抗體,抗體的多樣性及其產(chǎn)生機(jī)制 gaobo

1、INSTITUTE FOR IMMUNOBIOLOGYDEPARTMENT OF IMMUNOLOGY2020世紀(jì)有關(guān)抗體研究獲得諾貝世紀(jì)有關(guān)抗體研究獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)的免疫學(xué)家爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)的免疫學(xué)家年代年代學(xué)者姓名學(xué)者姓名國(guó)家國(guó)家獲獎(jiǎng)成就獲獎(jiǎng)成就19011901E.A.Behring德國(guó)德國(guó)發(fā)現(xiàn)抗毒素，開創(chuàng)免發(fā)現(xiàn)抗毒素，開創(chuàng)免疫血清療法疫血清療法19081908P.Ehrlich德國(guó)德國(guó)提出體液免疫理論和提出體液免疫理論和抗體生成的側(cè)鏈學(xué)說抗體生成的側(cè)鏈學(xué)說19601960F.M.Burnet澳大利亞澳大利亞提出抗體生成的克隆提出抗體生成的克隆選擇學(xué)說選擇學(xué)說19721972G.M.E

2、delmanG.M.Edelman美國(guó)美國(guó)闡明抗體的本質(zhì)闡明抗體的本質(zhì)R.R.PorterR.R.Porter英國(guó)英國(guó)闡明抗體的化學(xué)結(jié)構(gòu)闡明抗體的化學(xué)結(jié)構(gòu)2020世紀(jì)有關(guān)抗體研究獲得諾貝世紀(jì)有關(guān)抗體研究獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)的免疫學(xué)家爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)的免疫學(xué)家年代年代學(xué)者姓名學(xué)者姓名國(guó)家國(guó)家獲獎(jiǎng)成就獲獎(jiǎng)成就19841984N. Jerne丹麥丹麥提出天然抗體選擇學(xué)說和免疫提出天然抗體選擇學(xué)說和免疫網(wǎng)絡(luò)學(xué)說網(wǎng)絡(luò)學(xué)說G. Kohler德國(guó)德國(guó)建立雜交瘤技術(shù)制備單克隆抗建立雜交瘤技術(shù)制備單克隆抗體體C. Milstein 阿根廷阿根廷單克隆抗體技術(shù)及免疫球蛋白單克隆抗體技術(shù)及免疫球蛋白基因表達(dá)的遺傳調(diào)

3、控基因表達(dá)的遺傳調(diào)控19871987Tonegawa日本日本闡明抗體多樣性的遺傳基礎(chǔ)闡明抗體多樣性的遺傳基礎(chǔ)Emil von Behring, 1901, antitoxinsGeoreges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibodySusumu Tonegama,1987, structure of Ig geneGerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibodyPaul Ehrlich , 1908, production of antibodyNobel

4、 Prize winners Burnet, 1960，Clonal selection Jerne, 1984,Idiotype network抗體抗體生物體最奇妙的分子生物體最奇妙的分子F無限的多樣性（無限的多樣性（diversity)F功能與結(jié)構(gòu)的雙重性功能與結(jié)構(gòu)的雙重性 可變區(qū)可變區(qū)抗原結(jié)合抗原結(jié)合 ( 特異性特異性specificity ) 恒定區(qū)恒定區(qū)生物學(xué)效應(yīng)功能生物學(xué)效應(yīng)功能F分泌型和膜型表達(dá)分泌型和膜型表達(dá)FB細(xì)胞接受抗原刺激后增殖分化成漿細(xì)胞產(chǎn)生的糖蛋白。細(xì)胞接受抗原刺激后增殖分化成漿細(xì)胞產(chǎn)生的糖蛋白?；靖拍罨靖拍預(yù)g1Ab1Ag1-Ab1Ag2Ag2Ag2-Ab2F與

5、相應(yīng)抗原與相應(yīng)抗原特異性特異性結(jié)合。結(jié)合。F主要存在于血清中。主要存在于血清中。Emil von Behring (1845-1917)抗毒素（抗毒素（1888）凝集素（凝集素（1896,Gruber and Durham）沉淀素（沉淀素（1897, kraus）抗體抗體(antibody)是介導(dǎo)體液免疫的重要效是介導(dǎo)體液免疫的重要效應(yīng)分子，是應(yīng)分子，是B細(xì)胞接受抗細(xì)胞接受抗原刺激后增殖分化為漿細(xì)原刺激后增殖分化為漿細(xì)胞所產(chǎn)生的糖蛋白。胞所產(chǎn)生的糖蛋白。 抗體一詞的由來（抗體一詞的由來（19世紀(jì)末）世紀(jì)末）1937年年 Tiselius和和Kabat 用電泳用電泳方法證實(shí)抗體的方法證實(shí)抗體的活

