第九章 免疫球蛋白遺傳

第二節(jié)免疫球蛋白及其遺傳與抗體有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者1901vonBering血清治療1908Ehrlich&Metchnikoff抗體生成、吞噬1972Edelman&Poter抗體分子結(jié)構(gòu)1977Yalow放射免疫測(cè)定1984Koler,Milstein&Jerne單克隆抗體1987TonegawaIg基因結(jié)構(gòu)抗體——生物體內(nèi)最奇妙的分子無(wú)限的多樣性（diversity)功能與結(jié)構(gòu)的雙重性

可變區(qū)——抗原結(jié)合恒定區(qū)——生物學(xué)效應(yīng)功能分泌型和膜型表達(dá)一抗體的基本結(jié)構(gòu)分類及功能區(qū)Ig是血液和組織液中的一類糖蛋白。其主體是體液免疫應(yīng)答的主要效應(yīng)分子——抗體(Ab)。機(jī)體能產(chǎn)生Ab的種類是十分驚人的。1、抗體的基本結(jié)構(gòu)抗體的基本結(jié)構(gòu)Ig分子基本結(jié)構(gòu)是由四個(gè)肽鏈組成的。包括二條較小的輕鏈和二條較大的重鏈。輕鏈與重鏈之間是由二硫鍵連接形成Ig分子單體。

2、Ig的肽鏈及其分類輕鏈有兩種：κ鏈和λ鏈。一個(gè)Ig分子只能具有兩種鏈中的一種。重鏈分5種：μ、δ、γ、α、ε鏈。它們決定了Ig或Ab的類別或同種型，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。其中有些類別還再分為亞類。例如：人的γ鏈有4種：γ1、γ2、γ3、γ4。小鼠的γ鏈也有4種：γ1、γ2a、γ2b和γ3。人的α鏈還分為α1、α2兩種。因此人類免疫球蛋白的類別包括亞類共有9種，小鼠有8種。Diversity-DifferentClassesandSubclassesIgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgdDiversity-DifferentSequencesandSpecificity各類免疫球蛋白的生物學(xué)活性3、可變區(qū)和恒定區(qū)可變區(qū)和抗原識(shí)別有關(guān)，決定抗體識(shí)別的特異性，而恒定區(qū)和效應(yīng)功能相關(guān)。此外在Y形分子伸出的兩臂和主干之間還有個(gè)可彎曲的鉸鏈區(qū)(hingeR)，能改變兩個(gè)結(jié)合抗原的Y形臂之間的距離。兩臂之間的角度可有自0°到90°的變化，這樣有利于兩臂同時(shí)結(jié)合位于抗原上分布于不同位置的表位。分泌型的IgM和IgA可具有多聚體的形式。

IgM分子是五聚體，在粘膜分泌液中的IgA是二聚體，它們的單體以二硫鍵和稱為J鏈的多肽鏈彼此相聯(lián)。IgM和SIgA結(jié)構(gòu)示意圖鉸鏈區(qū)Ig的鉸鏈區(qū)及其功能Ig中只有IgD、IgG、IgA有鉸鏈區(qū)，IgM和IgE沒(méi)有，但其還有相對(duì)的彎曲性(在相應(yīng)于鉸鏈區(qū)的部位為其他結(jié)構(gòu))。各類抗體的鉸鏈區(qū)的長(zhǎng)度及氨基酸的順序也有不同；人IgD的可伸展的距離最大，IgG4和兩種IgA的彎曲度就沒(méi)有這么大。4功能性抗體片段免疫球蛋白的分子還有一個(gè)特點(diǎn)，即其中有些部分容易酶解，所以在一定條件下，可以解離為各種片段。常用的酶為木瓜蛋白酶(papain)和胃蛋白酶(pepsin)。IgG分子的基本結(jié)構(gòu)及其片段VL，CL分別代表輕鏈的V區(qū)和C區(qū)；VH，CH1，CH2，CH3重鏈的V區(qū)和C區(qū)的3個(gè)結(jié)構(gòu)；Fv

VH＋VL；S－S二硫鍵；…虛線代表酶切位置抗體分子片段木瓜蛋白酶名稱由來(lái)：有抗原結(jié)合的功能(fragmentantigenbiding)，由一個(gè)輕鏈和部分重鏈(VH+CH1)構(gòu)成。Fc片段很快就能結(jié)晶(fragmentcrystalizable)，相應(yīng)于CH2、CH3、CH4的部分。Fc介導(dǎo)抗體的效應(yīng)功能，和細(xì)胞或其他效應(yīng)分子起作用，如結(jié)合細(xì)胞和補(bǔ)體等?？贵w分子片段胃蛋白酶F(ab’)2由兩個(gè)Fab和聯(lián)結(jié)的鉸鏈區(qū)組成。由于F(ab’)2是雙價(jià)的，能同時(shí)結(jié)合兩個(gè)表位，因而能起沉淀和凝集反應(yīng)。Fv是保留抗體結(jié)合能力的最小單位，由VH＋VL構(gòu)成。5

