抗体、基因重排及B细胞发育PPT课件

1、Antibody Molecules, Their Antibody Molecules, Their Genes and B Cell Development Genes and B Cell Development 抗体分子、基因和抗体分子、基因和 B B 细胞发育细胞发育Chapter 7Chapter 7获得性免疫系统的获得性免疫系统的 “ “五项基本原则五项基本原则”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 (抗体抗体分子与免疫球蛋白分子与免疫球蛋白）a1 a2bg白蛋白球蛋白（c）（a）（b）对健康人用疫苗进行主动免疫，免疫前（a）和免疫后10天 （b）分别采血并对血清蛋白进行凝胶电泳分析。免疫前血清中的g 球蛋白条带较宽，免疫

3、之后则相对集中。Bruton 氏病患者血清蛋白中的 g 球蛋白条带缺失（c）。Diversity of Ab (Diversity of Ab (抗体分子的多样性抗体分子的多样性) )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 体 分 子 的 多 样 性 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列酸残基的变异率相应位置上氨基对来自不同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。7-2 Basic Structure of Ab 7-2 Basic St

5、ructure of Ab MoleculesMolecules 抗体分子的基本抗体分子的基本结构结构IgG分子由两条H链和两条L链共价结合而成。轻链包括VL和CL两个结构域，重链含有1个VH和3个CH 结构域。VH和VL共同组成抗原结合部位。Ig分子中线对称，具有两个相同的抗原结合部位。胃蛋白酶胃蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFcF(ab )2Fab 抗 体 分 子 的 酶 切 片 段木瓜蛋白酶作用于IgG分子重链间二硫键的N端侧，将其裂解为Fab段和Fc段。胃蛋白酶则切在该二硫键之C端侧，产生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 体 分 子 的 多 样 性 酸残基的变异率相应位置上氨基Diversity and SpecificityCOOHCDR3HV4NH2CDR1CDR2抗体分子的抗原结合部位抗体分子的抗原结合部位抗原抗原B 细 胞 表 位 抗体 CDR表位AbAg“Ig-like Domain (Ig

7、样结构域)”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 受体 g d eMHC-IMHC-IIb2m免疫球蛋白 （IgM）TCRIga/bIg分子超家族的成员多数为细胞膜表面分子。图中显示的是Ig分子超家族的一些主要成员及其分子结构。7-3 7-3

9、五类抗体分子的主要特点五类抗体分子的主要特点IgM IgmIgG IggIgA IgaIgE IgeIgD IgdIgG 分 子 的 四 种 亚 型IgG1IgG4IgG3IgG2 g1，g2，g3 和 g4 等Igg 链分别参与组成IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等分子。IgG3的铰链区最长，IgG2铰链区较短。四种亚类的IgG分子在血清中的浓度不同，所发挥的生物学特性亦不相同。IgM J 链IgM 抗 体 结 构分分 泌泌 型型 IgM膜膜 型型 IgMsIgM Iga a Igb b Iga a Igb b IgE 分 子 的 结 构 IgD 分 子 的 结 构 J 链分泌链IgA

10、 dimer表表7 7- -1 1 人人抗抗体体分分子子的的特特性性抗抗体体类类别别 IgG IgA IgM IgD IgE重重链链类类别别 g a m d e重重链链亚亚类类g g g g a a轻轻链链类类别别 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固固定定补补体体能能力力 + 0 + 0 0血血清清浓浓度度( (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穿穿过过胎胎盘盘 0 0 0 0肥肥大大细细胞胞和和嗜嗜碱碱性性细细胞胞脱脱颗颗粒粒 ？ 0 0 0 +裂裂解解细细菌菌能能力力 + + + ? ?抗抗病病毒毒能能力力 + + + ? ?GODGeneration of Diversity7-4Ig and TCR Gene Rearrangement外显子1内含子 RNA转录本mRNA 蛋白质多肽链基因1基因2基因3基因4外显子2外显子4外显子3内含子内含子 染色体DNA 完整基因基 因 的 结 构、 转 录 与 翻 译V3VnJ1J2J3J4V1

