動(dòng)物遺傳學(xué)免疫遺傳學(xué)基礎(chǔ)PPT課件.pptx

1、第八章 免疫遺傳學(xué)基礎(chǔ)1第八章 免疫遺傳學(xué)基礎(chǔ)Chapter 8 Immunogenetics第一節(jié) 免疫學(xué)的基本概念第二節(jié) 抗體第三節(jié) 主要組織相容性復(fù)合體第四節(jié) T細(xì)胞抗原識(shí)別和活化第五節(jié) 補(bǔ)體系統(tǒng)本章要點(diǎn)2第一節(jié)免疫學(xué)的基本概念免疫（immune)是從拉丁文immunis而來(lái),詞原意為免除課稅或服役；免疫性或免疫力(immunity): 機(jī)體受到抗原物質(zhì)刺激而產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答的過(guò)程。免疫的現(xiàn)代概念: 機(jī)體對(duì)異體、異種獲自身異常物質(zhì)的防御、穩(wěn)定和監(jiān)視等一系列的生理反應(yīng)。3免疫功能的分類(lèi)及其表現(xiàn) (Page204） 包括免疫防御、自我穩(wěn)定和免疫監(jiān)視（正常反應(yīng)和異常反應(yīng)）。4一、天然免疫和獲

2、得性免疫天然免疫：機(jī)體依賴(lài)自身天然存在的屏障結(jié)構(gòu)來(lái)防御有害物質(zhì)或病原微生物，這些結(jié)構(gòu)包括皮膚、黏膜、血液和淋巴組織中的巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞及各種細(xì)胞因子等天然免疫為種系所共有，不會(huì)因多次接觸而增強(qiáng)獲得性免疫：指非遺傳所致，個(gè)體通過(guò)與外源性物質(zhì)接觸而被誘導(dǎo)和激活的特異性的免疫能力。獲得性免疫是進(jìn)化的結(jié)果，惟脊椎動(dòng)物所特有。56二、獲得性免疫的類(lèi)型主動(dòng)免疫： 機(jī)體在免疫應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮主動(dòng)作用時(shí)的免疫。被動(dòng)免疫： 對(duì)未接觸過(guò)抗原的個(gè)體輸入經(jīng)特殊免疫個(gè)體的細(xì)胞或血清，這些個(gè)體就能獲得一定的特殊免疫能力。體液免疫： 以B cells產(chǎn)生抗體來(lái)達(dá)到保護(hù)目的的免疫機(jī)制。屬后天的免疫機(jī)制。細(xì)胞免疫： 凡是由

3、免疫細(xì)胞發(fā)揮效應(yīng)以清除異物的作用即稱(chēng)為細(xì)胞免疫。由T細(xì)胞介導(dǎo)。 7三、免疫應(yīng)答的分期識(shí)別期 是指淋巴細(xì)胞上特異抗原受體與抗原的結(jié)合過(guò)程。激活期 是指識(shí)別特異性抗原后淋巴細(xì)胞的反應(yīng)過(guò)程 抗原提呈過(guò)程效應(yīng)期 是指淋巴細(xì)胞被抗原激活后清除抗原的過(guò)程8四、免疫系統(tǒng)的組成中樞免疫器官 （胸腺、骨髓、法式囊）外周淋巴器官 （淋巴結(jié)、脾臟、闌尾、扁桃體等）免疫細(xì)胞 1. T淋巴細(xì)胞 2. B淋巴細(xì)胞 3.其他免疫細(xì)胞 4.免疫活性介質(zhì)9五、抗原 抗原：凡是能夠刺激機(jī)體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體或效應(yīng)細(xì)胞，并且能夠和相應(yīng)的抗體或效應(yīng)細(xì)胞發(fā)生特異性結(jié)合反應(yīng)的物質(zhì)，就叫做抗原。 抗原的特性：1.免疫原性；2.免疫反應(yīng)性抗

4、原決定簇：抗原物質(zhì)表面具有的某些特定的化學(xué)基團(tuán)，抗原依此與相應(yīng)的抗體或效應(yīng)T細(xì)胞發(fā)生特異性結(jié)合，即抗原決定簇。半抗原：只具有反應(yīng)原性而沒(méi)有免疫原性的物質(zhì)叫做半抗原。如青霉素、嗎啡等。完全抗原：兼?zhèn)溥@兩種性能的物質(zhì)叫做完全抗原。如病原體、異種動(dòng)物血清等。10第二節(jié)抗體11一、抗體的基本結(jié)構(gòu) 抗體（Antibody, Ab) 概念： 能與相應(yīng)抗原特異結(jié)合、產(chǎn)生各種免疫效應(yīng)的一類(lèi)糖蛋白，1964年WHO統(tǒng)一命名為免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig） 結(jié)構(gòu)：由二硫鍵相連的四條對(duì)稱(chēng)的多肽鏈構(gòu)成的單體。形成一“Y”字形結(jié)構(gòu)。121969年，Edelman等首次完成了抗體分子（IgG1）一級(jí)結(jié)