6、性存在于泳動(dòng)活性存在于泳動(dòng)最慢的血清組分，最慢的血清組分，稱為稱為 球蛋白球蛋白抗體與抗體與 球蛋白關(guān)系球蛋白關(guān)系抗體抗體 球蛋白球蛋白19681968和和19721972年年WHOWHO和國(guó)際免疫學(xué)和國(guó)際免疫學(xué)會(huì)分別決定將具有抗體活性或化會(huì)分別決定將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白統(tǒng)稱學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白統(tǒng)稱為免疫球蛋白為免疫球蛋白. .抗體與免疫球蛋白關(guān)系抗體與免疫球蛋白關(guān)系抗體抗體 免疫球蛋白免疫球蛋白功能功能概念概念結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)概念概念B細(xì)胞接受抗原刺激后增殖分化成漿細(xì)胞產(chǎn)生的糖蛋白與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合主要存在于血清中又稱免疫球蛋白 (Immunoglobulin)分泌型 sI

7、g、膜型 mIg 1）四肽鏈通過鏈間二硫鍵組成）四肽鏈通過鏈間二硫鍵組成H2L2重鏈：五類重鏈：五類(isotype: a a、 、m m、d d、e e) 輕鏈：兩型輕鏈：兩型(k k、l)l)一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu) Rodney Porter 1917-1985Nobel Prize in 1972Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972FabFabFcHHLLFEdelman將抗體分子假定與其它各 種 蛋 白 質(zhì) 一 樣 ， 由 一

8、 些 polypeptide鏈所構(gòu)成，而他認(rèn)為polypeptide鏈間最可能以二硫鍵結(jié)合在一起，故他試圖將這些鍵結(jié)打斷來觀察其中的各條polypeptide鏈，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)這些氨基酸鏈單獨(dú)存在時(shí)都不具有任何抗體的功用。 F重鏈（重鏈（Heavy chain:H鏈）鏈） 大約大約500 a.a, 糖基糖基(+) 類別類別（Class ）:H鏈：鏈：a a, , m m , d d, e e. (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgEF 輕鏈（輕鏈（light chain:L鏈）鏈） 大約大約214 a.a,糖基糖基(-) 型別（型別（ type）: k k ,l l重鏈和輕鏈（重鏈

9、和輕鏈（Heavy & light chains）VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+F可變區(qū)可變區(qū)(Variable region, VH/VL, Fv)：結(jié)合抗原結(jié)合抗原 VH和和VL： 高變區(qū)高變區(qū) HVR 抗原結(jié)合部位抗原結(jié)合部位互補(bǔ)決定區(qū)互補(bǔ)決定區(qū)CDR 骨架區(qū)骨架區(qū) FR14 (1971, Kabat)F 恒定區(qū)恒定區(qū)(Constant region, CH/CL)F 絞鏈區(qū)絞鏈區(qū)(Hinge region) The basic structure of immunoglobulins三個(gè)功能區(qū)三個(gè)功能區(qū)(Domain) 0

10、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 抗體分子的多樣性抗體分子的多樣性 Igl 鏈鏈 的的 氨氨 基基 酸酸 序序 列列酸酸殘殘基基的的變變異異率率相相應(yīng)應(yīng)位位置置上上氨氨基基F對(duì)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(gè)分別由610個(gè)氨基酸殘基組成的狹小區(qū)域內(nèi)。這3個(gè)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。 0 10 20 30 40 50 60 70 80

11、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 酸酸殘殘基基的的變變異異率率相相應(yīng)應(yīng)位位置置上上氨氨基基Diversity and Specificity抗抗原原B B細(xì)胞表位細(xì)胞表位 抗體抗體 CDR表位AbAg鉸鏈區(qū)（鉸鏈區(qū)（Hinge region）VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+F特點(diǎn)：特點(diǎn)：1)極富彈性極富彈性2)富含脯氨酸富含脯氨酸F功能功能:1) 有利于有利于 Ab 與與Ag的結(jié)合

