BCRTCR的編碼基因

1、第十一章第十一章 BCR/TCRBCR/TCR編碼基因及多樣性的產(chǎn)生編碼基因及多樣性的產(chǎn)生nB細(xì)胞和T細(xì)胞的抗原識(shí)別受體分別是BCR和TCR。nT和B 淋巴細(xì)胞在表達(dá)抗原識(shí)別受體上具有“一個(gè)細(xì)胞（克?。?，只表達(dá)一種受體”的特點(diǎn)，人體內(nèi)T和B細(xì)胞克隆的總數(shù)在1012 以上，至少可以表達(dá)1012 種獨(dú)具識(shí)別特異性的TCR和BCR，此即淋巴細(xì)胞抗原識(shí)別受體的多樣性。nBCR即mIg，由四條多肽鏈組成；TCR由兩條多肽鏈組成 鏈或 鏈。BCR和TCR都有可變區(qū)和恒定區(qū)組成，不同克隆T、B細(xì)胞的BCR恒定區(qū)可以相同，但可變區(qū)是不同的第一節(jié) BCR、TCR基因結(jié)構(gòu)一、胚系BCR基因結(jié)構(gòu)nIg的基因由3組不

2、連鎖的基因群控制，即 輕鏈基因群、 輕鏈基因群和重鏈基因群。n各基因群中含有許多基因節(jié)段（segment）。n在未分化的胚系B細(xì)胞和其他有核體細(xì)胞的染色體中，編碼Ig分子可變區(qū)和恒定區(qū)各個(gè)部分的基因節(jié)段是相互分離的。n在B細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，一部分基因節(jié)段互相接近、重新排列，形成功能性的Ig基因單位，這一過(guò)程稱為基因重排（gene rearrangement）。n編碼人Ig基因在染色體上的分布：H鏈（14q32.3）、鏈（2p12）、鏈（22q11）。其在染色體上的總長(zhǎng)度為80萬(wàn)至200萬(wàn)個(gè)bp（堿基對(duì)），是普通基因長(zhǎng)度的50倍以上。n根據(jù)WHO命名委員會(huì)關(guān)于Ig分子多肽鏈及其編碼基因?qū)懛ㄒ?guī)則，抗

3、體分子重、輕鏈分別寫為IgH、Ig 和Ig，相應(yīng)的編碼基因簇分別以大寫斜體IGH、IGK和IGL代表。IGH中的V、D、J、和C基因片斷分別寫為IGHV、IGHD、IGHJ和IGHC。IGK和IGL基因簇中的V、J、C基因片斷分別寫為IGKV（或IGLV）、IGKJ（或IGLJ）、IGKC（或IGLC）。（一）胚系B細(xì)胞中Ig重鏈基因的結(jié)構(gòu)n胚系B細(xì)胞中重鏈基因結(jié)構(gòu)：（1）可變區(qū)由V（variable）基因、D（diversity）基因和J（joining）基因3個(gè)基因編碼；（2）編碼重鏈恒定區(qū)各亞類的C基因在可變區(qū)的下游呈簇狀串聯(lián)排列；（3）每個(gè)亞類（鏈除外）的重鏈恒定區(qū)基因節(jié)段上游都有一個(gè)

4、轉(zhuǎn)換區(qū)，基因節(jié)段中編碼Ig各功能區(qū)的外顯子之間有內(nèi)含子分隔，在功能區(qū)外顯子下游有控制免疫球蛋白分泌或膜結(jié)合的元件。n人IGH基因總長(zhǎng)約1.3Mb，包括95個(gè)V、23個(gè)D、6個(gè)J和11個(gè)C基因節(jié)段。 n1Ig重鏈可變區(qū)（V）基因（1）VH基因： VH基因節(jié)段編碼重鏈可變區(qū)的疏水前導(dǎo)肽和N端的96 101個(gè)氨基酸，其中包括CDR1和CDR2。人的VH基因節(jié)段至少有95個(gè)，只有50個(gè)是功能基因，其余為假基因。（2）DH和JH 基因：CDR3由DH和JH基因共同編碼。DH基因位于VH和JH 基因之間。重排后的DH基因在序列和長(zhǎng)度上變化很大，約編碼1 15個(gè)氨基酸。人的DH節(jié)段數(shù)目為23個(gè)。JH 基因在