5、構(gòu)的測(cè)定 131.重鏈（heavy chain，H鏈） 420446個(gè)氨基酸殘基，分子量約50 00070 000kD。 根據(jù)Ig重鏈抗原性的差異，Ig可分為五類(lèi)（class)IgG、IgM、IgA、IgD、IgE， 相應(yīng)H鏈為、鏈。（一）重鏈與輕鏈142. 輕鏈（light chain，L鏈） 輕鏈為重鏈的1/2，約由230個(gè)氨基酸殘基組成，分子量約為23 000kD 根據(jù)抗原性的不同，將L鏈分為、兩型（Type) 正常人血清Ig的:=2 :1 天然的Ig單體結(jié)構(gòu)中，兩條重鏈同類(lèi)，兩條輕鏈同型。15IgG, IgD, IgE為單體分子16 （二）可變區(qū)和恒定區(qū)1.可變區(qū)（variable r

6、egion，V區(qū)） 指Ig重鏈近N端1/4（）或1/5（），輕鏈N端1/2 ，氨基酸的組成及序列變化較大，而得名。 高變區(qū)（hypervariable region，HVR） V區(qū)中氨基酸組成的變化僅集中在3個(gè)區(qū)域，占氨基酸總量的1520。 因其在空間結(jié)構(gòu)上可與抗原決定簇形成精密的互補(bǔ)，故又稱(chēng)互補(bǔ)決定區(qū)（complementarity determing region，CDR1、2、3）17Figure 1: The basic structure of a humanIgG molecule. The arrow indicates the cleavage site of the Ig m

7、olecule into two Fab fragments and one Fc fragment by the enzyme papain.18骨架區(qū)（framework region，F(xiàn)R） Ig分子V區(qū)中高變區(qū)之外的部位，其氨基酸組成及排列相對(duì)保守。 包括4個(gè)氨基酸片斷，占V區(qū)氨基酸總量的8085。 作用：對(duì)CDR起支架作用，穩(wěn)定CDR的空間構(gòu)型，以利IgCDR與抗原表位精細(xì)的特異性結(jié)合。19202.恒定區(qū)（constant region，C區(qū)） 近C端的1/2 L鏈及3/4 （） 或4/5 （）H鏈。 氨基酸組成和排列比較恒定。21可變區(qū)和恒定區(qū)22約由110個(gè)氨基酸組成。由鏈內(nèi)二硫

8、鍵連接并經(jīng)-片層折疊形成的具有特定功能的球形結(jié)構(gòu)域，稱(chēng)為Ig的功能區(qū)或結(jié)構(gòu)域。 （一）功能區(qū)的名稱(chēng) L鏈：VL、CL H鏈: VH、CH1-CH3（IgG、IgA、IgD） VH、CH1-CH4（IgM、IgE） 二、免疫球蛋白的功能區(qū)（結(jié)構(gòu)域）2324（二）功能區(qū)的功能 1.VL、VH 特異性識(shí)別和結(jié)合抗原 2.CH、CL 具有同種異型遺傳標(biāo)記 3.IgG的CH2和IgM的CH3 具有補(bǔ)體C1q的結(jié)合點(diǎn)；與IgG通過(guò)胎盤(pán)有關(guān)。 4.CH3/CH4 具有多種細(xì)胞Fc受體結(jié)合的功能，不同的Ig在結(jié)合不同的細(xì)胞時(shí)可產(chǎn)生不同的免疫效應(yīng)。25（三）絞鏈區(qū)（hinge region）特性： 位于CH1C

9、H2之間。富含脯氨酸，易伸展彎曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。 作用： 1.彎曲利于V區(qū)與不同距離的抗原表位結(jié)合。2.使Ig分子發(fā)生“T” “Y”的構(gòu)型改變，暴露補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)。2627“T” “Y”28三、免疫球蛋白的水解片段（一）木瓜蛋白酶的水解作用 二個(gè)相同的單價(jià)抗原結(jié)合片段 （fragment of antigen-binding，F(xiàn)ab段）一個(gè)可結(jié)晶片段（crystalizable fragment，F(xiàn)c段） 木瓜蛋白酶水解IgGFab段保留了特異性結(jié)合抗原的功能。Fc段保留了重鏈的抗原性和Ig相應(yīng)功能區(qū)的生物學(xué)活性。2930免 疫 球 蛋 白 基 因鏈：V(約100個(gè))、 J