12、的結(jié)合2)有利于有利于 Ab 與補(bǔ)體的結(jié)合與補(bǔ)體的結(jié)合IgGIgG分子結(jié)合抗原前后的構(gòu)象變化分子結(jié)合抗原前后的構(gòu)象變化Fab段段Fc段段C1q 結(jié)結(jié)合位點(diǎn)合位點(diǎn)被屏障被屏障結(jié)合抗原之前結(jié)合抗原之前 CH1CH2暴露的暴露的C1q結(jié)結(jié)合位點(diǎn)合位點(diǎn)結(jié)合抗原之后結(jié)合抗原之后結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 1）Ig分子中由鏈內(nèi)二硫鍵構(gòu)成的致密立體球體分子中由鏈內(nèi)二硫鍵構(gòu)成的致密立體球體(V/C/H)。 2）b b-sheet、b b-barrel、immunoglobulin fold。 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)。免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)功能區(qū)免疫

13、球蛋白的結(jié)構(gòu)功能區(qū)“Ig-like Domain (Ig樣結(jié)構(gòu)域)”二、免疫球蛋白的其他成分二、免疫球蛋白的其他成分(1)化學(xué)本質(zhì)：漿細(xì)胞分泌的多肽鏈化學(xué)本質(zhì)：漿細(xì)胞分泌的多肽鏈J CHAINJ CHAIN IgA dimer(2)存在：存在：IgM（五聚體）（五聚體）, sIgA（雙體）（雙體）IgM連接鏈連接鏈（joining chain，J鏈）鏈）SecretorypieceJoining chain SPIgA dimer分泌片分泌片（Secretory Piece，SP)(1) 化學(xué)本質(zhì)：化學(xué)本質(zhì)： 多肽鏈多肽鏈(70kD)(2)來源：上皮細(xì)胞來源：上皮細(xì)胞J chain （3）作用

14、：）作用： a.幫助幫助IgA穿越黏膜穿越黏膜 b.保護(hù)保護(hù)s IgA抵抗蛋白酶的水解作用抵抗蛋白酶的水解作用Secretory IgA(sIgA)Plasma cellsIgA dimerpIgRSPEpithelial Cell胃蛋白酶胃蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFcF(ab )2Fab 三、免疫球蛋白的水解片段三、免疫球蛋白的水解片段F木瓜蛋白酶作木瓜蛋白酶作用于用于IgG分子重分子重鏈間二硫鍵的鏈間二硫鍵的N端側(cè)，將其裂解端側(cè)，將其裂解為為Fab段和段和Fc段。段。胃蛋白酶則切在胃蛋白酶則切在該二硫鍵之該二硫鍵之C端端側(cè)，產(chǎn)生側(cè)，產(chǎn)生F(ab)2和和pFc段。段。F類類(Clas

15、s): 重鏈重鏈C區(qū)抗原性區(qū)抗原性IgG、IgA、IgM、IgD、IgEF亞類亞類(Subclass): 重鏈抗原性重鏈抗原性/二硫鍵數(shù)目位置二硫鍵數(shù)目位置IgG1-4F型型(Type): 輕鏈輕鏈C區(qū)抗原性區(qū)抗原性k k、l lF亞型亞型(Subtype): 輕鏈輕鏈C區(qū)區(qū)aa差異排列差異排列 l1l14 4免疫球蛋白的異質(zhì)性免疫球蛋白的異質(zhì)性免疫球蛋白的類型免疫球蛋白的類型血清型血清型F免疫球蛋白既可結(jié)合抗原，又可作為抗原，激發(fā)機(jī)體的免疫球蛋白既可結(jié)合抗原，又可作為抗原，激發(fā)機(jī)體的免疫應(yīng)答，因而也是一類抗原物質(zhì)。由于免疫球蛋白的遺免疫應(yīng)答，因而也是一類抗原物質(zhì)。由于免疫球蛋白的遺傳基礎(chǔ)不同

16、，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差異。利用傳基礎(chǔ)不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差異。利用血清學(xué)方法測(cè)定和分析免疫球蛋白抗原性予以分類，稱為血清學(xué)方法測(cè)定和分析免疫球蛋白抗原性予以分類，稱為免疫球蛋白的血清型。免疫球蛋白的血清型。1、同種型同種型(isotype)：同一種屬所有個(gè)體免疫球蛋白分子共同同一種屬所有個(gè)體免疫球蛋白分子共同的抗原特異性標(biāo)志。的抗原特異性標(biāo)志。 由由C區(qū)決定區(qū)決定 。VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFc2、同種異型（、同種異型（allotype)： 同一種屬不同個(gè)體間免疫球蛋白分子同一種屬不同個(gè)體間免疫球蛋白分子所具有的不同的抗原特異性

