S-S-CL-S-S- -S-S-V-S-S-V-S-S-CL-S-S-CL-S-S- -S-S-V-S-S-V-S-S-CL-S-S-CL-S-S-S-S-V-S-S-V-S-S-S-S-S-S-S-S-CLCL-S-S- -S-S-S-S-S-S-CLCL-S-S- 免 疫 球 蛋 白 超 家 族-S-S-V-S-S-V-S-S-C2C2-S-S-S-S-C2-S-S-C2-S

8、-S-C2-S-S-C2-S-S-V-S-S-S-S-V-S-S-S-S-C2-S-S-V-S-S-V-S-S-V-S-S-VC2C2-S-S-S-S-C2C2-S-S-S-S-C2C2-S-S-S-S-C2-S-S-C2C2-S-S-S-S-C2C2C2C2C2C2C2-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-CD2LAF-3CD3CD4CD8VCAM-1ICAM-1ICAM-2Ig 受體 g d eMHC-IMHC-IIb2m免疫球蛋白 （IgM）TCRIga/bIg分子超家族的成員多數(shù)為細(xì)胞膜表面分子。圖中顯示的是Ig分子超家族的一些主要成員及其分子結(jié)構(gòu)。7-3 7-3

9、五類抗體分子的主要特點五類抗體分子的主要特點IgM IgmIgG IggIgA IgaIgE IgeIgD IgdIgG 分 子 的 四 種 亞 型IgG1IgG4IgG3IgG2 g1，g2，g3 和 g4 等Igg 鏈分別參與組成IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等分子。IgG3的鉸鏈區(qū)最長，IgG2鉸鏈區(qū)較短。四種亞類的IgG分子在血清中的濃度不同，所發(fā)揮的生物學(xué)特性亦不相同。IgM J 鏈IgM 抗 體 結(jié) 構(gòu)分分 泌泌 型型 IgM膜膜 型型 IgMsIgM Iga a Igb b Iga a Igb b IgE 分 子 的 結(jié) 構(gòu) IgD 分 子 的 結(jié) 構(gòu) J 鏈分泌鏈IgA

10、 dimer表表7 7- -1 1 人人抗抗體體分分子子的的特特性性抗抗體體類類別別 IgG IgA IgM IgD IgE重重鏈鏈類類別別 g a m d e重重鏈鏈亞亞類類g g g g a a輕輕鏈鏈類類別別 和 l 和 l 和 l 和 l 和 l分分子子式式 gl2 或 g2al2或al2)5SCJa2或a2)5SCJ ml2)5J或 m2)5J d l2 或d2 el2 或 e2分分子子量量（k kD Da a） 150 160 或 400 900 180 190固固定定補(bǔ)補(bǔ)體體能能力力 + 0 + 0 0血血清清濃濃度度( (m mg g/ /1 10 00 0m ml l) )

11、1000 200 120 3 0.05血血清清半半衰衰期期( (天天) ) 236 5 3 2穿穿過過胎胎盤盤 0 0 0 0肥肥大大細(xì)細(xì)胞胞和和嗜嗜堿堿性性細(xì)細(xì)胞胞脫脫顆顆粒粒 ？ 0 0 0 +裂裂解解細(xì)細(xì)菌菌能能力力 + + + ? ?抗抗病病毒毒能能力力 + + + ? ?GODGeneration of Diversity7-4Ig and TCR Gene Rearrangement外顯子1內(nèi)含子 RNA轉(zhuǎn)錄本mRNA 蛋白質(zhì)多肽鏈基因1基因2基因3基因4外顯子2外顯子4外顯子3內(nèi)含子內(nèi)含子 染色體DNA 完整基因基 因 的 結(jié) 構(gòu)、 轉(zhuǎn) 錄 與 翻 譯V3VnJ1J2J3J4V1

12、V2CJ5前前 B B 細(xì)胞細(xì)胞 DNADNAV1V2V3VnJ3J1J2J4CJ5基因重排基因重排J5CRNA RNA 剪切剪切V2J4 VL CLV1V2J4CJ5成熟成熟 B B 細(xì)胞細(xì)胞 DNADNA初級轉(zhuǎn)錄本初級轉(zhuǎn)錄本V1V2J4CJ5J4V2CmRNA mRNA L VH Cm1.胚系基因2.基因重排3.重排基因4.RNA轉(zhuǎn)錄本5.mRNA剪切6.成熟mRNA7.Igm前體多肽 V1 V2 V3 Vn D1 D2 D3 Dn J1 J2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca V1 V2 D2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca V1 V2 D2 J3 J4 Cm Cd C