10、(5個(gè))、 C(1個(gè)) 鏈：V(約30個(gè))、 J-C(4個(gè)) H鏈：V基因(約95個(gè)) D基因(27個(gè)) J基因(6個(gè)) C基因(9個(gè))31免疫球蛋白基因組結(jié)構(gòu)3233Figure10. The organization of the immunoglobulin heavy chain locus in vertebrates.34Figure11 Physical map of the IgH locus of the duck showing its genomic organization. The sequenced has a length of 48 kb and starts

11、5 of the D segment and ends 3 of the short terminal exon of the gene. The coding exons are shown as black boxes. Transcriptional orientation is shown by the arrows above the genes.Figure13. The physical mapping of bovine IGHC gene locus35Figure12. Comparison of the IGHC locus in the hominoid line. T

12、he existence of the gene has been proved only in human. Gene duplication including the -genes occurred in the common ancestor of hominoids and subsequent deletion of the Cgene(in orangutan, including one of the Cgenes) occurred independently in each hominoid species36Figure14. The physical map of th

13、e rabbit IgH cluster.37u 4 kb d 39 kb g1 27 kb g2 13 kb e 14 kb a38免疫球蛋白的基因重排自然界的抗原種類(lèi)極多，每種抗原還有不同的抗原決定簇，因此具有多種特異性的免疫球蛋白分子的種類(lèi)也必定是極其眾多的，可以有幾百萬(wàn)種 。可是，脊椎動(dòng)物基因組內(nèi)所有的基因總共不過(guò)幾萬(wàn)個(gè)左右 。決不可能有那么多的免疫球蛋白基因去編碼每一種特定的免疫球蛋白分子。研究證明，這是通過(guò)基因重排來(lái)實(shí)現(xiàn)免疫球蛋白的多樣性 。39 1輕鏈基因的重排 鏈可通過(guò)V區(qū)基因的缺失、倒位而與相隔一定距離的一個(gè)J基因相連接。鏈的V區(qū)基因可隨機(jī)地同任何一個(gè)J基因連接。重排后的VJ

14、再與C連接生成完整的鏈DNA，其中的內(nèi)含子在轉(zhuǎn)錄后剪接形成mRNA。 由于V和J的連接不夠精確，將造成更多的排列組合，可能使多樣性增加10倍。40 V和J基因的連接不是隨機(jī)的，而是嚴(yán)格地按照： L1 V1 J1 C1， L1 V1J3， C3 ， L2 V2 J2 C2的組合進(jìn)行連接的，所以入輕鏈的組合數(shù)遠(yuǎn)低于鏈。 412. 重鏈基因的重排 重鏈基因是通過(guò)兩次重排形成的第一次基因重排是D基因與JH基因的重排連接，得到DJH基因片段；第二次基因重排是VH基因與DJH基因片段的重排和連接，得到VHDJH片段。42抗體的多樣性轉(zhuǎn)換重組 classical switch recombination，C

15、SR） 體細(xì)胞超突變（somatic hypermutation，SHM） 基因轉(zhuǎn)換（gene conversion） 43體細(xì)胞超突變、基因轉(zhuǎn)換（gene conversion）以及轉(zhuǎn)換重組是構(gòu)成免疫球蛋白多樣性的基礎(chǔ)。體細(xì)胞超突變和基因轉(zhuǎn)換發(fā)生在抗體產(chǎn)生時(shí)VDJ重組過(guò)程中，不同物種所采用的兩種方式也有差異，如在雞、牛、豬等物種中明顯偏愛(ài)基因轉(zhuǎn)換；在人和小鼠中則與之相反，其VDJ區(qū)多樣性的產(chǎn)生主要依靠體細(xì)胞超突變 44轉(zhuǎn)換重組1.轉(zhuǎn)換區(qū)（Switch region） 當(dāng)B細(xì)胞從產(chǎn)生重鏈向其他類(lèi)型轉(zhuǎn)換時(shí)，位于VH區(qū)和需要轉(zhuǎn)換的CH之間的區(qū)域通過(guò)位點(diǎn)特異性重組過(guò)程缺失。參與轉(zhuǎn)換重組的DNA區(qū)域稱(chēng)