17、標(biāo)志。所具有的不同的抗原特異性標(biāo)志。 由由 鏈、鏈、a a鏈、鏈、e e鏈、鏈、k k鏈鏈C區(qū)區(qū)決定。決定。 VHCH1CVLCLFabHinge regionFc3、獨(dú)特型、獨(dú)特型(idiotype,Id)： 每個(gè)免疫球蛋白分子所特有的抗原每個(gè)免疫球蛋白分子所特有的抗原特異性標(biāo)志。特異性標(biāo)志。由超變區(qū)特殊的氨基酸序列及其構(gòu)型決定。由超變區(qū)特殊的氨基酸序列及其構(gòu)型決定。 VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFc1）與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合：）與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合：Fv2）激活補(bǔ)體：）激活補(bǔ)體：3）結(jié)合）結(jié)合FcR：促吞噬：促吞噬(opsonization) 介導(dǎo)過敏介

18、導(dǎo)過敏 介導(dǎo)細(xì)胞毒介導(dǎo)細(xì)胞毒(ADCC) 免疫調(diào)理免疫調(diào)理 4）穿過胎盤和粘膜）穿過胎盤和粘膜5）調(diào)節(jié)免疫功能）調(diào)節(jié)免疫功能VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabFcCOONH3+免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能a.b.免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能 FcR Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity(抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用)Target cellAbEffector cellTarget cell表達(dá)表達(dá)Fc受體的組織細(xì)胞受體的組織細(xì)胞(NK、M 、中性粒細(xì)胞）、中性粒細(xì)胞）通過通過識(shí)別抗體的識(shí)別抗

19、體的Fc段直接殺傷被抗體包被的的靶細(xì)胞。段直接殺傷被抗體包被的的靶細(xì)胞。ADCC免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能抗體的抗病毒效應(yīng)抗體的抗病毒效應(yīng)NK靶細(xì)胞介導(dǎo) ADCC經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體C1qr2s2調(diào)理吞噬作用免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能IgGIgMIgAIgEIgD各類免疫球蛋白的特點(diǎn)和功能各類免疫球蛋白的特點(diǎn)和功能 出生后出生后3 3個(gè)月開始合成，個(gè)月開始合成，3 35 5歲接近成人歲接近成人 含量最多含量最多 占血清總占血清總IgIg的的 75%75% 產(chǎn)生比較晚，是再次應(yīng)答的主要抗體產(chǎn)生比較晚，是再次應(yīng)答的主要抗體 半衰期最長(zhǎng)半衰期最長(zhǎng)( (t =23=23天天) ) 分布最廣，血

20、管外的主要抗體分布最廣，血管外的主要抗體 唯一能通過胎盤的唯一能通過胎盤的IgIg 激活補(bǔ)體激活補(bǔ)體 IgG1 IgG13 3（經(jīng)典），（經(jīng)典），IgG4IgG4（替代）（替代） 結(jié)合細(xì)胞結(jié)合細(xì)胞 巨噬細(xì)胞，單核細(xì)胞巨噬細(xì)胞，單核細(xì)胞調(diào)理作用調(diào)理作用 NKNK細(xì)胞，巨噬細(xì)胞細(xì)胞，巨噬細(xì)胞介導(dǎo)介導(dǎo)ADCCADCC 結(jié)合結(jié)合SPASPA協(xié)同凝集實(shí)驗(yàn)協(xié)同凝集實(shí)驗(yàn)特性：特性：IgGIgG功能：功能：抗感染的主要抗體抗感染的主要抗體 介導(dǎo)介導(dǎo) II,IIIII,III型超敏反應(yīng)型超敏反應(yīng)介導(dǎo)自身免疫介導(dǎo)自身免疫 調(diào)理調(diào)理 介導(dǎo)介導(dǎo) ADCCADCC 固定補(bǔ)體固定補(bǔ)體中和病毒和毒素中和病毒和毒素 抗菌抗菌

