抗体抗体的多样性及其产生机制_gaobo

1、 2020世纪有关抗体研究获得诺贝世纪有关抗体研究获得诺贝 尔医学生理学奖的免疫学家尔医学生理学奖的免疫学家 年代年代学者姓名学者姓名国家国家获奖成就获奖成就 19011901E.A.Behring德国德国 发现抗毒素，开创免发现抗毒素，开创免 疫血清疗法疫血清疗法 19081908P.Ehrlich德国德国 提出体液免疫理论和提出体液免疫理论和 抗体生成的侧链学说抗体生成的侧链学说 19601960F.M.Burnet澳大利亚澳大利亚 提出抗体生成的克隆提出抗体生成的克隆 选择学说选择学说 19721972G.M.EdelmanG.M.Edelman美国美国阐明抗体的本质阐明抗体的本质 R.

2、R.PorterR.R.Porter英国英国阐明抗体的化学结构阐明抗体的化学结构 2020世纪有关抗体研究获得诺贝世纪有关抗体研究获得诺贝 尔医学生理学奖的免疫学家尔医学生理学奖的免疫学家 年代年代学者姓名学者姓名国家国家获奖成就获奖成就 19841984N. Jerne丹麦丹麦 提出天然抗体选择学说和免疫提出天然抗体选择学说和免疫 网络学说网络学说 G. Kohler德国德国 建立杂交瘤技术制备单克隆抗建立杂交瘤技术制备单克隆抗 体体 C. Milstein 阿根廷阿根廷 单克隆抗体技术及免疫球蛋白单克隆抗体技术及免疫球蛋白 基因表达的遗传调控基因表达的遗传调控 19871987Tonega

3、wa日本日本阐明抗体多样性的遗传基础阐明抗体多样性的遗传基础 Emil von Behring, 1901, antitoxins Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody Susumu Tonegama,1987, structure of Ig gene Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody Paul Ehrlich , 1908, production of antibody Nobel Prize winners Bur

4、net, 1960， Clonal selection Jerne, 1984, Idiotype network 抗体抗体生物体最奇妙的分子生物体最奇妙的分子 F无限的多样性（无限的多样性（diversity) F功能与结构的双重性功能与结构的双重性 可变区可变区抗原结合抗原结合 ( 特异性特异性specificity ) 恒定区恒定区生物学效应功能生物学效应功能 F分泌型和膜型表达分泌型和膜型表达 FB细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。 基本概念基本概念 Ag1 Ab1 Ag1-Ab1 Ag2 Ag2 Ag2-Ab2 F与相应抗

5、原与相应抗原特异性特异性结合。结合。 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） 抗体抗体(antibody) 是介导体液免疫的重要效是介导体液免疫的重要效 应分子，是应分子，是B细胞接受抗细胞接受抗 原刺激后增殖分化为浆细原刺激后增殖分化为浆细 胞所产生的糖蛋白。胞所产生的糖蛋白。 抗体一词的由来（抗体一词的由来（19世纪末）世纪末） 1937年年 Tiselius 和和Kabat 用电泳用电泳 方法证实抗

6、体的方法证实抗体的 活性存在于泳动活性存在于泳动 最慢的血清组分，最慢的血清组分， 称为称为 球蛋白球蛋白 抗体与抗体与 球蛋白关系球蛋白关系 抗体抗体 球蛋白球蛋白 19681968和和19721972年年WHOWHO和国际免疫学和国际免疫学 会分别决定将具有抗体活性或化会分别决定将具有抗体活性或化 学结构与抗体相似的球蛋白统称学结构与抗体相似的球蛋白统称 为免疫球蛋白为免疫球蛋白. . 抗体与免疫球蛋白关系抗体与免疫球蛋白关系 抗体抗体 免疫球蛋白免疫球蛋白 功能功能 概念概念 结构结构 概念概念 B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋

7、白 与相应抗原特异性结合与相应抗原特异性结合 主要存在于血清中主要存在于血清中 又称免疫球蛋白又称免疫球蛋白 (Immunoglobulin) 分泌型分泌型 sIg、膜型、膜型 mIg 1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：五类重链：五类(isotype: a a、 、m m、d d、e e) 轻链：两型轻链：两型(k k、l)l) 一、基本结构一、基本结构 VH CH1 CH2 CH3 CH4 VL CL Fab Hinge region Fc COO NH3+ 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 Rodney Porter 1917-1985 Nobel Pr

8、ize in 1972 Gerald Edelman 1929 - Nobel Prize in 1972 FabFab Fc HH L L FEdelman将抗体分子假定与其它 各 种 蛋 白 质 一 样 ， 由 一 些 polypeptide链所构成，而他认 为polypeptide链间最可能以二 硫键结合在一起，故他试图将这 些键结打断来观察其中的各条 polypeptide链，结果他发现这 些氨基酸链单独存在时都不具有 任何抗体的功用。 F重链（重链（Heavy chain:H链）链） 大约大约500 a.a, 糖基糖基(+) 类别类别（Class ）: H链：链：a a, , m m

9、 , d d, e e. (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE F 轻链（轻链（light chain:L链）链） 大约大约214 a.a,糖基糖基(-) 型别（型别（ type）: k k ,l l 重链和轻链（重链和轻链（Heavy & light chains） VH CH1 CH2 CH3 CH4 VL CL Fab Hinge region Fc COO NH3+ F可变区可变区(Variable region, VH/VL, Fv)： 结合抗原结合抗原 VH和和VL： 高变区高变区 HVR 抗原结合部位抗原结合部位 互补决定区互补决定区CDR 骨架区骨架区 FR1

10、 4 (1971, Kabat) F 恒定区恒定区(Constant region, CH/CL) F 绞链区绞链区(Hinge region) The basic structure of immunoglobulins 三个功能区三个功能区(Domain) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 50 40 30 20 10 0 CDR1CDR2 CDR3 抗体分子的多样性抗体分子的多样性 Igl 链链 的的 氨氨 基基 酸酸 序序 列列 酸酸 残残 基基 的的 变变

11、异异 率率 相相 应应 位位 置置 上上 氨氨 基基 F对来自不同B细胞克隆的Ig轻链氨基酸序列进行比较，发 现V区的变化主要集中在3个分别由610个氨基酸残基组成 的狭小区域内。这3个区又被称作高可变区或互补决定区 （CDR），参与抗原结合部位的组成。 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 50 40 30 20 10 0 CDR1CDR2 CDR3 抗 体 分 子 的 多 样 性 酸酸 残残 基基 的的 变变 异异 率率 相相 应应 位位 置置 上上 氨氨 基基 Di

12、versity and Specificity 抗抗 原原 B B细胞表位细胞表位 抗体抗体 CDR 表位 Ab Ag 铰链区（铰链区（Hinge region） VH CH1 CH2 CH3 CH4 VL CL Fab Hinge region Fc COO NH3+ F特点：特点： 1)极富弹性极富弹性 2)富含脯氨酸富含脯氨酸 F功能功能: 1) 有利于有利于 Ab 与与Ag的结合的结合 2)有利于有利于 Ab 与补体的结合与补体的结合 IgGIgG分子结合抗原前后的构象变化分子结合抗原前后的构象变化 Fab段段 Fc段段 C1q 结结 合位点合位点 被屏障被屏障 结合抗原之前结合抗原之

13、前 CH1 CH2 暴露的暴露的 C1q结结 合位点合位点 结合抗原之后结合抗原之后 结构域结构域 1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体分子中由链内二硫键构成的致密立体球体 (V/C/H)。 2）b b-sheet、b b-barrel、immunoglobulin fold。 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)。 免疫球蛋白的结构功能区免疫球蛋白的结构功能区 “Ig-like Domain (Ig样结构域)” 二、免疫球蛋白的其他成分二、免疫球蛋白的其他成分 (1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链化学本质：浆细胞分泌的