5、DH基因的下游，位于CH基因上游。人的JH 基因有9個(gè)節(jié)段，其中3個(gè)是假基因。JH 基因節(jié)段編碼重鏈V區(qū)的其余氨基酸部分。n2Ig重鏈恒定區(qū)（C）基因（1）C區(qū)基因片段 編碼重鏈各亞類的CH基因在JH基因的下游成簇狀依次排列。人的CH基因有11個(gè)。CH基因節(jié)段在染色體上的排列與其編碼的免疫球蛋白在體內(nèi)成熟的順序相似；C 基因和C 基因離JH基因最近，其次是各亞類C 基因，最后是C基因和C 基因。Ig的重鏈恒定區(qū)分為2 4個(gè)功能區(qū)和鉸鏈區(qū)，在每個(gè)CH基因節(jié)段中同樣含有分別編碼各功能區(qū)的外顯子。除C 以外，其他CH基因節(jié)段前都有一個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)。轉(zhuǎn)換區(qū)與免疫應(yīng)答過(guò)程中的類型轉(zhuǎn)換有關(guān)。（2）控制膜結(jié)合型或

6、分泌型Ig的基因（二）胚系B細(xì)胞中Ig輕鏈基因的結(jié)構(gòu)n完整的輕鏈由3個(gè)基因編碼：V（variable）基因和J（joining）基因編碼可變區(qū)，C（constant）基因編碼恒定區(qū)。n1鏈基因人的IGK基因簇總長(zhǎng)2Mb，包括70個(gè)V（約半數(shù)為假基因,5個(gè)J 基因和一個(gè)C 基因。V 基因編碼Ig輕鏈V區(qū)110個(gè)氨基酸的主要部分（1 96）。每一個(gè)V 基因節(jié)段的5 都有一個(gè)編碼前導(dǎo)肽的前導(dǎo)序列（leader）。J 基因位于V 基因的下游，也串聯(lián)排列。V基因和J 基因中間有內(nèi)含子（intron）分隔。J 基因編碼輕鏈V區(qū)的其余部分。只有1個(gè)C基因，位于J基因的下游。編碼 鏈恒定區(qū)。n2鏈基因IGL基

7、因總長(zhǎng)約880kb，包括60個(gè)V（約20個(gè)為假基因）、7個(gè)J基因節(jié)段和7個(gè)C（4個(gè)功能基因）基因節(jié)段。 此外，IGL基因群中還包括2個(gè)VpreB和3個(gè)IGLL基因節(jié)段，分別在B細(xì)胞發(fā)育早期編碼PreBCR組成成分VpreB和IGLL（相當(dāng)于小鼠的5）。二、胚系TCR基因結(jié)構(gòu)nT細(xì)胞抗原識(shí)別受體(T cell receptor, TCR)的 、 四條肽鏈均由多個(gè)基因編碼組成,在胚胎期以生發(fā)系(germline)形式存在于染色體上。隨T 細(xì)胞的祖細(xì)胞（pro-T）在胸腺在的發(fā)育，TCR、 的各個(gè)基因節(jié)段先后發(fā)生重排，TCR功能性的基因完全重排，則轉(zhuǎn)錄為 mRNA，進(jìn)而轉(zhuǎn)譯為多肽鏈，分別構(gòu)成TCR

8、及TCR 兩肽鏈，再與CD3復(fù)合分子組裝，表達(dá)于T細(xì)胞膜上，與此同時(shí)，T細(xì)胞亦發(fā)育為免疫功能細(xì)胞。（一）TCR 鏈基因結(jié)構(gòu)n 鏈基因的結(jié)構(gòu)與Ig重鏈的結(jié)構(gòu)相似，也是由V（variable）、D（diversity）和J（joining）基因編碼可變區(qū)，由C基因編碼恒定區(qū)。nV 基因位于D 和J 基因的上游。各V基因節(jié)段（segment）隨機(jī)排列。人的V基因約有50 100個(gè)節(jié)段，分為30個(gè)亞家族，各亞家族含有1 9個(gè)成員。其中V30基因節(jié)段位于C2基因節(jié)段的下游，也可以通過(guò)反轉(zhuǎn)錄和插入機(jī)理形成功能性的V區(qū)。n人有2個(gè)D 基因片段，12 14bp長(zhǎng)，分別位于J1和J2的上游，J1和J2各含有7個(gè)