12、V2CJ5前前 B B 细胞细胞 DNADNAV1V2V3VnJ3J1J2J4CJ5基因重排基因重排J5CRNA RNA 剪切剪切V2J4 VL CLV1V2J4CJ5成熟成熟 B B 细胞细胞 DNADNA初级转录本初级转录本V1V2J4CJ5J4V2CmRNA mRNA L VH Cm1.胚系基因2.基因重排3.重排基因4.RNA转录本5.mRNA剪切6.成熟mRNA7.Igm前体多肽 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 链链 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 着丝粒着丝粒 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个 IGHV 23个 IGHD 9个 IGHD 9个 IGHJ 11个 IGHC 900 kb 240Kb 22Kb 35Kb 300Kb免 疫 球 蛋 白 基 因 结 构 IGH （位于染色体（位于染色体 14q3214q32） IGK （位于染色体（位于染色体 2p12-p112p12-p11） 1.85M b0.85M b多于90个 IGKV 5个 IGKJ IGKC 11个 IGKV orphonsIGL （位于染色体（位于染色体 22q1122q11） 60个 IGLV 800K b 14K b

15、60K b 670Kb 30Kb 150Kb 7个 IGLJ 与 7个 IGLC 交替排列 3个 IGLL 基因座 IGH基因群包括95个V（50个是功能基因）、32个D、6个J以及以及9个C基因片段。其中23个D片段位于V片段之间。IGHC基因按照如下顺序排列：IGHM、IGHD、IGHG3、IGHG1、IGHA1、IGHG2、IGHG4、IGHE、IGHA2。IGL基因组包括60个V（30个是功能基因，20个为假基因）、7个J基因片段和7个C区基因（3个假基因）。人IGK基因群包括70个V（约半数为假基因）、5个J基因片段和1个C区基因。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） *：表中显示各基因片段的总数，括号中为除假基因以及无效基因之外 的功能基因片段数。 7 核苷酸CACAGTGACAAAAACC12V23VCACAGTGGGTTTTTGT23V1212 23 J 12J 23 J D Ig 基 因 的 重 信 号 序 列IGKIGLIGH 9 核苷酸 9 核苷酸 7 核苷酸V、D和J基因片段两端的重组信号序列按图中所示方式组成，以保证V、（D）、J之间的正确重排。 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一个IGHD（如IGHD2）和一个IGHJ （如IGHJ2）基因片段通过其两侧的23bp-RSS和12bp-RSS被拉拢在一起。它们之间的DNA片段形成环状并被剪除，IGHD2和IGHJ2之间被修复酶连接在一起。 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 基因的体细胞高频突变与抗体分子的亲和力成熟IGHIGKIGLV VD D

20、J J 基基因因片片段段的的组组合合VDJV x D x J501263600605300307210IGH/IGK(IGL)3600 x(300+210)=1.6x106Imprecise Joining多多样样性性至至少少增增加加 1 10 00 0 倍倍Nucleotide Addition多多样样性性增增加加 2 20 00 00 0 倍倍Potential Variation1 10 01 10 0- -1 10 01 11 1Somatichypermutation突突变变频频率率是是其其它它基基因因的的百百万万倍倍以以上上。使使抗抗体体对对抗抗原原的的亲亲和和力力增增加加 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转录本4.mRNA剪切5.成熟mRNA6.Igg 前体多肽 V1 V2 D2J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca Ig 分分 子子 类类 别别

23、转转 换换 的的 机机 理理AB抗体分子的类别转换抗体分子的类别转换 - 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再次重排副产物再次重排 IGH 基因+ IL-4 + CD40 L重排 IGH 基因Sg gIGHGSm mSe eIGHM 类 别 转 换 机 制VDJ下游的IGHM、IGHD、IGHG等基因片段被剪除后，VDJ基因片段直接与IGHE相连，所产生的基因编码IgE分子重链。V-D-Jd dV-D-Jm md dPloy APloy AV-D-Jm mIgD mRNAIgM mRNAPrimar

24、y RNA transcript抗体分子的类别转换抗体分子的类别转换 - 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 与 膜 型 IgM 的 产 生 膜 型 分泌型 Ig重链C区基因的3端含有编码疏水性跨膜区的两个外显子（M1、M2）及多腺苷酸化位点（PA）。mRNA转录本的替代剪切产生两种不同的mRNA，带有M1和M2外显子序列者指导膜型Igm的合成，M1和M2序列被剪除者指导分泌型Igm链的合成。secreted (m ms)membrane (m mm)Membrane and secreted IgM7-67-6B B 细胞发育细胞发育表达Pre-BCR的B细胞表达sIgM的未成熟B细胞B细胞的中枢免疫