14、多肽链 J CHAINJ CHAIN IgA dimer (2)存在：存在：IgM（五聚体）（五聚体）, sIgA（双体）（双体） IgM 连接链连接链（joining chain，J链）链） Secretory piece Joining chain SP IgA dimer 分泌片分泌片（Secretory Piece，SP) (1) 化学本质：化学本质： 多肽链多肽链(70kD) (2)来源：上皮细胞来源：上皮细胞 J chain （3）作用：）作用： a.帮助帮助IgA穿越黏膜穿越黏膜 b.保护保护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

15、) Plasma cellsIgA dimer pIgR SP Epithelial Cell 胃蛋白酶胃蛋白酶 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 Fc pFc F(ab )2 Fab 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 链间二硫键的链间二硫键的N 端侧，将其裂解端侧，将其裂解 为为Fab段和段和Fc段。段。 胃蛋白酶则切在胃蛋白酶则切在 该二硫键之该二硫键之C端端 侧，产生侧，产生F(ab)2 和和pFc段。段。 F类类(Class): 重链重链C区抗原性区抗原性IgG、IgA、IgM、IgD、IgE F亚类亚类(Subclass):

16、 重链抗原性重链抗原性/二硫键数目位置二硫键数目位置IgG1-4 F型型(Type): 轻链轻链C区抗原性区抗原性k k、l l F亚型亚型(Subtype): 轻链轻链C区区aa差异排列差异排列 l1l14 4 免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性 免疫球蛋白的类型免疫球蛋白的类型 血清型血清型 F免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的 免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗 传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利

17、用 血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为 免疫球蛋白的血清型。免疫球蛋白的血清型。 1、同种型同种型(isotype)：同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同 的抗原特异性标志。的抗原特异性标志。 由由C区决定区决定 。 VH CH1 CH2 CH3 CH4 VL CL Fab Hinge region Fc 2、同种异型（、同种异型（allotype)： 同一种属不同个体间免疫球蛋白分子同一种属不同个体间免疫球蛋白分子 所具有的不同的抗原特异性标志。所具有的不同的抗原特异性标志。 由由 链、链、a

18、a链、链、e e链、链、k k链链C区区 决定。决定。 VH CH1 C VL CL Fab Hinge region Fc 3、独特型、独特型(idiotype,Id)： 每个免疫球蛋白分子所特有的抗原每个免疫球蛋白分子所特有的抗原 特异性标志。特异性标志。由超变区特殊的氨基酸序列及其构型决定。由超变区特殊的氨基酸序列及其构型决定。 VH CH1 CH2 CH3 CH4 VL CL Fab Hinge region Fc 1）与相应抗原特异性结合：）与相应抗原特异性结合：Fv 2）激活补体：）激活补体： 3）结合）结合FcR：促吞噬：促吞噬(opsonization) 介导过敏介导过敏 介导

19、细胞毒介导细胞毒(ADCC) 免疫调理免疫调理 4）穿过胎盘和粘膜）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能）调节免疫功能 VH CH1 CH2 CH3 CH4 VL CL Fab Fc COO NH3+ 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 (抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用) Target cell Ab Effector cell Target cell 表达表达Fc受体的组织细胞受体的组织细胞(NK、M 、中性粒细胞）、中

20、性粒细胞）通过通过 识别抗体的识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。 ADCC 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能 抗体的抗病毒效应抗体的抗病毒效应 NK 靶细胞 介导 ADCC 经典途径激活补体 C1qr2s2 调理吞噬作用 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能 IgG IgM IgA IgE IgD 各类免疫球蛋白的特点和功能各类免疫球蛋白的特点和功能 出生后出生后3 3个月开始合成，个月开始合成，3 35 5岁接近成人岁接近成人 含量最多含量最多 占血清总占血清总IgIg的的 75%75% 产生比较晚，是再次应答的主要抗体产生比较晚，是再次应答的主要抗体

