抗体基因重排及细胞发育

AntibodyMolecules,TheirGenesandBCellDevelopment抗体分子、基因和B细胞发育Chapter7当前第1页\共有49页\编于星期三\5点获得性免疫系统的“五项基本原则”2Oneclone，onereceptor3Clonalselectionandexpansion4Clonaldeletionandself-tolerance1Lymphocytesandlymphoidorgans5Antigenprocessingandpresentation（MHC）当前第2页\共有49页\编于星期三\5点ThreeTopicsDiversitySpecificityMemoryAdaptiveImmunityThreeRepresentatives

MHCAntibodiesTCRs当前第3页\共有49页\编于星期三\5点7-1ImmunoglobulinandAntibody(抗体分子与免疫球蛋白）当前第4页\共有49页\编于星期三\5点a1a2bg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）。DiversityofAb(抗体分子的多样性)当前第5页\共有49页\编于星期三\5点Diversity-DifferentClassesandSubclassesIgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgdDiversity-DifferentSequencesandSpecificity当前第6页\共有49页\编于星期三\5点

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。当前第7页\共有49页\编于星期三\5点7-2BasicStructureofAbMolecules

抗体分子的基本结构当前第8页\共有49页\编于星期三\5点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。当前第9页\共有49页\编于星期三\5点胃蛋白酶木瓜蛋白酶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。当前第10页\共有49页\编于星期三\5点RodneyPorter1917-1985NobelPrizein1972GeraldEdelman1929--NobelPrizein1972当前第11页\共有49页\编于星期三\5点

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220

5040302010

0CDR1CDR2CDR3

抗体分子的多样性酸残基的变异率相应位置上氨基DiversityandSpecificity当前第12页\共有49页\编于星期三\5点

COOHCDR3HV4NH2CDR1CDR2抗体分子的抗原结合部位当前第13页\共有49页\编于星期三\5点抗原B细胞表位抗体CDR表位AbAg当前第14页\共有49页\编于星期三\5点“Ig-likeDomain(Ig样结构域)”当前第15页\共有49页\编于星期三\5点IgSuperfamily-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-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gdeMHC-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。当前第16页\共有49页\编于星期三\5点7-3五类抗体分子的主要特点IgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgd当前第17页\共有49页\编于星期三\5点IgG

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。当前第18页\共有49页\编于星期三\5点IgMJ链IgM

抗体结构分泌型IgM膜型IgMsIgM

IgaIgbIgaIgb当前第19页\共有49页\编于星期三\5点

IgE分子的结构当前第20页\共有49页\编于星期三\5点

IgD分子的结构当前第21页\共有49页\编于星期三\5点J链分泌链IgAdimer当前第22页\共有49页\编于星期三\5点当前第23页\共有49页\编于星期三\5点GODGenerationofDiversity7-4IgandTCRGeneRearrangement当前第24页\共有49页\编于星期三\5点外显子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、转录与翻译当前第25页\共有49页\编于星期三\5点V3VnJ1J2J3J4V1V2CJ5前B细胞DNAV1V2V3VnJ3J1J2J4CJ5基因重排J5CRNA剪切V2J4VLCLV1V2J4CJ5成熟B细胞DNA初级转录本V1V2J4CJ5J4V2CmRNA当前第26页\共有49页\编于星期三\5点LVHCm1.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

V2V3Vn

D1D2

D3Dn

J1J2J3J4Cm

Cd

CgCe

CaV1

V2D2

J3J4CmCd

CgCe

CaV1V2D2J3J4CmCdCgCe

CaV2D2J3J4CmCdV2D2J3CmCdV2D2J3

CdCmJ4J4V2D2J3CmV2D2J3CdLVHCd

Ig重链基因重排

当前第27页\共有49页\编于星期三\5点SusumuTonegamaNobelPrize1987当前第28页\共有49页\编于星期三\5点7-4 Ig基因及其重排VVVVVVVVJJJJJK

着丝粒VVVV

VVVPREB1VVJ1L1J2L2J3L3J4L4J5L5J6L6J7L7IGLL1IGLL2IGLL3VVDDDDVVDDDDJJJJMDG3G1EP1A1GPG2G4E1A295个IGHV23个IGHD9个IGHD9个IGHJ11个IGHC900kb240Kb22Kb35Kb300Kb免疫球蛋白

