《抗原与抗体》PPT课件.ppt

第二部分 B细胞和T细胞应答的产生,B细胞和T细胞应答的产生,抗原和抗体 补体系统 主要组织相容性复合物和抗原递呈 T细胞 B细胞,第二章 抗原和抗体,抗原和抗体,抗原的基本知识 抗体的基本知识 免疫球蛋白基因的组成与表达 抗原抗体相互作用,第一节 抗原的基本知识,抗原性与免疫原性,免疫原性(immunogenicity),诱导体液和/或细胞介导的免疫反应的能力。 抗原性(antigenicity),与免疫反应最终产物(如抗体和/或T细胞表面受体)特异结合的能力。 有免疫原性也有抗原性，但是反之并非这样。,抗原与半抗原,免疫原(immunogen), 具有免疫原性 半抗原(hapten), 仅具有抗原性 抗原/免疫原(antigen /immunogen,在同一动物机体内是同意词)，能够诱导机体免疫反应并与相应抗体或T细胞受体发生特异反应的物质。 一个物质能否作为抗原，既取决于机体，也取决于抗原本身,免疫系统的抗原结合分子,抗体 (免疫球蛋白，Ig) T细胞受体(TCR) 主要组织相容性复合体(MHC),导致免疫原性的抗原特性,外源性 分子大小 MW.5000-10000 化学组成与复杂性 如异聚物比同聚物免疫原性更强 抗原加工和递呈的敏感性 如不可溶的大分子通常是比可溶性小分子免疫原性更强（不可溶的大分子易于吞噬和加工）；不能被降解递呈的大分子物质免疫原性很低。,外源性(Foreignness),机体对“我/非我” (self/nonself)的识别导致免疫反应 我 耐受 (在淋巴细胞发育期间未成熟淋巴细胞与自身成分相接触) 非我 反应 (抗原在这一关键时期没有与未成熟淋巴细胞相接触) 免疫原与被免疫动物之间在系统发育上距离的远近，免疫原保守性的强弱，影响免疫原性的强弱。,导致免疫原性的生物系统,宿主的遗传组成 MHC，BCR和TCR等基因严重影响免疫原性 抗原的免疫方式 免疫剂量、免疫途径与免疫次数 佐剂的使用,佐剂(Adjuvants),定义：当与抗原混合一起注射能增强抗原免疫原性的物质。 佐剂增强免疫原性的主要表现方式： 1）延长抗原的存在 2）增强辅刺激信号 3）局部炎性增强(肉芽肿，granuloma，或其它炎性细胞反应) 4）使被刺激的淋巴细胞非特异性增殖 费氏佐剂(Freunds adjuvants) 1)不完全佐剂(IFA): 石蜡油、羊毛脂等，可减少抗原用量到1%，延长抗体合成期 2)完全佐剂(CFA): 在IFA中加入结核菌或该菌细胞壁，其作用在于增强宿主细胞介导的免疫应答及抗体合成,常用佐剂基本作用方式,抗原表位(Epitopes),免疫细胞不识别或作用于完整的抗原分子，替代的淋巴细胞仅识别大分子中个别的位点，这些位点称为抗原表位(Epitopes)或抗原决定簇(Antigen determinants) 淋巴细胞与复杂抗原的相互作用，可能发生在抗原结构的几个不同水平上。 B、T淋巴细胞识别不同的抗原表位。,T细胞与B细胞抗原识别的比较,B细胞抗原表位的特性,天然蛋白的B细胞抗原表位通常由蛋白表面的亲水氨基酸组成，易于接近膜结合或自由的抗体。 顺序抗原表位(Sequential Epitopes),连续抗原表位(Continuous Epitopes),蛋白质一级结构 结构抗原表位(Continuous Epitopes),不连续抗原表位(Discontinuous Epitopes)，蛋白质三级结构,蛋白质结构与抗原表位,一级结构与顺序表位 二级结构与抗原反应性 三级结构与结构表位 四级结构与结构表位、免疫原价数,半抗原的免疫特性,半抗原仅具有抗原性（反应原性，特异性） 当与某种载体偶联后（半抗原载体结合物，hapten-carrier conjugate）能表现免疫原性 半抗原载体结合物的特异性存在三类抗原决定 1）半抗原决定簇 2）未受影响的载体蛋白表位 3）半抗原和载体分子结合区形成的新表位,第二节 抗体的基本知识,抗体(Antibody),抗体，是与特定抗原发生特异性结合的蛋白质(免疫球蛋白,Ig) B细胞表面抗体识别免疫原，启动记忆B细胞和浆细胞的增殖和分化 浆细胞分泌具有抗原特异性的可溶性抗体分子 可溶性抗体分子与亲本B细胞表面受体具有相同的抗原识别性,抗体的基本结构与功能,共同的4肽链结构：两条相同的轻链(L, 22,000 Da), 两条相同的重链(H, 55,000 Da) 每条轻链和重链间通过二硫键和非共价键连接成异二聚体(H-L)，两个相同的H-L再结合成(H-L)2的抗体基本结构 不同抗体间，轻链和重链最初的约110aa是改变很大的，称为可变(Variable, V)区；其余部分则相当保守，称为固定(Constant, C)区。 重链上连有糖链。 抗体的基本结构是与其功能（抗原结合；效应功能介导）相对应的,免疫球蛋白基本结构的发现,1940年前后，Tiselius Fc (fragment, crystallizable),150，000Da,50，000Da,45，000Da,100，000Da,50，000Da,22，000Da,多发性骨髓瘤与抗体氨基酸序列的研究,一个问题：-球蛋白中的抗体群是有许多不同抗体组成的，而aa序列分析需要纯蛋白 正常个体的浆细胞，末期细胞，仅在有限的时间分泌抗体。 