21、 半衰期最长半衰期最长( (t =23 =23天天) ) 分布最广，血管外的主要抗体分布最广，血管外的主要抗体 唯一能通过胎盘的唯一能通过胎盘的IgIg 激活补体激活补体 IgG1 IgG13 3（经典），（经典），IgG4IgG4（替代）（替代） 结合细胞结合细胞 巨噬细胞，单核细胞巨噬细胞，单核细胞调理作用调理作用 NKNK细胞，巨噬细胞细胞，巨噬细胞介导介导ADCCADCC 结合结合SPASPA协同凝集实验协同凝集实验 特性：特性： IgG IgG功能：功能： 抗感染的主要抗体抗感染的主要抗体 介导介导 II,IIIII,III型超敏反应型超敏反应 介导自身免疫介导自身免疫 调理调理 介

22、导介导 ADCCADCC 固定补体固定补体 中和病毒和毒素中和病毒和毒素 抗菌抗菌 抗病毒抗病毒 抗外毒素抗外毒素 IgG四个亚类的特点四个亚类的特点 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 通过胎盘通过胎盘 + + + + 固定补体固定补体 + + + 结合结合Fc受体受体 + + + 特性特性 a) 血清中含量第三血清中含量第三 b) 出现最早的Ig c) 分布局限，主要在血管内分布局限，主要在血管内 d) 通过经典途径激活补体通过经典途径激活补体 e)分子量最大分子量最大

23、f)凝集细菌凝集细菌 e) 结合细胞结合细胞 巨噬细胞巨噬细胞,单核细胞单核细胞-调理调理 NK细胞细胞,巨噬细胞巨噬细胞-介导介导ADCC IgM J J 链链 IgM抗感染的先锋抗体抗感染的先锋抗体 介导介导 II,IIIII,III型超敏反应型超敏反应 介导自身免疫介导自身免疫 天然血型抗体天然血型抗体 调理作用调理作用 ( (最强最强 ) ) 激活补体激活补体 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 介导介导 ADCCADCC 功能：功能： 抗菌作用抗菌作用最强最强 (500(50010001000IgG)IgG) 抗病毒抗病毒 抗外毒素抗外毒素 IgA 特点特点: :

24、 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存在( ( 外分泌液中）外分泌液中）. . (secretory IgA,sIgA)(secretory IgA,sIgA) sIgAsIgA通过初乳被动转移给新生儿通过初乳被动转移给新生儿 唾液唾液, , 眼泪眼泪, , 乳汁乳汁, , 鼻黏膜鼻黏膜, , 支气管分泌液支气管分泌液, , 生殖生殖 道分泌物道分泌物, , 前列腺液前列腺液, , 小肠黏膜分泌液小肠黏膜分泌液. . SC J chain IgA dimer sIgA 功能：功能： 粘膜局部抗感

25、染的主要抗体粘膜局部抗感染的主要抗体 阻止病原体粘阻止病原体粘 附于粘膜细胞附于粘膜细胞 中和病毒和外中和病毒和外 毒素毒素 伤寒沙门氏杆菌伤寒沙门氏杆菌, , 奈瑟氏淋球菌奈瑟氏淋球菌 脊髓灰质炎病毒，流感病毒脊髓灰质炎病毒，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 结结 构构 IgD 分分 子子 *在膜表面的表达是在膜表面的表达是B 细细 胞成熟的主要标志；胞成熟的主要标志； *膜型膜型IgD 作为作为BCR的组的组 成部分，发挥信号传导作成部分，发挥信号传导作 用用 Structure of IgE molecule IgE 特