13、g Ce Ca V2D2J3 J4 Cm Cd V2D2J3 Cm Cd V2D2J3 CdCmJ4J4 V2 D2 J3 Cm V2 D2 J3 Cd L VH Cd Ig 重重 鏈鏈 基基 因因 重重 排排 Susumu TonegamaNobel Prize 19877-47-4IgIg基因及其重排基因及其重排 V V V V V V V V J J J J J K 著絲粒著絲粒 V V V V V V VPREB1 V V J1 L1 J2 L2 J3 L3 J4 L4 J5 L5 J6 L6 J7 L7 IGLL1 IGLL2 IGLL3 V V D D D D V V D D D

14、D J J J J M D G3 G1 EP1 A1 GP G2 G4 E1 A2 95個 IGHV 23個 IGHD 9個 IGHD 9個 IGHJ 11個 IGHC 900 kb 240Kb 22Kb 35Kb 300Kb免 疫 球 蛋 白 基 因 結(jié) 構(gòu) IGH （位于染色體（位于染色體 14q3214q32） IGK （位于染色體（位于染色體 2p12-p112p12-p11） 1.85M b0.85M b多于90個 IGKV 5個 IGKJ IGKC 11個 IGKV orphonsIGL （位于染色體（位于染色體 22q1122q11） 60個 IGLV 800K b 14K b

15、60K b 670Kb 30Kb 150Kb 7個 IGLJ 與 7個 IGLC 交替排列 3個 IGLL 基因座 IGH基因群包括95個V（50個是功能基因）、32個D、6個J以及以及9個C基因片段。其中23個D片段位于V片段之間。IGHC基因按照如下順序排列：IGHM、IGHD、IGHG3、IGHG1、IGHA1、IGHG2、IGHG4、IGHE、IGHA2。IGL基因組包括60個V（30個是功能基因，20個為假基因）、7個J基因片段和7個C區(qū)基因（3個假基因）。人IGK基因群包括70個V（約半數(shù)為假基因）、5個J基因片段和1個C區(qū)基因。表表7 7- -2 2 人人I Ig g基基因因 片

16、片段段* * 基基因因片片 段段I Ig g基基因因VDJCIGH95（50）23 9（6） 11（9）IGK90（60）051IGL60（30）07 7（4） *：表中顯示各基因片段的總數(shù)，括號中為除假基因以及無效基因之外 的功能基因片段數(shù)。 7 核苷酸CACAGTGACAAAAACC12V23VCACAGTGGGTTTTTGT23V1212 23 J 12J 23 J D Ig 基 因 的 重 信 號 序 列IGKIGLIGH 9 核苷酸 9 核苷酸 7 核苷酸V、D和J基因片段兩端的重組信號序列按圖中所示方式組成，以保證V、（D）、J之間的正確重排。 Ig 基 因 重 排 序 列CCAA

17、AAACAGGTTTTTGTD4 D3 D23 J1 C ACTGTG CTGACAC D1 D2 J2 J3 C 5 3剪切剪切12bp 23bp一個IGHD（如IGHD2）和一個IGHJ （如IGHJ2）基因片段通過其兩側(cè)的23bp-RSS和12bp-RSS被拉攏在一起。它們之間的DNA片段形成環(huán)狀并被剪除，IGHD2和IGHJ2之間被修復(fù)酶連接在一起。 Heavy chain diversity created by variable recombinationAA TA G A G A TA G A G A TG A GG C GTA CA C TGG TG T AATA CA C T

18、GG TG T AAGA CA C TGG TG T AAA CC TGG TGTA CCG TGTA CG TGA CGTTTGT A CCCAspArgArgArgAsnAspAspAspTyrTyrTryTryTryGlyGlyGlyAsnSerSerTyrTyrTrpTrpGlySerTyrPheTyrSerThrJHVHDS107M603M167S107M603M167 Light chain diversity created by variable recombinationC C C C C CT G GC C C T G GProTrpProteinRecombined DN