多发性骨髓瘤（multiple myeloma）病人的骨髓瘤细胞（肿瘤浆细胞）能无限增殖，持续分泌特异性抗体。患者血清中95%的免疫球蛋白是这种骨髓瘤蛋白，其中许多病人的骨髓瘤细胞分泌超量的轻链蛋白。Bence-Jones首先在尿液中发现了这些超量的轻链蛋白，称为Bence-Jones蛋白。,Normal plasma cells help protect the body from germs and other harmful substances.,Myeloma cell (abnormal plasma cell) making M proteins.,轻链、重链分型与抗体分类,根据C区aa顺序（一级结构） 轻链： (kappa) 和 (lambda) 重链： (mu)、(gamma)、(alpha)、(delta)、(epsilon) 依据重链分型不同Ig分为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE5类,免疫球蛋白的二级结构：反平行片层和环状结构(loops),免疫球蛋白的三级结构,免疫球蛋白的四级结构,可变区与抗原结合,不同特异性抗体可变区的氨基酸顺序比较显示，变异仅集中在其中一些独特的区域（占总氨基酸的15-20%），这些区域被称为超变区（hypervariable regions）;其余区域称为框架区（framework regions） 超变区是抗原结合位，与抗原表位互补，又称为互补决定区（complement-determining regions， CDRs）。 CDRs位于环状结构。,固定区与抗体生物活性,CL和CH1：有助于提高抗原结合，升高Fab臂最大旋转性，参与抗体多样性 铰链区（IgA、IgD、IgG）,富含Pro和Cys，富有弹性，形成二硫键 IgE、IgM的CH2区功能不确定 IgA、IgD、IgG的CH2或IgE、IgM的CH3连接有糖基，因而亲水性较强， IgM、IgG通过此结构域激活补体，发生生物学效应。 抗体Fc片段上两结构域共同与细胞膜Fc受体结合，发挥不同的生物学效应。,分泌免疫球蛋白(sIg)与膜结合免疫球蛋白(mIg),Secreted immunoglobulin（sIg） Membrane-bound immunoglobulin（mIg） sIg的重链羧末端结构域（IgA、IgD、IgG的CH3或IgE、IgM的CH4）在结构和功能上不同于mIg的相应结构域 sIg:亲水型aa组成 mIg包括三段不同序列： 胞外亲水序列 疏水跨膜序列（26aa） 胞质部分,B细胞不同发育阶段表达不同类型的Ig,B细胞不同发育阶段表达不同类型的Ig,但表达不同类型Ig的同一细胞，其抗原特异性一致。,免疫球蛋白种类与功能多样性,免疫球蛋白的抗原决定,同种型（Isotype） 由C区决定 同种异型（Allotype） 由C区同一基因位置上不同等位基因的差异决定 独特型（Idiotype） 由可变区决定,Fc受体识别抗体Fc区,抗体B细胞 Fc受体B细胞、T细胞、中性粒细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞,免疫球蛋白超家族,单克隆抗体,多克隆抗体： 抗原多个表位诱导多种B细胞克隆增生与分化，产生多种抗体的混合物 单克隆抗体：单个抗原表位诱导单种B细胞克隆增生与分化，产生单克隆抗体,单克隆抗体与细胞分化簇(CD),细胞分化簇(clusters of differentiation, CD)：白细胞表面的免疫功能分子，通过独特的单克隆抗体的识别，能够区分不同世系和阶段的免疫细胞 CD1-CD350,第三节 免疫球蛋白基因的组成与表达,基因表达的中心法则,B细胞发育与免疫球蛋白基因表达,抗体的特征与其基因表达,与抗体特异性相应的巨大的抗体多样性 Ig中存在着重链和轻链氨基端的可变区与羧基端的固定区 具有相同抗原特异性的同型抗体，是具有既定的可变区和不同的重链固定区,抗体多样性的产生 可变区基因的重排 固定区基因的种类替换 Ig基因的表达、合成、装配和分泌,解释抗体结构多样性的遗传理论,胚系理论（ germ-line theories ），认为胚胎细胞（卵和精子）基因组含有大量的Ig基因，不存在导致抗体多样性的特殊遗传理论。 无法解释： 当固定区不变时，产生可变区多样性的进化机制 体细胞变异理论（somatic-variation theories）， 基因组包含有相对小数目的Ig基因，大量的抗体特异性产生于体细胞的变异或重组。 无法解释： 当产生可变区多样性时，保证固定区不变的机制,Dreyer & Bennett的双基因模式(Two-Gene Model，1965年),两个分开的基因编码一条Ig的重链或轻链，一个基因编码可变区，另一个编码固定区； 这两个基因在DNA水平同步以保证转录和翻译为一条单独的重链或轻链； 在胚系中，存在着成百上千的可变区基因，而仅需要存在一个单独的固定区基因。 