16、為“Switch（S） region”，它位于每一個(gè)恒區(qū)基因的上游內(nèi)含子序列中。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，S區(qū)均由隨機(jī)重復(fù)序列構(gòu)成，而在、基因上游具有一些與S同源性較高的重復(fù)序列。 4546第三節(jié)主要組織相容性復(fù)合體導(dǎo)致排斥反應(yīng)能夠?qū)Υ丝乖M(jìn)行快而強(qiáng)的排斥反應(yīng)的免疫47相關(guān)概念組織相容性抗原（histicompatibility antigen): 代表個(gè)體特異性的引起抑制排斥反應(yīng)的同種異型抗原，叫，也稱(chēng)移植抗原。主要組織相容性抗原系統(tǒng)（major histocompatibility antigen): 在眾多的組織相容性抗原系統(tǒng)中，能引起強(qiáng)烈而迅速排斥反應(yīng)的抗原系統(tǒng)，稱(chēng)為，也叫主要組織相容性系統(tǒng)（ma

17、jor histocompatibility system,MHS)。主要組織相容性抗原復(fù)合體（major histocompatibility complex,MHC): 編碼MHS的基因在同一染色體上呈一組緊密連鎖的基因群，將這一連鎖群統(tǒng)稱(chēng)為。48基本特點(diǎn)MHS廣泛分布于人或動(dòng)物所有有核細(xì)胞的表面，化學(xué)成分是脂蛋白或糖蛋白；MHS不僅參與移植排斥反應(yīng)，而且在機(jī)體免疫應(yīng)答過(guò)程中具有重要的調(diào)節(jié)作用；MHS在不同物種動(dòng)物中的名稱(chēng)不同，其中小鼠的MHS稱(chēng)為H-2系統(tǒng)，人的MHS稱(chēng)為人類(lèi)白細(xì)胞抗原（human leucocyte antigen,HLA)。MHC位于同一染色體上，具有控制同種移植排斥

18、反應(yīng)、免疫應(yīng)答和免疫調(diào)節(jié)等功能。MHC在不同物種中處于的染色體位置不同，其中小鼠的MHC又稱(chēng)H-2復(fù)合體，位于17號(hào)染色體上，而人類(lèi)的HLA則位于第6號(hào)染色體上。49HLA復(fù)合體及其編碼的產(chǎn)物HLA位于6號(hào)染色體的短臂上，其分布范圍大約36004000 kb，含有至少10個(gè)基因位點(diǎn)；據(jù)其基因和編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能的不同，將HLA復(fù)合體又分為三個(gè)區(qū)域，即、類(lèi)基因區(qū)。類(lèi)基因區(qū)包含A、B、C、E、F、G、H等位點(diǎn)；編碼化學(xué)結(jié)構(gòu)相似但抗原特異性不同的HLA-A、B、C肽鏈，作為HLA-類(lèi)分子的重鏈，與15號(hào)染色體上2微球蛋白基因編碼產(chǎn)物，通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合后，成為HLA-類(lèi)抗原。類(lèi)基因區(qū)包含HLA-DP、

19、DQ、DR和DN、DO、DM等亞區(qū)，每個(gè)亞區(qū)中又包含多個(gè)基因位點(diǎn)。每個(gè)亞區(qū)中的每個(gè)位點(diǎn)可以編碼不同的產(chǎn)物，這些產(chǎn)物兩兩之間呈非共價(jià)鍵結(jié)合后共同組成HLA-類(lèi)抗原。類(lèi)基因區(qū)內(nèi)含眾多編碼血清補(bǔ)體成分和其它血清蛋白的基因，參與免疫應(yīng)答的不同階段。505152MHC分子類(lèi)分子類(lèi)分子53兩條分開(kāi)的肽鏈54 兩條結(jié)合肽鏈55引起移植排斥反應(yīng)： HLA抗原本身就是激發(fā)機(jī)體對(duì)移植物產(chǎn)生強(qiáng)烈和快速排斥反應(yīng)的主要相容性抗原系統(tǒng)?？乖蔬f作用： 外來(lái)抗原被抗原呈遞細(xì)胞攝取和處理后，必須與MHC- 、類(lèi)分子的肽結(jié)合區(qū)結(jié)合形成抗原肽MHC分子復(fù)合體，該復(fù)合體經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)表達(dá)于抗原呈遞細(xì)胞的表面，才能被相應(yīng)的淋巴細(xì)胞識(shí)別，從而啟動(dòng)免疫應(yīng)答反應(yīng)。HLA-、類(lèi)抗原的主要功能56 抗原特異性淋巴細(xì)胞不能識(shí)別游離或溶解狀態(tài)的抗原，只識(shí)別M