21、 抗病毒抗病毒抗外毒素抗外毒素 IgG四個(gè)亞類的特點(diǎn)四個(gè)亞類的特點(diǎn)IgG1IgG2IgG3IgG4血清含量血清含量(占占IgG的百分比）的百分比） 70 20 6 4 血清半衰期血清半衰期(天天) 23 23 7 23通過胎盤通過胎盤 + + + +固定補(bǔ)體固定補(bǔ)體 + + + 結(jié)合結(jié)合Fc受體受體 + + + 特性特性血清中含量第三血清中含量第三 出現(xiàn)最早的Ig分布局限，主要在血管內(nèi)分布局限，主要在血管內(nèi)d) 通過經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體通過經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體e)分子量最大分子量最大f)凝集細(xì)菌凝集細(xì)菌e) 結(jié)合細(xì)胞結(jié)合細(xì)胞 巨噬細(xì)胞巨噬細(xì)胞,單核細(xì)胞單核細(xì)胞-調(diào)理調(diào)理 NK細(xì)胞細(xì)胞,巨噬細(xì)胞巨噬細(xì)胞

22、-介導(dǎo)介導(dǎo)ADCC IgM J J 鏈鏈 IgM抗感染的先鋒抗體抗感染的先鋒抗體 介導(dǎo)介導(dǎo) II,IIIII,III型超敏反應(yīng)型超敏反應(yīng) 介導(dǎo)自身免疫介導(dǎo)自身免疫天然血型抗體天然血型抗體 調(diào)理作用調(diào)理作用 ( (最強(qiáng)最強(qiáng) ) ) 激活補(bǔ)體激活補(bǔ)體中和病毒和外毒素中和病毒和外毒素 凝集微生物凝集微生物 介導(dǎo)介導(dǎo) ADCCADCC功能：功能： 抗菌作用抗菌作用最強(qiáng)最強(qiáng) (500(50010001000IgG)IgG) 抗病毒抗病毒 抗外毒素抗外毒素IgA特點(diǎn)特點(diǎn): :血清中含量第二血清中含量第二 ( (血清型血清型 IgAIgA，serum IgA)serum IgA)主要以分泌型存在主要以分泌型

23、存在( ( 外分泌液中）外分泌液中）. .(secretory IgA,sIgA)(secretory IgA,sIgA) sIgAsIgA通過初乳被動(dòng)轉(zhuǎn)移給新生兒通過初乳被動(dòng)轉(zhuǎn)移給新生兒 唾液唾液, , 眼淚眼淚, , 乳汁乳汁, , 鼻黏膜鼻黏膜, , 支氣管分泌液支氣管分泌液, , 生殖生殖 道分泌物道分泌物, , 前列腺液前列腺液, , 小腸黏膜分泌液小腸黏膜分泌液. . SCJ chainIgA dimersIgA功能：功能：粘膜局部抗感染的主要抗體粘膜局部抗感染的主要抗體 阻止病原體粘阻止病原體粘附于粘膜細(xì)胞附于粘膜細(xì)胞中和病毒和外中和病毒和外毒素毒素 傷寒沙門氏桿菌傷寒沙門氏桿菌

24、, , 奈瑟氏淋球菌奈瑟氏淋球菌 脊髓灰質(zhì)炎病毒，流感病毒脊髓灰質(zhì)炎病毒，流感病毒 抗菌作用抗菌作用 抗病毒作用抗病毒作用 抗外毒素作用抗外毒素作用 IgD 分分 子子 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)IgD 分分 子子*在膜表面的表達(dá)是在膜表面的表達(dá)是B 細(xì)細(xì)胞成熟的主要標(biāo)志；胞成熟的主要標(biāo)志；*膜型膜型IgD 作為作為BCR的組的組成部分，發(fā)揮信號(hào)傳導(dǎo)作成部分，發(fā)揮信號(hào)傳導(dǎo)作用用Structure of IgE moleculeIgE特性特性1)含量最少含量最少2)與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的Fce eR受體結(jié)合受體結(jié)合親細(xì)胞性抗體親細(xì)胞性抗體:不與不與Ag結(jié)結(jié)合，即可與肥