基因结构

IGH（位于染色体14q32）

IGK（位于染色体2p12-p11）

>1.85Mb0.85Mb多于90个IGKV5个IGKJ

IGKC11个IGKVorphonsIGL（位于染色体22q11）

60个IGLV

800Kb14Kb60Kb670Kb30Kb150Kb7个IGLJ与7个IGLC交替排列3个IGLL基因座当前第29页\共有49页\编于星期三\5点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。当前第30页\共有49页\编于星期三\5点7核苷酸CACAGTGACAAAAACC12V23VCACAGTGGGTTTTTGT23V121223J12J23JD

Ig基因的重信号序列IGKIGLIGH9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。当前第31页\共有49页\编于星期三\5点Ig

基因重排序列CCAAAAACAGGTTTTTGTD4D3D23J1CACTGTGCTGACACD1D2J2J3C5'3'剪切12bp23bp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。当前第32页\共有49页\编于星期三\5点HeavychaindiversitycreatedbyvariablerecombinationAATAGAGATAGAGATGAGGCGTACACTGGTGTAATACACTGGTGTAAGACACTGGTGTAAACCTGGTGTACCGTGTACGTGACGTTTGTACCCAspArgArgArgAsnAspAspAspTyrTyrTryTryTryGlyGlyGlyAsnSerSerTyrTyrTrpTrpGlySerTyrPheTyrSerThrJHVHDS107M603M167S107M603M167当前第33页\共有49页\编于星期三\5点LightchaindiversitycreatedbyvariablerecombinationCCCCCCTGGCCCTGGProTrpProteinRecombinedDNAGermlineDNACCCCCCTGGCCCCGGProArgCCCCCCTGGCCCCCGProPro当前第34页\共有49页\编于星期三\5点Generationofantibodydiversity1multiplegenesDNAV-regionproteins4mutation2variablerecombination3nucleotideadditionV1V3V4V2V5V6VnVmutationVVVJ1J2JnJ2VVJ1J2JnJ2nucleotidesIg基因的体细胞高频突变与抗体分子的亲和力成熟当前第35页\共有49页\编于星期三\5点当前第36页\共有49页\编于星期三\5点7-5Classswitching5’3’LVH1LVHnDH1DH7DH13JH

5’

LVH1LVH201LVHnDH1DHDHJHCµCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa

CµCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa3’3’5’LVH1LVH200LVDJJHCµCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa5’3’LVDJJHCµCd当前第37页\共有49页\编于星期三\5点Maturationoftheimmuneresponseandclass-switchingcmcdcg3VJCg3DVJDPrimarytranscriptV-D-JcmmRNAPrimarytranscriptV-D-JCg3mRNACmCdLostgenesIgMmaturationIgG当前第38页\共有49页\编于星期三\5点LVHCg

V2D2J3J4

CgV2D2J3CgV2D2J3CgV1

V2D2J3J4

CgCe

CaV2D2J3J4CmCd

CgV2D2J3Cg1.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

V2D2J3J4CmCdCgCe

Ca

Ig分子类别转换的机理AB当前第39页\共有49页\编于星期三\5点抗体分子的类别转换---DNA再次重排

VDJSm

IGHMSg

IGHGSe

IGHE

VDJSmSe

IGHE再次重排副产物再次重排IGH基因+IL-4+CD40L重排IGH基因SgIGHGSmSeIGHM

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。当前第40页\共有49页\编于星期三\5点V-D-JdV-D-JmdPloyAPloyAV-D-JmIgDmRNAIgMmRNAPrimaryRNAtranscript抗体分子的类别转换---RNA替代剪切当前第41页\共有49页\编于星期三\5点

LVDJCm2Cm3Cm4SM1M2DNAPolyAPolyAIgmsmRNAIgmmmRNA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。当前第42页\共有49页\编于星期三\5点secreted(ms)membrane(mm)MembraneandsecretedIgM当前第43页\共有49页\编于星期三\5点7-6 B细胞发育表达Pre-BCR的B细胞表达sIgM的未成熟B细胞B细胞的中枢免疫耐受表达sIgD和sIgM的成熟B细胞Iga/