9、J 節(jié)段，C1和C2分別位于J1和J2的下游。兩個(gè)C節(jié)段高度同源。nC基因節(jié)段有4個(gè)外顯子：第一個(gè)外顯子編碼Ig樣的C功能區(qū)和小部分TCR胞外區(qū)與穿膜區(qū)之間的連接氨基酸；第二個(gè)外顯子編碼連接氨基酸的中間部分；第三個(gè)外顯子編碼連接氨基酸的其余部分和全部穿膜區(qū)；第四個(gè)外顯子編碼56個(gè)胞質(zhì)內(nèi)尾肽和3非翻譯區(qū)。兩個(gè)C節(jié)段的選用率相等，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)也相同。nTCR基因群位于人的染色體7q32。（二）TCR鏈基因的結(jié)構(gòu)nTCR 鏈基因有三組：V、J 和C。各組基因中的節(jié)段成簇狀串聯(lián)排列在染色體上。n人胚系V 基因的節(jié)段數(shù)約在50 100個(gè)之間。J 基因含有至少50個(gè)節(jié)段。C 基因只有一個(gè)節(jié)段，此節(jié)段分

10、為四個(gè)外顯子：第一個(gè)外顯子編碼類似于Ig的C功能區(qū)。第二個(gè)外顯子編碼TCR胞外區(qū)與穿膜區(qū)之間的連接氨基酸部分；第三個(gè)外顯子編碼全部穿膜區(qū)和胞漿內(nèi)尾肽。第四個(gè)外顯子的產(chǎn)物是3非翻譯區(qū)。C 基因中也沒(méi)有與分泌相關(guān)的片段。nTCR 基因群位于人的染色體14q11區(qū)帶。（三）TCR 鏈基因的結(jié)構(gòu)nTCR的鏈也是由三組基因編碼：V、J 和C。n人的功能性V 基因節(jié)段已發(fā)現(xiàn)了8個(gè)。n人的C 只有2個(gè)節(jié)段。在C1上游有3個(gè)J1節(jié)段，在C2上游有2個(gè)J2節(jié)段。nTCR 基因群位于人染色體7p15。（四）TCR 鏈基因的結(jié)構(gòu)n 基因位于V 基因節(jié)段的3端，在V 基因簇與J 基因簇之間。人的V 基因節(jié)段有3個(gè)；D

11、 基因節(jié)段和J 基因節(jié)段各有3個(gè)和（或）2個(gè)。nTCR 基因群位于人的染色體14q11。第二節(jié) 淋巴細(xì)胞分化成熟過(guò)程中BCR/TCR基因的重排一、B細(xì)胞分化過(guò)程中的基因重排（一）可變區(qū)基因的重排nV區(qū)基因重排的順序：在V區(qū)基因重排時(shí)，先分兩個(gè)階段構(gòu)建重鏈可變區(qū)基因，即選擇一個(gè)DH節(jié)段與一個(gè)JH節(jié)段連接在一起，然后選擇一個(gè)VH節(jié)段與DH-JH相連。一旦VH-DH-JH重排成功并且得到功能性表達(dá)，其產(chǎn)物就會(huì)抑制另一條染色體上等位基因的重排，此現(xiàn)象稱為等位基因排除（allelic exclusion）。同時(shí)，基因產(chǎn)物觸發(fā)VL基因重排。 基因優(yōu)于 基因。一個(gè)V 節(jié)段與一個(gè)J 連接成為功能性V-J基因后