25、大細(xì)胞和合，即可與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的嗜堿性粒細(xì)胞表面的FcR牢固結(jié)合牢固結(jié)合3)不能激活補(bǔ)體不能激活補(bǔ)體IgE參與過敏反應(yīng)參與過敏反應(yīng)( I型超敏反應(yīng)型超敏反應(yīng)) 結(jié)合肥大細(xì)胞結(jié)合肥大細(xì)胞 和嗜堿性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞 導(dǎo)致各種生物活性的導(dǎo)致各種生物活性的介質(zhì)的釋放介質(zhì)的釋放嗜酸性粒細(xì)胞有嗜酸性粒細(xì)胞有IgE的的FcR，嗜酸性粒細(xì)胞通過此受體結(jié)合嗜酸性粒細(xì)胞通過此受體結(jié)合包被在蠕蟲上的包被在蠕蟲上的IgE的的Fc段，段，最終殺死寄生蟲最終殺死寄生蟲抗寄生蟲感染抗寄生蟲感染作用作用人抗體分子的特性人抗體分子的特性抗體類別抗體類別 IgG IgA IgM IgD IgE重鏈類別重鏈類別

26、a a m m d d e e重鏈亞類重鏈亞類1, 2, 3, 41, 2, 3, 4 a1, a2 a1, a2輕鏈類別輕鏈類別 k k 和和 l l k k 和和 l l k k 和和 l l k k 和和 l l k k 和和 l l分子式分子式 2 2l l2 或或 2 2k k2a a2 2l l2或或(a(a2 2l l2)5SCJa a2 2k k2或或(a(a2 2k k2)5SCJ (m (m2 2l l2)5J或或 (m (m2 2k k2)5J d d 2 2l l2 或或d d2 2k k2 e e2 2l l2 或或 e e2 2k k2分子量分子量（kDakDa）

27、150 160或或 400 900 180 190固定補(bǔ)體能力固定補(bǔ)體能力 + 0 + 0 0血清濃度血清濃度(mg/100ml)(mg/100ml) 1000 200 120 3 0.05血清半衰期血清半衰期 ( (天天) ) 236 5 3 2穿過胎盤穿過胎盤 0 0 0 0肥大細(xì)胞和嗜堿肥大細(xì)胞和嗜堿性細(xì)胞脫顆粒性細(xì)胞脫顆粒？ 0 0 0 +裂解細(xì)菌能力裂解細(xì)菌能力 + + + ? ?抗病毒能力抗病毒能力 + + + ? ?2014-10-13F抗體的多樣性F抗體的多樣性產(chǎn)生的機(jī)制F抗體的類別轉(zhuǎn)換1897年年P(guān)aul Ehrlich 提出提出側(cè)鏈學(xué)說側(cè)鏈學(xué)說1930年年Haurowitz

28、 提出提出直接模板學(xué)說直接模板學(xué)說1941年年P(guān)auling提出提出間接模板學(xué)說間接模板學(xué)說1955年年Niels Jerne 提出提出自然選擇學(xué)說自然選擇學(xué)說1958年年FM Burnet 提出提出克隆選擇學(xué)說克隆選擇學(xué)說抗體生成理論的發(fā)展史抗體生成理論的發(fā)展史F抗體抗體/ /免疫球蛋白的基因結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的基因結(jié)構(gòu)F抗體基因的重排抗體基因的重排F抗體基因的重排機(jī)制抗體基因的重排機(jī)制The genome contains many loci encoding antibody molecules.B cell express one of these loci.Different B cel

29、ls express different loci.There are a small number of antibody genes which undergo mutation as the B cell matures , thus giving rise to B cells expressing antibody of different specificity.1971年年 Kabat基因嵌入模型基因嵌入模型利根川進(jìn)：抗體的基因重排理論利根川進(jìn)：抗體的基因重排理論免疫球蛋白的基因結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的基因結(jié)構(gòu)In heavy chains, the V, D and J segment

30、s encode the variable domain while the C segment encodes the constant domain.In light chains, the V and J segments encode the variable domain while the C segment encodes the constant domain.抗體基因的重排抗體基因的重排During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement.During B cell maturation, i

31、mmunoglobulin genes undergo rearrangement.During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement.During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement.The kappa and lambda loci undergo similar rearrangement.Since there are no D segments, there is a single V-J rearrangeme

32、nt.In both heavy and light chain rearrangement, a number of J segments mayremain between the V(D) and C segments.These are included in the RNA transcript but are spliced out during RNAprocessing.The final light chain mRNA contains one VJC unit.Kuby Figure 5-4Kuby Figure 5-4抗體基因重排的機(jī)制（1）重組信號(hào)序列）重組信號(hào)序列(

