第十二章免疫多樣性的分子機制課件

1、第十二章免疫多樣性的分子機制第十二章免疫多樣性的分子機制優(yōu)選第十二章免疫多樣性的分子機制優(yōu)選第十二章免疫多樣性的分子機制第一節(jié) 免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白第一節(jié) 免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白一、 免疫系統(tǒng)1、組成：免疫反應(yīng) 的互補系統(tǒng)體液免疫系統(tǒng)：針對細菌、胞外病毒和外來蛋白細胞免疫系統(tǒng)：破壞被病毒感染的宿主細胞、某 些寄生物和外來的移植組織涉及細胞淋巴細胞（lymphocyte）：造血干細胞 通過對外來物質(zhì)特異的模受體識別抗原 B、T淋巴細胞巨噬細胞：組織特異，來源于骨髓干細胞 吞噬大顆粒和細胞、抗原呈遞細胞一、 免疫系統(tǒng)1、組成：免疫反應(yīng)體液免疫系統(tǒng)：針對細菌、胞外2、B、T細胞（1）B細胞： bone

2、 marrow中完成發(fā)育 表達獨特的抗原膜結(jié)合受體-一種抗體分子 遇到抗原迅速分裂成子代： a) 記憶細胞：長壽 表達與親代細胞具有同一結(jié)合特性抗體b) 效應(yīng)細胞：漿細胞，存活幾天 產(chǎn)生分泌型的可溶性抗體 B細胞受體單獨識別抗原 但需要TH細胞提供信號才能分泌抗體2、B、T細胞（1）B細胞： bone marrow中（2）T細胞： 遷移到thymus gland中完成后期發(fā)育 表達抗原特異的膜受體T細胞受體 異二聚體 或兩條蛋白鏈 受與MHC結(jié)合的抗原刺激激活分化成： 記憶T細胞 各種效應(yīng)T細胞 兩種：T助細胞或TH細胞（helper T cell） 激活后分泌淋巴因子激活B、Tc和吞噬細胞等

3、 T胞毒細胞或Tc細胞（cytotoxic T cell） 監(jiān)視病毒感染細胞、腫瘤和外來移植組織 T細胞識別與MHC結(jié)合的抗原 MHC major histocompatibility complex（2）T細胞： 表達抗原特異的膜受體T細胞受體 （3）免疫反應(yīng)分類 體液免疫反應(yīng) 依賴于B細胞，由分泌抗體 （Ig）來介導(dǎo)（3）免疫反應(yīng)分類 體液免疫反應(yīng) 細胞免疫反應(yīng) 細胞免疫反應(yīng)二、 免疫球蛋白（ Immunoglobulin ）可溶性的血清糖蛋白Ig1、結(jié)構(gòu)：非共價鍵和二硫鍵連接的輕、重鏈兩者均含可變區(qū)或V區(qū)N端和恒定區(qū)或C區(qū)C端 兩大特點高度特異性、龐大多樣性二、 免疫球蛋白（ Immun

4、oglobulin ）可溶性的L鏈（214aa）VL、CL和兩種，對一個Ig唯一H鏈（426aa）VH、 CH1、CH2、CH3恒定區(qū)的序列有 、和五種類型VL和VH內(nèi)有高變區(qū)真正抗原結(jié)合部位負責(zé)抗體分子對抗原的識別互補決定區(qū)CDRIgG、IgA、IgM、IgD和IgE （人體）L鏈（214aa）VL、CLVL和VH內(nèi)有高變區(qū)Igk家族（人和老鼠）的組成 V 基因（人300、鼠1000 ）、5個 J（一個假基因）、 1個 C基因 Ig0未經(jīng)重排的種二、 膜型和分泌型球蛋白的產(chǎn)生 涉及鏈的斷裂和重接MHC major histocompatibility complexk家族（人和老鼠）的組成