12、，其產(chǎn)物就會(huì)發(fā)生等位基因排除，同時(shí)也會(huì)抑制 基因重排，稱為同型排除。n如果一條染色體上重排的VH或VL基因不能獲得功能性表達(dá)，即重排不成功，稱為無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞就會(huì)啟動(dòng)另一條染色體上等位基因重排。如果兩條染色體上VH基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，或者 基因和 基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞即死亡。n在VDJ節(jié)段重排時(shí)，對(duì)各JH節(jié)段的選擇基本上是隨機(jī)的。但是，對(duì)VH或DH節(jié)段的選擇并不隨機(jī)，一些VH節(jié)段和一些DH節(jié)段會(huì)被優(yōu)先選用。這種優(yōu)先選用特定節(jié)段可能與某些疾病有關(guān)，其生理或病理學(xué)意義尚待進(jìn)一步研究。（二）V（D）J重排的調(diào)控nVDJ基因重排的啟動(dòng)需要重組活化基因（recombination activati

13、ng genes, RAG）的表達(dá)。此基因的產(chǎn)物RAG-1和RAG-2介導(dǎo)VDJ重排的起始步驟。兩種蛋白主要表達(dá)于未成熟的pro-B和pre-B細(xì)胞核內(nèi)。 n在未成熟的淋巴細(xì)胞中，RAG-1的表達(dá)與活性在整個(gè)細(xì)胞增殖周期中很穩(wěn)定；而RAG-2的表達(dá)與活性有周期性，在G1期表達(dá)增多，半壽期延長(zhǎng)，活性穩(wěn)定，在G1向S期過(guò)渡時(shí)RAG-2被迅速降解，至M期甚至不能檢出。n當(dāng)RAG-1及RAG-2同時(shí)存在發(fā)揮協(xié)同作用時(shí)，方能啟動(dòng)V（D）J重排，故V（D）J重排僅發(fā)生于G1期。增加內(nèi)源性RAG1和RAG2基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，VDJ重排的頻率也伴隨增加。n在RAG1或RAG2基因缺損的純合子小鼠，T細(xì)胞和B細(xì)胞的功

14、能缺如，也不發(fā)生VDJ重排。一旦VH基因重排成功并轉(zhuǎn)錄表達(dá)，RAG的表達(dá)就被抑制。n其他與啟動(dòng)VDJ重排有關(guān)的基因產(chǎn)物還有LyF-1/lkaros、LEF-1、OCT-1和OCT-2，其中OCT-2是B細(xì)胞特有的。（三）基因節(jié)段間連接的1223bp規(guī)律 n核苷酸序列分析發(fā)現(xiàn)，在BCR基因的VDJ基因節(jié)段的側(cè)面都有重排信號(hào)序列。n在基因節(jié)段側(cè)面存在的這種特殊的、相互關(guān)聯(lián)的側(cè)翼序列（flanking sequence）或稱共有序列，能觸發(fā)VDJ節(jié)段的重排并決定節(jié)段間的連接，又稱重組信號(hào)片段（recombination signal segment, RSS）。n每個(gè)側(cè)翼序列含有一個(gè)7核苷酸的回文序

15、列（palindromic sequence）和一個(gè)9核苷酸的保守序列，兩者之間有一段固定數(shù)目（121和231）的隨機(jī)核苷酸序列分隔。nRSS的重要特點(diǎn)是，分隔7核苷酸和9核苷酸的隨機(jī)核苷酸序列數(shù)目是固定的12 bp或23 bp。這個(gè)數(shù)目代表DNA雙螺旋的一個(gè)或兩個(gè)完整螺旋，說(shuō)明圍繞每個(gè)待連接基因節(jié)段的側(cè)翼序列在空間上和方位上也是精確互補(bǔ)的，很可能因此決定或控制了重排的發(fā)生。nRSS位于V基因的下游，J基因的上游，D基因的兩側(cè)。n一個(gè)側(cè)面有12 bp分隔序列的基因節(jié)段只能與一個(gè)側(cè)面有23 bp 分隔序列的基因節(jié)段重組或連接，反之亦然。這一現(xiàn)象稱為1223 bp 規(guī)律。二、TCR基因重排nTCR

