抗体、基因重排及B细胞发育

1、.,Antibody Molecules, Their Genes and B Cell Development,抗体分子、基因和 B 细胞发育,Chapter 7,.,获得性免疫系统的 “五项基本原则”,2 One clone，one receptor,3 Clonal selection and expansion,4 Clonal deletion and self-tolerance,1 Lymphocytes and lymphoid organs,5 Antigen processing and presentation（MHC）,.,Three Topics Diversity

2、Specificity Memory,Adaptive Immunity,Three Representatives MHC Antibodies TCRs,.,7-1,Immunoglobulin and Antibody (抗体分子与免疫球蛋白）,.,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）。,Diversity of Ab (抗体分子的多样性),.,Diversity - Different Classes and

3、Subclasses,IgM Igm,IgG Igg,IgA Iga,IgE Ige,IgD Igd,Diversity - Different Sequences and Specificity,.,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 Molecules 抗体分子的基本结构,.,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

4、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。,.,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 1917-1985 Nobel Prize in 1972,Gerald Edelman 1929 - Nobel Prize in 1972,.,Diversity and Specificity,.,COOH,CDR3,HV4,NH2,CDR1,CDR2,抗体分子的抗原结合部位,.,.,“Ig-like Domain (Ig样结构域)

5、”,.,Ig Superfamily,Ig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 五类抗体分子的主要特点,IgM Igm,IgG Igg,IgA Iga,IgE Ige,IgD Igd,.,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。,.,.,.,.,J 链,分泌链,IgA dimer,.,.,GOD,Generation of Diversity,7-4,.,.,.

6、,.,Susumu Tonegama Nobel Prize 1987,.,7-4Ig基因及其重排,.,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。,.,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

7、保证V、（D）、J之间的正确重排。,.,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 recombination,A,A,T,A,G,A,G,A,T,A,G,A,G,A,T,G,A,G,G,C,G,T,A,C,A,C,T,G,G,T,G,T,A,A,T,A,C,A,C,T,G,G,T,G,T,A,A,G,A,C,A,C,T,G,G,T,G,T

8、,A,A,A,C,C,T,G,G,T,G,T,A,C,C,G,T,G,T,A,C,G,T,G,A,C,G,T,T,T,G,T,A,C,C,C,Asp,Arg,Arg,Arg,Asn,Asp,Asp,Asp,Tyr,Tyr,Try,Try,Try,Gly,Gly,Gly,Asn,Ser,Ser,Tyr,Tyr,Trp,Trp,Gly,Ser,Tyr,Phe,Tyr,Ser,Thr,JH,VH,D,S107 M603 M167,S107 M603 M167,.,.,Generation of antibody diversity,Ig 基因的体细胞高频突变与抗体分子的亲和力成熟,.,.,7-5 C

9、lass switching,.,Maturation of the immune response and class-switching,cm,cd,cg3,V,J,Cg3,D,V,J,D,Primary transcript,V-D-J,cm,mRNA,Primary transcript,V-D-J,Cg3,mRNA,Cm,Cd,Lost genes,IgM,maturation,IgG,.,.,抗体分子的类别转换 - DNA 再次重排,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-J,d,V

10、-D-J,m,d,Ploy A,Ploy A,V-D-J,m,IgD mRNA,IgM mRNA,Primary RNA transcript,抗体分子的类别转换 - RNA 替代剪切,.,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 (ms),membrane (mm),Membrane and secreted IgM,.,7-6B 细胞发育,B祖细胞在骨髓中经历前B细胞、未成

11、熟B细胞和成熟B细胞等几个阶段。在此过程中膜表面 BCR分子发生一系列的变化，成为不同细胞发育阶段的标志。,.,替代轻链,VHDHJH,DHJH,VLJL,IgM,IgD,IgM,B220,不成熟B细胞,前B细胞,B祖细胞,成熟B细胞,轻链基因,重链基因,RAG-1/2,轻 链,膜型重链,VHDHJH,DHJH,VHDHJH,VHDHJH,VLJL,VLJL,+,+,-,-,m,m,m+d,k or l,k or l,替代轻链,Vpre-B + l5 胚系k + l,Vpre-B + l5 胚系k + l,B 细 胞 发 育 过 程,-,-,.,前B细胞首先开始表达Igm 链，在k或者l轻链基因发生重排并表达之前，Igm 链与替代轻链 l5（14.1）和Vpre-B以及Iga/b共同组成