Ig基因和抗體的多樣性Ig不同于其他蛋白在于其肽鏈由兩部分構(gòu)成，V區(qū)和C區(qū)。它們是由兩個(gè)基因編碼的。基因重排(generearrangement)：V基因由幾個(gè)分隔在不同位置的基因片段在B細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中被帶到一起拼接而成。但為何會(huì)有如此多的V基因？？？編碼人和小鼠輕重鏈的Ig基因分別位于不同的染色體上，總體分為編碼V區(qū)和C區(qū)的兩大部分。重鏈的胚系基因中有許多基因片段(genesegment)包括：眾多的V基因片段(variablesegment)，多個(gè)D基因片段(diversitysegment)和幾個(gè)J基因片段(joiningsegment)。

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220

5040

302010

0CDR1CDR2CDR3

抗體分子的多樣性Igl鏈的氨基酸序列酸殘基的變異率相應(yīng)位置上氨基對(duì)來(lái)自不同B細(xì)胞克隆的Ig輕鏈氨基酸序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)V區(qū)的變化主要集中在3個(gè)分別由6－10個(gè)氨基酸殘基組成的狹小區(qū)域內(nèi)。這3個(gè)區(qū)又被稱作高可變區(qū)或互補(bǔ)決定區(qū)（CDR），參與抗原結(jié)合部位的組成。（一）重鏈基因人重鏈可變區(qū)基因定位在第14條染色體長(zhǎng)臂上，跨度約有1100kb。約包括95個(gè)VH基因片段，在不同的單元型中VH基因片段的數(shù)目可以有些不同，這主要因?yàn)橛幸恍￢H

基因片段的插入或缺失。這些VH

基因片段對(duì)分為7個(gè)家族VH1~VH7，其中VH3是最大的家族，其次為VH1、VH4家族。同一家族中核苷酸序列的同源性至少為80％，同一家族的片段并不群集在一起，而是混雜分布。

VH片段中有些是不表達(dá)的非功能性片段，功能性片段有65個(gè)。重鏈的基因結(jié)構(gòu)：人功能性片段是指具有開(kāi)放閱讀框(ORF)，并在B細(xì)胞發(fā)生過(guò)程中重排過(guò)的片段。人的D基因片段接在VH基因片段之后．約有27個(gè)功能性片段；其后為6個(gè)功能性JH片段。但人的VH

和D基因片段，除了在第14條染色體外，根據(jù)染色體定位和雜交等方法發(fā)現(xiàn)在其他染色體上也有，在第15、16條染色體共檢出24個(gè)VH

片段，在第15條染色體上還檢出D片段，然而它們都不屬于VH功能性基因。重鏈的基因結(jié)構(gòu)：鼠小鼠的重鏈基因小鼠的重鏈基因位于第12條染色體上，其VH基因片段數(shù)變化很大，從100到1000以上，這是隨著檢測(cè)方法和小鼠品系變化而不同。根據(jù)同源性可分為14個(gè)家族，不同于人的是很多家族的片段集群在一起。（二）κ鏈基因κ鏈的基因結(jié)構(gòu)及重組（三）λ鏈基因λ鏈的基因結(jié)構(gòu)二免疫球蛋白基因重排免疫球蛋白基因重排(Iggenerearrangement)是通過(guò)一組V(D)J重組酶(recombinase)的作用而實(shí)現(xiàn)的。其作用包括識(shí)別位于V、(D)、J基因片段兩側(cè)的保守序列，切斷以及修復(fù)DNA等。這保守序列稱為重組信號(hào)序列(recombinationsignalsequence,RSS)。一、重組信號(hào)序列

(recombinationsignalsequences,RSS)二、重鏈可變區(qū)的VDJ重組可變區(qū)V(D)J重組機(jī)制通過(guò)RSS形成莖襻狀結(jié)構(gòu)12/23basepairrole(1+2turnrole)κ:V-1223-Jλ:V-2312-JH:V-2312-D-1223-JV(D)J重組的缺失機(jī)制(a)和倒轉(zhuǎn)機(jī)制(b)抗體多樣性的來(lái)源胚系基因所攜帶的信息

VHDJHVKJK50×25×6×40×5＝1.5×1062.B細(xì)胞個(gè)體發(fā)生過(guò)程中,重組時(shí)CDR3所形成的多樣性(不依賴抗原）●接頭處的多樣性

VCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCC

JTGGACG

TGGACGTGGACGTGGACGTGGACGTGGACG

95PPPPPP96A-----P96-WRPPW97TTTTTTVJ重組時(shí)接頭處的變化V(D)J重組時(shí)接頭處的變