33、recombination signal sequence, RSS)在VH和VL基因3端、J基因5端和D基因兩端有高度保守的核苷酸序列，包括一個(gè)7核苷酸組成的七聚體(heptamer)和一個(gè)9核苷酸組成的九聚體(nonamer)，兩者間隔121或231個(gè)核苷酸，稱為RSS。只有間隔只有間隔12個(gè)堿基對(duì)和間隔個(gè)堿基對(duì)和間隔23個(gè)堿基對(duì)的個(gè)堿基對(duì)的RSS之間發(fā)生重之間發(fā)生重組，而間隔長(zhǎng)度相等的組，而間隔長(zhǎng)度相等的RSS之間不發(fā)生重組，這就是之間不發(fā)生重組，這就是12/23堿基對(duì)規(guī)律堿基對(duì)規(guī)律(12/23 base pair rule)，也叫做，也叫做1+2圈規(guī)律圈規(guī)律(1+2 turn rule

34、)。Kuby Figure 5-3Recombination signal sequences - conserved sequences in regions j u s t u p s t r e a m o r downstream of gene segments.Consist of a conserved heptamer and nonamer with a 12 or 23 bp spacer.Kuby Figure 5-3The one-turn/two-turn rule (12/23 rule) - recombination occurs onlybetween a s

35、egment with a 12 bp spacer and a segment with a 23 bp spacer.Recombination Signal Sequences Direct RecombinationRecombination Activating Genes (encode RAG-1 and RAG-2)RAG-1 and RAG-2 mediate recognition of signal sequences and rearrangement of DNA segments.Mice deficient in RAG-1 or RAG-2 are unable

36、 to rearrange heavy or light chain genes.These mice have no mature B cells.- B cells will not mature if they cannot express a BCR. （2）重組活化基因）重組活化基因Recombination Activating GenesRAG-deficient mice also lack mature T cells.- The T cell receptor is also encoded by loci containing gene segments that mus

37、t be rearranged before the TCR can be expressed.T cells will not mature if they cannot express a TCR.SCID (severe combined immune deficency) mice also have a defect that affects rearrangement of BCR and TCR loci.They also have no mature T or B cells.Flow cytometry of normal vs. RAG-1 deficient mice:

38、Lymph node cellsFITC anti-CD19 (B cell marker) and PE anti-CD3 ( T cell marker)Normal miceRAG-1 - deficient miceHow recombination in the V regions of antibody happens?A G C TT A T ATerminal deoxynucleotidyl transferase (Tdt)An enzyme that randomly adds in nucleotides during joining of heavychain (NO

39、T light chain) segments.Read Kuby pages 113-115: Gene Segments Are Joined by RecombinasesProductive and nonproductive rearrangementsJoining of segments is not precise and may result in loss of the correct reading frame.This may lead to introduction of stop codons - nonproductiverearrangements.RSSRSS

40、RSS: recombination signal sequenceRAG: recombination activating geneP-核苷酸和核苷酸和N-核苷酸的加入核苷酸的加入片段斷端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)片段斷端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)TCAGDTAATJ內(nèi)切酶切開發(fā)夾結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)切酶切開發(fā)夾結(jié)構(gòu)產(chǎn)生P-核苷酸核苷酸T C G ADA T A TJTdT酶加入酶加入N-核苷酸核苷酸T C G A C T CDG A G C G A T A TJ通過通過DNA修復(fù)，斷端連接，恢復(fù)雙鍵結(jié)構(gòu)修復(fù)，斷端連接，恢復(fù)雙鍵結(jié)構(gòu)T C G A C T C G C T A T AT C G A C T C G C T A T

41、 AA G C T G A G C G A T A TA G C T G A G C G A T A TDJP N PTwo alleles are available at each locus (maternal and paternal).A B cell expresses only one heavy and light chain allele.- ALLELIC EXCLUSIONFirst, one allele of the heavy chain is rearranged.If the rearrangement is successful, the other alle

42、le will not be rearranged.If the rearrangement is nonproductive, the other allele will be rearranged.Once a heavy chain allele rearrangement is productive, light chain rearrangement will begin.If rearrangement of both heavy chain alleles is nonproductive, the B cell will not mature further but will

43、die of apoptosis within the bone marrow. If a heavy chain allele is successfully rearranged, light chain rearrangement begins.In humans, the kappa locus is rearranged first.Rearrangement occurs at one allele at a time and continues until a productive rearrangement occurs.If both kappa alleles rearrange nonproductively, rearrangement will begin at the lambda locus.If all 4 alleles (both kappa alleles and both lambda alleles) rearrangements are nonproductive, the B cell will not mature but will instead die of apoptosis within the bone marrow.If e