26、性特性 1)含量最少含量最少 2)与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的Fce eR受体结合受体结合 亲细胞性抗体亲细胞性抗体:不与不与Ag结结 合，即可与肥大细胞和合，即可与肥大细胞和 嗜碱性粒细胞表面的嗜碱性粒细胞表面的 FcR牢固结合牢固结合 3)不能激活补体不能激活补体 IgE 参与过敏反应参与过敏反应 ( I型超敏反应型超敏反应) 结合肥大细胞结合肥大细胞 和嗜碱性粒细胞和嗜碱性粒细胞 导致各种生物活性的导致各种生物活性的 介质的释放介质的释放 嗜酸性粒细胞有嗜酸性粒细胞有IgE的的FcR， 嗜酸性粒细胞通过此受体结合嗜酸性粒细胞通过此受体结合 包被在蠕虫上的包

27、被在蠕虫上的IgE的的Fc段，段， 最终杀死寄生虫最终杀死寄生虫 抗寄生虫感染抗寄生虫感染 作用作用 人抗体分子的特性人抗体分子的特性 抗体类别抗体类别 IgG IgA IgM IgD IgE 重链类别重链类别 a a m m d d e e 重链亚类重链亚类 1, 2, 3, 41, 2, 3, 4 a1, a2 a1, a2 轻链类别轻链类别 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 k2 a a2 2l l2或 或(a (a2 2l l2)5SCJ a a2 2k

28、 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） 150 160或或 400 900 180 190 固定补体能力固定补体能力 + 0 + 0 0 血清浓度血清浓度 (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 穿过胎盘穿过胎盘 0 0 0 0 肥大细胞和嗜碱肥大细胞和嗜碱 性细胞脱颗粒性细胞脱颗粒 ？

29、 0 0 0 + 裂解细菌能力裂解细菌能力 + + + ? ? 抗病毒能力抗病毒能力 + + + ? ? 2014-10-13 F抗体的多样性 F抗体的多样性产生的机制 F抗体的类别转换 1897年年Paul Ehrlich 提出提出侧链学说侧链学说 1930年年Haurowitz 提出提出直接模板学说直接模板学说 1941年年Pauling提出提出间接模板学说间接模板学说 1955年年Niels Jerne 提出提出自然选择学说自然选择学说 1958年年FM Burnet 提出提出克隆选择学说克隆选择学说 抗体生成理论的发展史抗体生成理论的发展史 F抗体抗体/ /免疫球蛋白的基因结构免疫球蛋

30、白的基因结构 F抗体基因的重排抗体基因的重排 F抗体基因的重排机制抗体基因的重排机制 The genome contains many loci encoding antibody molecules. B cell express one of these loci. Different B cells 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 expr

31、essing antibody of different specificity. 1971年年 Kabat基因嵌入模型基因嵌入模型 利根川进：抗体的基因重排理论利根川进：抗体的基因重排理论 免疫球蛋白的基因结构免疫球蛋白的基因结构 In heavy chains, the V, D and J segments encode the variable domain while the C segment encodes the constant domain. In light chains, the V and J segments encode the variable domain w

32、hile the C segment encodes the constant domain. 抗体基因的重排抗体基因的重排 During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement. During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement. During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement. During B cell maturation, i

33、mmunoglobulin genes undergo rearrangement. The kappa and lambda loci undergo similar rearrangement. Since there are no D segments, there is a single V-J rearrangement. In both heavy and light chain rearrangement, a number of J segments may remain between the V(D) and C segments. These are included i

34、n the RNA transcript but are spliced out during RNA processing. The final light chain mRNA contains one VJC unit. Kuby Figure 5-4 Kuby Figure 5-4 抗体基因重排的机制 （1）重组信号序列）重组信号序列 (recombination signal sequence, RSS) 在VH和VL基因3端、J基因5端和D基因两端有高度保守的核 苷酸序列，包括一个7核苷酸组成的七聚体(heptamer)和一个9核 苷酸组成的九聚体(nonamer)，两者间隔121

35、或231个核苷酸， 称为RSS。 只有间隔只有间隔12个碱基对和间隔个碱基对和间隔23个碱基对的个碱基对的RSS之间发生重之间发生重 组，而间隔长度相等的组，而间隔长度相等的RSS之间不发生重组，这就是之间不发生重组，这就是12/23 碱基对规律碱基对规律(12/23 base pair rule)，也叫做，也叫做1+2圈规律圈规律(1+2 turn rule)。 Kuby Figure 5-3 Recombination signal sequences - conserved sequences in regions j u s t u p s t r e a m o r downstre