16、基因重排在胸腺中完成。T細(xì)胞中TCR基因的重排順序與B細(xì)胞中Ig基因重排順序相似。在前T細(xì)胞中，TCR的鏈或鏈VDJ基因節(jié)段的D和J首先連接在一起，然后在胸腺細(xì)胞中再與V連接，形成VDJ基因。VDJ基因或VJ基因（ 鏈和 鏈）重排完成后，再與C基因節(jié)段連接成為功能性基因。TCR基因重排的次序在胸腺中受到嚴(yán)格的控制。（一）基因重排的順序n在V區(qū)基因重排時(shí)，先選擇一個(gè)DH節(jié)段與一個(gè)JH節(jié)段連接在一起，然后選擇一個(gè)VH節(jié)段與DH-JH相連。一旦VH-DH-JH重排成功并且得到功能性表達(dá)，其產(chǎn)物就會(huì)抑制另一條染色體上等位基因的重排，此現(xiàn)象稱為等位基因排除。同時(shí)，基因產(chǎn)物觸發(fā)VL基因重排。n一條染色體上

17、重排的VH或VL基因不能獲得功能性表達(dá)，即重排不成功，稱為無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞就會(huì)啟動(dòng)另一條染色體上等位基因重排。如果兩條染色體上VH基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞即死亡。n首先是D-J重排，剪切去除兩基因節(jié)段間的DNA片段，使D-J連接，第二步是D-J與V間的重排，使V-D-J連接，重排后的DNA構(gòu)成編碼V區(qū)基因，以其為模板，產(chǎn)生初級(jí)轉(zhuǎn)錄RNA,進(jìn)而與編碼C區(qū)基因的轉(zhuǎn)錄RNA拼接（splicing），構(gòu)成mRNA。nTCR 基因重排與IgL基因重排相似，重排使V-J 連接，進(jìn)而產(chǎn)生初級(jí)轉(zhuǎn)錄RNA，再與C區(qū)基因轉(zhuǎn)錄拼接形成TCR mRNA。nTCR 基因重排與TCR 因重排相似。nTCR 基因重排與TC

18、R 基因重排相似。nTCR 及 基因重排均在胸腺內(nèi)不成熟細(xì)胞階段，但成熟T細(xì)胞只表達(dá)一種TCR，即TCR（占90%以上），或TCR，同一T細(xì)胞表面不會(huì)表達(dá)兩類TCR，其原因與沉默子（silencer）相關(guān)，當(dāng)TCR 基因重排后， Silencer滅活，則TCR 基因重排，產(chǎn)生 型TCR；若 Silencer仍活化，則抑制TCR 重排，發(fā)生TCR 基因重排，產(chǎn)生 型TCR。n一個(gè)克隆的T細(xì)胞只表達(dá)一種抗原特異性TCR，乃是由等位基因排斥所致，TCR重排后，抑制其它TCR 基因節(jié)段發(fā)生重排，從而保證克隆化T細(xì)胞對(duì)特異抗原應(yīng)答的專一性。（二）TCR基因重排啟動(dòng)TCR基因重排nTCR基因重排發(fā)生在胸腺

19、內(nèi)的CD44-CD25+CD3-CD4-CD8-的早期T細(xì)胞階段，當(dāng)細(xì)胞發(fā)育至CD44-CD25-CD3+CD4-CD8-階段，發(fā)生TCR基因重排，當(dāng)細(xì)胞發(fā)育至CD4+CD8+階段時(shí)，則表達(dá)TCR鏈。n故TCR 基因重排發(fā)生在TCR基因重排之后。若將TCR 基因滅活，則無(wú)TCR 基因重排。將p56lck基因滅活，亦無(wú)TCR 基因重排，推測(cè)是TCR鏈與配基結(jié)合后，信號(hào)經(jīng)CD3分子傳導(dǎo)活化， p56lck逐步活化TCR 基因重排。（三）TCR基因重排的控制n在小鼠T細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中， 鏈基因和 鏈基因首先重排。小鼠胚胎第14天，這兩種基因就有較高的轉(zhuǎn)錄；第15天時(shí)，即可在小鼠T細(xì)胞表面檢出。在胚胎發(fā)