问题：当时没有直接的实验证据，而且与“一个基因编码一条多肽链”的生物学原则矛盾。,利根川进(Susnmu Tonegawa)理论：免疫球蛋白基因重排,1976年提出，1987年获诺奖 V区和C区基因呈分离状态，并在B细胞分化成熟过程中不断进行重排,目前的理论：免疫球蛋白基因的多基因组成,和轻链以及重链由位于不同染色体上分开的多基因家族编码。 在胚系DNA中，每个多基因家族包含多个被非编码区分割的编码序列，称为基因片段（gene segments)。,重链,轻链,轻链,小鼠免疫球蛋白胚系基因片段的组成,基因可变区重排：轻链DNA的V-J重排,基因可变区重排：重链DNA的V-J重排,基因可变区重排的机制：重组信号序列引导重组,重组信号序列(recombin-ation signal sequences, RSS):位于基因片段侧翼(V的3；J的5；D的两侧)的小段DNA序列。 功能:作为重排基因的重组加工信号。 RSS组成:保守的回文结构七聚体+12或23bp的间隔序列+保守的富含AT的九聚体 One-turn RSS:含12bp间隔序列的; Two-turn RSS: 含23bp间隔的序列。 它们总是相互连接，因此称为one-turn/two-turn连接规则或12/23规则。,基因可变区重排的机制：重组酶连接基因片段,V(D)J重组酶:催化RSSs与编码序列间的连接反应(V-(D)-J重组)。RAG (recombination- activating genes)-1和RAG-2，仅在淋巴细胞特异表达。 删除连接与翻转连接 具体的一些步骤： 1) 重组酶识别RSSs，两信号序列和邻近的编码序列靠近到一起 2) RAG-1和RAG-2在信号序列和编码序列结合处单链切割 3) RAG-1和RAG-2催化DNA的双链切割，同时在编码序列末端和信号序列双链切割的末端产生一个发夹结构,基因可变区重排的机制：重组酶连接基因片段,4）单链内切核酸酶随机切割发夹结构产生回文的P-区核苷酸加入； 5）末端脱氧核酸转移酶(TdT)在重链 V,D,J编码序列的切割末端加上至15个核苷酸的N-区核苷酸； 双链断裂修补酶（DSBR）修补和连接组合编码序列和信号序列，产生编码连接序列和信号连接序列,基因可变区重排的机制：连接弹性(连接多样性),连接弹性（junctional flexibility）, 又称连接多样性（junctional diversity），即在V-(D)-J重排中，信号序列与编码序列的链接是精确的，而随后的编码序列间的连接是不精确的。 连接弹性的结果导致了重排的多样性，也导致某些重排是没有结果的。,基因可变区重排的机制：等位基因排斥确保了单抗原特异性,等位基因排斥（allelic exclusion），在一个B细胞中，虽然B细胞是二倍体，但是仅表达来自一条染色体的重链重排基因或轻链重排基因。 确保了功能B细胞从不表达多于一个的VHDHJH或VLJL 这一现象提示一旦一个VHDHJH或VLJL重排物产生，重组的机制就关闭了,等位基因排斥的模型，首先重链基因重排，一旦一个重链基因重排发生，其蛋白产物就阻止别的重链等位基因重排事件, 而启动轻链基因重排。,抗体多样性的产生,多胚系基因片段：Multiple germ-line gene segments V-(D)-J连接组合：Combinatorial V-(D)-J joining 连接弹性： Junctional flexibility P-区核苷酸增加：P-region nucleotide addition (P-addition) N-区核苷酸增加：N-region nucleotide addition (N-addition) 体细胞高突变： Somatic hypermutation 轻重链组合： Combinatorial association of light and heavy chains,多胚系基因片段与V-(D)-J连接组合,连接弹性:信号序列精确连接，编码序列连接不精确,P核苷酸增加和N-核苷酸增加中的随机性,B细胞发生随机的高频率体细胞突变,固定区基因间的种类转换(class switching),种类转换: B细胞抗原刺激后，重链DNA进行进一步的重排，VHDHJH 能与任何CH基因片段结合。这一过程称为种类转换或同型转换，其参与的DNA侧翼序列(转换区 ，switch regions) 位于每个CH片段的上游。 转换信号来自于细胞因子。,IL-4诱导的种类转换机制,Ig基因表达 （mIg or sIg）,Ig基因表达(同时表达IgM和IgD）,免疫球蛋白的合成、装配和分泌,免疫球蛋白基因的转录调控,第四节 抗原-抗体相互作用,主要内容,抗原抗体反应的原理 交叉反应 (Cross Reactivity) 沉淀反应和凝集反应 抗原抗体反应的应用 放免测定、Elisa、Western Blot,抗原抗体反应的