第九章 免疫球蛋白遗传

第二节免疫球蛋白及其遗传与抗体有关的诺贝尔奖获得者1901vonBering血清治疗1908Ehrlich&Metchnikoff抗体生成、吞噬1972Edelman&Poter抗体分子结构1977Yalow放射免疫测定1984Koler,Milstein&Jerne单克隆抗体1987TonegawaIg基因结构抗体——生物体内最奇妙的分子无限的多样性（diversity)功能与结构的双重性

可变区——抗原结合恒定区——生物学效应功能分泌型和膜型表达一抗体的基本结构分类及功能区Ig是血液和组织液中的一类糖蛋白。其主体是体液免疫应答的主要效应分子——抗体(Ab)。机体能产生Ab的种类是十分惊人的。1、抗体的基本结构抗体的基本结构Ig分子基本结构是由四个肽链组成的。包括二条较小的轻链和二条较大的重链。轻链与重链之间是由二硫键连接形成Ig分子单体。

2、Ig的肽链及其分类轻链有两种：κ链和λ链。一个Ig分子只能具有两种链中的一种。重链分5种：μ、δ、γ、α、ε链。它们决定了Ig或Ab的类别或同种型，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。其中有些类别还再分为亚类。例如：人的γ链有4种：γ1、γ2、γ3、γ4。小鼠的γ链也有4种：γ1、γ2a、γ2b和γ3。人的α链还分为α1、α2两种。因此人类免疫球蛋白的类别包括亚类共有9种，小鼠有8种。Diversity-DifferentClassesandSubclassesIgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgdDiversity-DifferentSequencesandSpecificity各类免疫球蛋白的生物学活性3、可变区和恒定区可变区和抗原识别有关，决定抗体识别的特异性，而恒定区和效应功能相关。此外在Y形分子伸出的两臂和主干之间还有个可弯曲的铰链区(hingeR)，能改变两个结合抗原的Y形臂之间的距离。两臂之间的角度可有自0°到90°的变化，这样有利于两臂同时结合位于抗原上分布于不同位置的表位。分泌型的IgM和IgA可具有多聚体的形式。

IgM分子是五聚体，在粘膜分泌液中的IgA是二聚体，它们的单体以二硫键和称为J链的多肽链彼此相联。IgM和SIgA结构示意图铰链区Ig的铰链区及其功能Ig中只有IgD、IgG、IgA有铰链区，IgM和IgE没有，但其还有相对的弯曲性(在相应于铰链区的部位为其他结构)。各类抗体的铰链区的长度及氨基酸的顺序也有不同；人IgD的可伸展的距离最大，IgG4和两种IgA的弯曲度就没有这么大。4功能性抗体片段免疫球蛋白的分子还有一个特点，即其中有些部分容易酶解，所以在一定条件下，可以解离为各种片段。常用的酶为木瓜蛋白酶(papain)和胃蛋白酶(pepsin)。IgG分子的基本结构及其片段VL，CL分别代表轻链的V区和C区；VH，CH1，CH2，CH3重链的V区和C区的3个结构；Fv

VH＋VL；S－S二硫键；…虚线代表酶切位置抗体分子片段木瓜蛋白酶名称由来：有抗原结合的功能(fragmentantigenbiding)，由一个轻链和部分重链(VH+CH1)构成。Fc片段很快就能结晶(fragmentcrystalizable)，相应于CH2、CH3、CH4的部分。Fc介导抗体的效应功能，和细胞或其他效应分子起作用，如结合细胞和补体等。抗体分子片段胃蛋白酶F(ab’)2由两个Fab和联结的铰链区组成。由于F(ab’)2是双价的，能同时结合两个表位，因而能起沉淀和凝集反应。Fv是保留抗体结合能力的最小单位，由VH＋VL构成。5

Ig基因和抗体的多样性Ig不同于其他蛋白在于其肽链由两部分构成，V区和C区。它们是由两个基因编码的。基因重排(generearrangement)：V基因由几个分隔在不同位置的基因片段在B细胞发育过程中被带到一起拼接而成。但为何会有如此多的V基因？？？编码人和小鼠轻重链的Ig基因分别位于不同的染色体上，总体分为编码V区和C区的两大部分。重链的胚系基因中有许多基因片段(genesegment)包括：众多的V基因片段(variablesegment)，多个D基因片段(diversitysegment)和几个J基因片段(joiningsegment)。

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220

5040

302010

0CDR1CDR2CDR3

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6－10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。（一）重链基因人重链可变区基因定位在第14条染色体长臂上，跨度约有1100kb。约包括95个VH基因片段，在不同的单元型中VH基因片段的数目可以有些不同，这主要因为有一些VH

基因片段的插入或缺失。这些VH

基因片段对分为7个家族VH1~VH7，其中VH3是最大的家族，其次为VH1、VH4家族。同一家族中核苷酸序列的同源性至少为80％，同一家族的片段并不群集在一起，而是混杂分布。

VH片段中有些是不表达的非功能性片段，功能性片段有65个。重链的基因结构：人功能性片段是指具有开放阅读框(ORF)，并在B细胞发生过程中重排过的片段。人的D基因片段接在VH基因片段之后．约有27个功能性片段；其后为6个功能性JH片段。但人的VH

和D基因片段，除了在第14条染色体外，根据染色体定位和杂交等方法发现在其他染色体上也有，在第15、16条染色体共检出24个VH

片段，在第15条染色体上还检出D片段，然而它们都不属于VH功能性基因。重链的基因结构：鼠小鼠的重链基因小鼠的重链基因位于第12条染色体上，其VH基因片段数变化很大，从100到1000以上，这是随着检测方法和小鼠品系变化而不同。根据同源性可分为14个家族，不同于人的是很多家族的片段集群在一起。（二）κ链基因κ链的基因结构及重组（三）λ链基因λ链的基因结构二免疫球蛋白基因重排免疫球蛋白基因重排(Iggenerearrangement)是通过一组V(D)J重组酶(recombinase)的作用而实现的。其作用包括识别位于V、(D)、J基因片段两侧的保守序列，切断以及修复DNA等。这保守序列称为重组信号序列(recombinationsignalsequence,RSS)。一、重组信号序列

(recombinationsignalsequences,RSS)二、重链可变区的VDJ重组可变区V(D)J重组机制通过RSS形成茎襻状结构12/23basepairrole(1+2turnrole)κ:V-1223-Jλ:V-2312-JH:V-2312-D-1223-JV(D)J重组的缺失机制(a)和倒转机制(b)抗体多样性的来源胚系基因所携带的信息

VHDJHVKJK50×25×6×40×5＝1.5×1062.B细胞个体发生过程中,重组时CDR3所形成的多样性(不依赖抗原）●接头处的多样性

VCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCC

JTGGACG

TGGACGTGGACGTGGACGTGGACGTGGACG

95PPPPPP96A-----P96-WRPPW97TTTTTTVJ重组时接头处的变化V(D)J重组时接头处的变