5、V 基因（人300、鼠1000 ）、5個 J（一個假基因）、 1個 C基因的改變提供了廣泛的基礎(chǔ) 兩種：T助細胞或TH細胞（helper T cell）但需要TH細胞提供信號才能分泌抗體巨噬細胞：組織特異，來源于骨髓干細胞高度特異性、龐大多樣性 C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)換(間隔序列12、23)二、 免疫球蛋白（ Immunoglobulin ）2、重鏈基因V、D和J片段的重組優(yōu)選第十二章免疫多樣性的分子機制第二節(jié) 免疫球蛋白基因的重組 和體細胞突變k家族（人和老鼠）的組成 V 基因（人300、鼠1000 一、 免疫球蛋白基因的組織 Ig基因有三個獨立的基因家族分別編碼兩個輕鏈（和）、 一個重鏈（

6、小鼠 6、16和12號染色體） 輕鏈基因家族的組成：L、V、J、C四類基因片段 Lleader segment V variable segment Jjioning segment Cconstant segment 重鏈家族：L、V、D、J、C五類片段 Ddiversity segment 高變區(qū) J和C之間有增強子 種系中基因數(shù)目變動較大 一、 免疫球蛋白基因的組織 Ig基因有三個獨立的基因FamilyV GenesC GenesManMouseManMouseLambda64Kappa100098人的重鏈基因簇包括了所有組織重鏈的基因信息（重鏈恒定區(qū)九種C片段、兩個假基因）Family

7、V GenesC GenesManMouseMa家族V基因后跟隨著幾個以J片段作為前導(dǎo)的C基因家族V基因后跟隨著幾個以J片段作為前導(dǎo)的C基因k家族（人和老鼠）的組成 V 基因（人300、鼠1000 ）、5個 J（一個假基因）、 1個 C基因k家族（人和老鼠）的組成 V 基因（人300、鼠1000二、 免疫球蛋白基因形成過程中的重組機制 除淋巴細胞外，所有細胞免疫球蛋白基因簇的結(jié)構(gòu)都是 相同的種系結(jié)構(gòu) 骨髓干細胞在分化為成熟B淋巴細胞時出現(xiàn)免疫球蛋白 基因的體細胞重排 即淋巴細胞中重組產(chǎn)生活性基因使免疫系統(tǒng)為基因組 的改變提供了廣泛的基礎(chǔ) 抗體分子的多樣性二、 免疫球蛋白基因形成過程中的重組機制

8、 除淋巴細胞外e） 重鏈和輕鏈的隨機重組T胞毒細胞或Tc細胞（cytotoxic T cell）再次抗原刺激后第二次重排 連接位點不同 不同的V片段與J-C的重組k家族（人和老鼠）的組成 V 基因（人300、鼠1000 ）、5個 J（一個假基因）、 1個 C基因d) 連接反應(yīng)導(dǎo)致序列 兩種：T助細胞或TH細胞（helper T cell）一、 免疫球蛋白基因的組織 利根川進（Tonegawa S） 1987 Nobel prize3) V基因只有和C連接通過C區(qū)變化轉(zhuǎn)變抗體類型(可能與染色體間的交換有關(guān))H V-L 多位點連接 1002、重鏈基因V、D和J片段的重組 骨髓干細胞在分化為成熟B淋

9、巴細胞時出現(xiàn)免疫球蛋白第一節(jié) 免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白 V下游、J上游、D兩側(cè)存在保守的重組信號序列（RSS）抗原特異性不變IgG 或 IgA 或 IgE的B細胞表達類型的輕鏈1、輕鏈基因V和J片段的重組 a） 鏈的重組 每個C片段前有 J跟隨 只發(fā)生一次重組 在V和J-C之間 (V和J的重組)e） 重鏈和輕鏈的隨機重組1、輕鏈基因V和J片段的重組 a） b） 鏈的重組 基因簇只有一個C V與C之間 5個J（一個假基因） 用到的每個 J都可以成為 V的外元終端 整合J左邊 的缺失掉 右邊的拼接過程中作為內(nèi)元 b） 鏈的重組 基因簇只有一個C V與C之 重鏈的可變 區(qū)由V和J基 因及第三個 D基因片