36、am of gene segments. Consist of a conserved heptamer and nonamer with a 12 or 23 bp spacer. Kuby Figure 5-3 The one-turn/two-turn rule (12/23 rule) - recombination occurs only between a segment with a 12 bp spacer and a segment with a 23 bp spacer. Recombination Signal Sequences Direct Recombination

37、 Recombination 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 to rearrange heavy or light chain genes. These mice have no mature B cells. - B cells will not mature if the

38、y cannot express a BCR. （2）重组活化基因）重组活化基因 Recombination Activating Genes RAG-deficient mice also lack mature T cells. - The T cell receptor is also encoded by loci containing gene segments that must be rearranged before the TCR can be expressed. T cells will not mature if they cannot express a TCR. S

39、CID (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: Lymph node cells FITC anti-CD19 (B cell marker) and PE anti-CD3 ( T cell marker) Normal miceRAG-1 -

40、 deficient mice How recombination in the V regions of antibody happens? A G C T T A T A Terminal deoxynucleotidyl transferase (Tdt) An enzyme that randomly adds in nucleotides during joining of heavy chain (NOT light chain) segments. Read Kuby pages 113-115: Gene Segments Are Joined by Recombinases

41、Productive and nonproductive rearrangements Joining of segments is not precise and may result in loss of the correct reading frame. This may lead to introduction of stop codons - nonproductive rearrangements. RSSRSS RSS: recombination signal sequence RAG: recombination activating gene P-核苷酸和核苷酸和N-核苷

42、酸的加入核苷酸的加入 片段断端形成发夹结构片段断端形成发夹结构 TC AG D TA AT J 内切酶切开发夹结构产生内切酶切开发夹结构产生P-核苷酸核苷酸 T C G A D A T A T J TdT酶加入酶加入N-核苷酸核苷酸 T C G A C T C D G A G C G A T A T J 通过通过DNA修复，断端连接，恢复双键结构修复，断端连接，恢复双键结构 T C G A C T C G C T A T AT C G A C T C G C T A T A A G C T G A G C G A T A TA G C T G A G C G A T A T DJ P N P

43、Two alleles are available at each locus (maternal and paternal). A B cell expresses only one heavy and light chain allele. - ALLELIC EXCLUSION First, one allele of the heavy chain is rearranged. If the rearrangement is successful, the other allele will not be rearranged. If the rearrangement is nonp

44、roductive, 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 die of apoptosis within the bone marrow. If a heavy

45、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

46、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 either both heavy chain alleles, or all four light chain alleles, rearrange nonproductively, the B

47、 cell will not mature. Allelic exclusion Allelic Exclusion Ensures a Single Antigenic Specificity 组合多样性（combinatorial diversity） 连接多样性（junctional diversity） 体细胞高频突变（somatic hypermutation） （二）抗体多样性产生机制 （1）组合多样性 包括多副本的包括多副本的V基因、基因、D基因、基因、J基因及轻链重链等随基因及轻链重链等随 机配对所形成的多样性机配对所形成的多样性 以以IgHk k为例，按为例，按50个个VH基因、基因、30个个D基因、基因、6个个 JH基因、基因、40个个Vk k基因、基因、5个个Jk k基因计算，固有多样基因计算，固有多样 性可达：性可达：503064051.8106 （2）接头处的变化所产生的多样性）接头处的变化所产生的多样性 （junctional diversity） 这种变化不依赖于抗原，发生在这种变化不依赖于抗原，发生在CDR3，包括重组时编，包括重组时编 码端核苷酸的删除、添加、码端核苷酸的删除、添加、P核苷酸和核苷酸和N区的形成等区的形成等 有些是在原有遗传信息基础上的变化，如接