20、生時(shí) 鏈基因和 鏈基因的重排稍遲： 鏈基因較早重排，胚胎第14天可檢出D-J重排，第15天可見完整的V-D-J基因，而到第16天才能檢出鏈基因的重排。第三節(jié) BCR/TCR多樣性產(chǎn)生的機(jī)制一、BCR （一）組合連接造成多樣性n在胚系中，VH、VL、DH、JH、JL基因節(jié)段眾多的數(shù)目，使B細(xì)胞可以從中各選擇一個(gè)基因節(jié)段組合并連接成各種不同的功能性基因。其編碼的可變區(qū)可以識(shí)別107種抗原特異性。（二）VDJ連接的多樣性n在DH-JH、VH-DHJH和VL-JL連接時(shí)，由于接合過(guò)程的不精確性，大大增加了多樣性。從107增加到1011。1密碼子錯(cuò)位 接合可以發(fā)生在連接部位的任何密碼子之間。因此，同一對(duì)

21、基因節(jié)段連接時(shí)，由于接合的核苷酸密碼子不同，可以導(dǎo)致氨基酸序列中單個(gè)氨基酸殘基的改變。2框架移位突變 不精確的連接可引起框架移位（frame-shift）突變。這種突變?cè)诮雍贤瓿珊蟾淖兞薉NA的閱讀框，使接合點(diǎn)以后的氨基酸種類完全改變。 n 核苷酸 氨基酸A V J 95 96 97 CCXCCC TGGACG P W T CCXCCC TGGACG P T CCXCCC TGGACG P P TB CAGCCG GATCAG CAG CGA TCA GC CAGCCT TGGACG GAG CCT AGT TTC TGG ACGn3N-序列插入 有時(shí)，在連接的過(guò)程中插入了一個(gè)并不屬于待連接基

22、因節(jié)段的外來(lái)核苷酸序列（N-序列）。N序列的長(zhǎng)度不等（約1 20個(gè)核苷酸），可以在V、D或J重排的任何位點(diǎn)插入，多見于CDR3區(qū)。N序列的插入增加了可變區(qū)的長(zhǎng)度。多余的核酸能有效地改變免疫球蛋白結(jié)合抗原的特異性，但其發(fā)生率相對(duì)較低。N序列插入與V、D和J基因模板無(wú)關(guān)，而與末端脫氧核苷轉(zhuǎn)換酶（TdT）的作用有關(guān)。（三）體細(xì)胞突變n體細(xì)胞突變（somatic mutation）可以產(chǎn)生免疫球蛋白的多樣性。插入性突變和缺失性突變可以發(fā)生在B細(xì)胞發(fā)育的任何階段和免疫球蛋白的任何部位。這種替換是單個(gè)核苷酸發(fā)生突變所致。體細(xì)胞突變多發(fā)生在免疫球蛋白的CDR區(qū)域，與抗體的親和力成熟有關(guān)。Ig其他部位的突變往

23、往引起蛋白結(jié)構(gòu)的非許可性改變，因而導(dǎo)致克隆流產(chǎn)；CDR區(qū)域的體細(xì)胞突變則可以提高抗體的親和力。（四）不同的輕重鏈的組合n由于BCR結(jié)合抗原的部位是由重鏈和輕鏈的V區(qū)共同完成的，所以不同的輕重鏈組合就會(huì)產(chǎn)生不同的抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)。二、TCR與BCR基本相似n（一）沒(méi)有體細(xì)胞高頻突變（二）N區(qū)插入多于BCR（三）TCRV區(qū)基因發(fā)生有效重排機(jī)會(huì)較多TCR基因在某一位點(diǎn)的反復(fù)基因重排次數(shù)，較B細(xì)胞的Ig重排次數(shù)要多，從而增加其基因重排的成功率，如在TCR基因重排時(shí)，若V-D-J不能與C重排，則尚可進(jìn)行再次V-D-J 重排而與C產(chǎn)生功能重排，使細(xì)胞得以挽救存活，在TCR基因重排時(shí)亦然。 三、抗原受體互補(bǔ)決定區(qū)（CDR）的分布及其意義nBCR和TCR都是通過(guò)抗原結(jié)合部位識(shí)別抗原的，其識(shí)別和結(jié)合抗原的部位稱CDR。每條肽鏈都有3個(gè)CDR，即CDR1、CDR2和CDR3（一）BCRV基因編碼CD