19、AGerm line DNAC C C C C CT G GC C C C G GProArgC C C C C CT G GC C C C C GProProGeneration of antibody diversity1 multiple genesD N AV-region proteins4 mutation2 variable recombination3 nucleotide additionV1V3V4V2V5V6VnV mutationVVVJ1J2JnJ2VVJ1J2JnJ2nucleotidesIg 基因的體細(xì)胞高頻突變與抗體分子的親和力成熟IGHIGKIGLV VD D

20、J J 基基因因片片段段的的組組合合VDJV x D x J501263600605300307210IGH/IGK(IGL)3600 x(300+210)=1.6x106Imprecise Joining多多樣樣性性至至少少增增加加 1 10 00 0 倍倍Nucleotide Addition多多樣樣性性增增加加 2 20 00 00 0 倍倍Potential Variation1 10 01 10 0- -1 10 01 11 1Somatichypermutation突突變變頻頻率率是是其其它它基基因因的的百百萬萬倍倍以以上上。使使抗抗體體對對抗抗原原的的親親和和力力增增加加 1 1

21、0 00 0- -1 10 00 00 0 倍倍。7-5 Class switching53 L VH1 L VHn DH1 DH7 DH13 JH 5 L VH1 L VH201 L VHn DH1 DH DH JH C Cd Cg 3 Cg 1 Cg2b Cg2a Ce CaC Cd Cg3 Cg 1 Cg 2b Cg2a Ce Ca3 3 5 L VH1 L VH200 L V D J JH C Cd Cg 3 Cg 1 Cg2b Cg 2a Ce Ca5 3 L V D J JH C Cd Maturation of the immune response and class-swit

22、chingcmcdcgVJCgDVJDPrimary transcriptV-D-JcmmRNAPrimary transcriptV-D-JCgmRNACmCdLost genesIgMmaturationIgG L VH Cg V2 D2J3 J4 Cg V2D2 J3 Cg V2 D2 J3 Cg V1 V2 D2J3 J4 Cg Ce Ca V2 D2J3 J4 Cm Cd Cg V2D2J3 Cg 1.重排基因2.DNA再次重排3.RNA轉(zhuǎn)錄本4.mRNA剪切5.成熟mRNA6.Igg 前體多肽 V1 V2 D2J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca Ig 分分 子子 類類 別別

23、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 的的 機(jī)機(jī) 理理AB抗體分子的類別轉(zhuǎn)換抗體分子的類別轉(zhuǎn)換 - DNA 再次重排再次重排 VDJ Sm m IGHM Sg g IGHG Se e IGHE VDJ Sm m Se e IGHE再次重排副產(chǎn)物再次重排 IGH 基因+ IL-4 + CD40 L重排 IGH 基因Sg gIGHGSm mSe eIGHM 類 別 轉(zhuǎn) 換 機(jī) 制VDJ下游的IGHM、IGHD、IGHG等基因片段被剪除后，VDJ基因片段直接與IGHE相連，所產(chǎn)生的基因編碼IgE分子重鏈。V-D-Jd dV-D-Jm md dPloy APloy AV-D-Jm mIgD mRNAIgM mRNAPrimar

24、y RNA transcript抗體分子的類別轉(zhuǎn)換抗體分子的類別轉(zhuǎn)換 - RNA 替代剪切替代剪切 L VDJ Cm2 Cm3 Cm4 S M1 M2DNAPoly APoly AI Igm ms mRNAI Igm mm mRNA分 泌 型 與 膜 型 IgM 的 產(chǎn) 生 膜 型 分泌型 Ig重鏈C區(qū)基因的3端含有編碼疏水性跨膜區(qū)的兩個外顯子（M1、M2）及多腺苷酸化位點（PA）。mRNA轉(zhuǎn)錄本的替代剪切產(chǎn)生兩種不同的mRNA，帶有M1和M2外顯子序列者指導(dǎo)膜型Igm的合成，M1和M2序列被剪除者指導(dǎo)分泌型Igm鏈的合成。secreted (m ms)membrane (m mm)Membrane and secreted IgM7-67-6B B 細(xì)胞發(fā)育細(xì)胞發(fā)育表達(dá)Pre-BCR的B細(xì)胞表達(dá)sIgM的未成熟B細(xì)胞B細(xì)胞的中樞免疫