10、段 編碼 重鏈的可變 區(qū)重組有兩 個階段 D-J重組、 VH和DJ重組2、重鏈基因V、D和J片段的重組 重鏈的可變 重鏈的可變2、重鏈基因V、D和J片 所有V基因的組織結(jié)構(gòu)上很類似 a）第一個外元編 碼信號序（用于膜的黏附）b）第二個編碼 可變區(qū)自身的 主要部分c）其他部分由 D片段（只對H家族）和一條J片段提供 所有V基因的組織結(jié)構(gòu)上很類似 a）第一個外元編b）第 一個指定的B淋巴細胞產(chǎn)生、其中之一輕鏈同重鏈結(jié)合 輕鏈中表現(xiàn)為同型性項斥（isotypic exclusion） 往往只有鏈基因重組失敗，才發(fā)動鏈基因重組 抗體中大部分輕鏈是 鏈，鏈往往占少部分 人類有約60%的輕鏈是鏈，約40%

11、為鏈。老鼠有95% 的B細胞表達類型的輕鏈 單特異性單個B細胞只產(chǎn)生一種抗體基因 淋巴細胞為二倍體H、和都有兩個等位基因 重組表現(xiàn)為等位基因排斥（allelic exclusion） 一個指定的B淋巴細胞產(chǎn)生、其中之一輕鏈同重鏈結(jié)合3、重組的分子機制 利根川進（Tonegawa S） 1987 Nobel prize 1） 重組位點 輕重鏈重組涉及相同的機理（特異位點） V下游、J上游、D兩側(cè)存在保守的重組信號序列（RSS） RSS: 共同的回文七核苷酸CACAGTG（與基因連接） 固定長度的間隔序列12bp或23bp 共同的富含A的九核苷酸ACAAAAACC3、重組的分子機制 利根川進（To

12、negawa S） 輕鏈中：鏈V下游與J上游的RSS方向相反 (間隔序列12、23) D下游和J上游的RSS也有同樣關(guān)系（12、23） 重鏈中：V下游與D上游的RSS方向相反(間隔序列23、12) 鏈(間隔序列12、23) 輕鏈中：鏈V下游與J上游的RSS方向相反 D 2） 重組機制 涉及鏈的斷裂和重接 重組酶基因 rag(recombination activating gene) 編碼蛋白質(zhì)RAG1和RAG2 RAG1和RAG2識別RSS之間所形成的二級結(jié)構(gòu) 重組只發(fā)生在間隔為12bp與23bp的不同RSS之間 1223規(guī)則 2） 重組機制 涉及鏈的斷裂和重接 重組酶基a) 記憶細胞：長壽

13、 不同的V片段與J-C的重組監(jiān)視病毒感染細胞、腫瘤和外來移植組織但需要TH細胞提供信號才能分泌抗體 涉及啟動子和增強子 連接位點不同 C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)換游離3OH攻擊CH1、CH2、CH3體液免疫系統(tǒng)：針對細菌、胞外病毒和外來蛋白Jjioning segment Cconstant segment體液免疫系統(tǒng)：針對細菌、胞外病毒和外來蛋白二、 膜型和分泌型球蛋白的產(chǎn)生 n 80000D片段（只對H家族）和一條J片段提供3) V基因只有和C連接 連接位點不同a） 性細胞內(nèi)含有多個V基因 利根川進（Tonegawa S） 1987 Nobel prize導(dǎo)致Ig的多樣性1500 80000

14、10 100 n 12 1010V LL VV L9Nt 9Nt12Nt 23Nt7Nt 7NtV J La) RAG1/RAG2識別的二級 結(jié)構(gòu) 不同的V片段與J-C的重組 （H鏈 V與D、D與J-C） 導(dǎo)致Ig多樣性a) 記憶細胞：長壽V LL b) RAG1/RAG2復(fù) 合物切開七核苷酸 與基因接頭處的一 條鏈（3OH、 5P）c) 基因片段末端形成 發(fā)夾結(jié)構(gòu) 游離3OH攻擊 另一條鏈的酯鍵 （雙鏈斷裂）d) 連接反應(yīng)導(dǎo)致序列 的變化插入、缺失 （影響編碼蛋白）b) RAG1/RAG2復(fù)c) 基因片段末端形成d) 連接位點不同 導(dǎo)致Ig的多樣性 連接位點不同3) V基因只有和C連接 后才

15、有活性 涉及啟動子和增強子 的作用 V-C連接后V的啟動子 接近增強子后才有活 性 增強子只在B細胞內(nèi) 才有活性（組織）3) V基因只有和C連接 涉及啟動子和增強子 4) 重排中的等位相斥 輕、重鏈中都涉及 Ig0未經(jīng)重排的種 系構(gòu)型 Ig無效基因 Ig+有效基因 活性鏈的生成抑制 了進一步的重排4) 重排中的等位相斥 輕、重鏈中都涉及 Ig三、體細胞突變 在體細胞原型球蛋白基因序列上發(fā)生的單個堿基突變 、輕鏈和重鏈都發(fā)現(xiàn)有體細胞突變?nèi)?、體細胞突變 在體細胞原型球蛋白基因序列上發(fā)生的單個總結(jié)：產(chǎn)生抗體多樣性的機制 a） 性細胞內(nèi)含有多個V基因 b） V-J和V-D-J的重組 c） 重組部位的差

16、異性d） 體細胞突變 e） 重鏈和輕鏈的隨機重組 各種機制相伴隨,因此Ig多樣性以乘積的方式增加總結(jié)：產(chǎn)生抗體多樣性的機制 a） 性細胞內(nèi)含有多個V基因 bL（） 300 (V) 5(J) 1500 （ L() ）H n 100(V) 20(D diversity) 4(J) 10(C) n 80000 L V-L 多位點連接 10 H V-L 多位點連接 100Ig 種類 1500 80000 10 100 n 12 1010遠遠多于抗原的種類（數(shù)百萬種）L（） 300 (V) 5(J) 1500第三節(jié) 免疫球蛋白重鏈 恒定區(qū)基因第三節(jié) 免疫球蛋白重鏈 恒定區(qū)基因 B細胞分化之出,輕重鏈重排

17、后經(jīng)轉(zhuǎn)錄和拼接加工成成熟 mRNA后翻譯成免疫球蛋白膜型IgM、IgD 成熟B細胞經(jīng)抗原刺激分泌型抗體IgM 再次抗原刺激后第二次重排 出現(xiàn)重鏈基因改變恒定區(qū)（C片段），即類型轉(zhuǎn)換 抗原特異性不變IgG 或 IgA 或 IgE 類型轉(zhuǎn)換后的B細胞漿細胞 分泌大量單特異性的抗體 B細胞分化之出,輕重鏈重排后經(jīng)轉(zhuǎn)錄和拼接加工成成熟一、 免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)基因2、重鏈基因C片段的轉(zhuǎn)換發(fā)生在轉(zhuǎn)換區(qū)switch region S區(qū)每個C片段的5端（除外） 成熟的抗體形成細胞使用同一系列的可變區(qū)基因， 通過C區(qū)變化轉(zhuǎn)變抗體類型(可能與染色體間的交換有關(guān))1、一個細胞同時產(chǎn)生兩種以上Ig通過選擇性拼接 （

18、不同的加尾位點）一、 免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)基因2、重鏈基因C片段的轉(zhuǎn)換發(fā)生在 C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)換 C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)換 兩種：T助細胞或TH細胞（helper T cell）1、輕鏈基因V和J片段的重組3) V基因只有和C連接右邊的拼接過程中作為內(nèi)元右邊的拼接過程中作為內(nèi)元 T細胞識別與MHC結(jié)合的抗原 C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)換碼信號序 利根川進（Tonegawa S） 1987 Nobel prizee） 重鏈和輕鏈的隨機重組V L二、 膜型和分泌型球蛋白的產(chǎn)生通過C區(qū)變化轉(zhuǎn)變抗體類型(可能與染色體間的交換有關(guān))1500 80000 10 100 n 12 1010L（） 300 (V) 5(J) 1500 （ L() ）（不同的加尾位點）固定長度的間隔序列12bp或23bp總結(jié)：產(chǎn)生抗體多樣性的機制 n 80000出現(xiàn)重鏈基因改變恒定區(qū)（C片段），即類型轉(zhuǎn)換 重組只發(fā)生在間隔為12bp與23bp的不同RSS之間 涉及啟動子和增強子1500 80000 10 100 n 12 1010 骨髓干細胞在分化為成熟B淋巴細胞時出現(xiàn)免疫球蛋白淋巴細胞（lymphocyte）：造血干細胞 n 80000k家族（人和老鼠）的組成 V 基因（人300、鼠1000 ）、5個 J（一個假基因）、