抗體、基因重排及B細胞發(fā)育

關(guān)于抗體、基因重排及B細胞發(fā)育獲得性免疫系統(tǒng)的“五項基本原則”2Oneclone，onereceptor3Clonalselectionandexpansion4Clonaldeletionandself-tolerance1Lymphocytesandlymphoidorgans5Antigenprocessingandpresentation（MHC）第2頁,共49頁，2024年2月25日，星期天ThreeTopicsDiversitySpecificityMemoryAdaptiveImmunityThreeRepresentatives

MHCAntibodiesTCRs第3頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-1ImmunoglobulinandAntibody(抗體分子與免疫球蛋白）第4頁,共49頁，2024年2月25日，星期天a1a2bg白蛋白球蛋白（c）（a）（b）對健康人用疫苗進行主動免疫，免疫前（a）和免疫后10天（b）分別采血并對血清蛋白進行凝膠電泳分析。免疫前血清中的g球蛋白條帶較寬，免疫之后則相對集中。Bruton氏病患者血清蛋白中的g

球蛋白條帶缺失（c）。DiversityofAb(抗體分子的多樣性)第5頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Diversity-DifferentClassesandSubclassesIgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgdDiversity-DifferentSequencesandSpecificity第6頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

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位置上氨基對來自不同B細胞克隆的Ig輕鏈氨基酸序列進行比較，發(fā)現(xiàn)V區(qū)的變化主要集中在3個分別由6－10個氨基酸殘基組成的狹小區(qū)域內(nèi)。這3個區(qū)又被稱作高可變區(qū)或互補決定區(qū)（CDR），參與抗原結(jié)合部位的組成。第7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-2BasicStructureofAbMolecules

抗體分子的基本結(jié)構(gòu)第8頁,共49頁，2024年2月25日，星期天IgG分子由兩條H鏈和兩條L鏈共價結(jié)合而成。輕鏈包括VL和CL兩個結(jié)構(gòu)域，重鏈含有1個VH和3個CH

結(jié)構(gòu)域。VH和VL共同組成抗原結(jié)合部位。Ig分子中線對稱，具有兩個相同的抗原結(jié)合部位。第9頁,共49頁，2024年2月25日，星期天胃蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFcF(ab′)2Fab

抗體分子的酶切片段木瓜蛋白酶作用于IgG分子重鏈間二硫鍵的N端側(cè)，將其裂解為Fab段和Fc段。胃蛋白酶則切在該二硫鍵之C端側(cè)，產(chǎn)生F(ab’)2和pFc段。第10頁,共49頁，2024年2月25日，星期天RodneyPorter1917-1985NobelPrizein1972GeraldEdelman1929--NobelPrizein1972第11頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220

5040302010

0CDR1CDR2CDR3

抗體分子的多樣性酸殘基的變異率相應位置上氨基DiversityandSpecificity第12頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

COOHCDR3HV4NH2CDR1CDR2抗體分子的抗原結(jié)合部位第13頁,共49頁，2024年2月25日，星期天抗原B細胞表位

抗體CDR表位AbAg第14頁,共49頁，2024年2月25日，星期天“Ig-likeDomain(Ig樣結(jié)構(gòu)域)”第15頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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受體gdeMHC-IMHC-IIb2m免疫球蛋白（IgM）TCRIga/bIg分子超家族的成員多數(shù)為細胞膜表面分子。圖中顯示的是Ig分子超家族的一些主要成員及其分子結(jié)構(gòu)。第16頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-3五類抗體分子的主要特點IgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgd第17頁,共49頁，2024年2月25日，星期天IgG

分子的四種亞型IgG1IgG4IgG3IgG2

g1，g2，g3和g4等Igg

鏈分別參與組成IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等分子。IgG3的鉸鏈區(qū)最長，IgG2鉸鏈區(qū)較短。四種亞類的IgG分子在血清中的濃度不同，所發(fā)揮的生物學特性亦不相同。第18頁,共49頁，2024年2月25日，星期天IgMJ鏈IgM

抗體結(jié)構(gòu)分泌型IgM膜型IgMsIgM

IgaIgbIgaIgb第19頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

IgE分子的結(jié)構(gòu)第20頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

IgD分子的結(jié)構(gòu)第21頁,共49頁，2024年2月25日，星期天J鏈分泌鏈IgAdimer第22頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共49頁，2024年2月25日，星期天GODGenerationofDiversity7-4IgandTCRGeneRearrangement第24頁,共49頁，2024年2月25日，星期天外顯子1內(nèi)含子RNA轉(zhuǎn)錄本mRNA

蛋白質(zhì)多肽鏈基因1基因2基因3基因4外顯子2外顯子4外顯子3內(nèi)含子內(nèi)含子

染色體DNA

完整基因基因的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄與翻譯第25頁,共49頁，2024年2月25日，星期天V3VnJ1J2J3J4V1V2CJ5前B細胞DNAV1V2V3VnJ3J1J2J4CJ5基因重排J5CRNA剪切V2J4VLCLV1V2J4CJ5成熟B細胞DNA初級轉(zhuǎn)錄本V1V2J4CJ5J4V2CmRNA第26頁,共49頁，2024年2月25日，星期天LVHCm1.胚系基因2.基因重排3.重排基因4.RNA轉(zhuǎn)錄本5.mRNA剪切6.成熟mRNA7.Igm前體多肽V1

V2V3Vn

D1D2

D3Dn

J1J2J3J4Cm

Cd

CgCe

CaV1

V2D2

J3J4CmCd

CgCe

CaV1V2D2J3J4CmCdCgCe

CaV2D2J3J4CmCdV2D2J3CmCdV2D2J3

CdCmJ4J4V2D2J3CmV2D2J3CdLVHCd

Ig重鏈基因重排

第27頁,共49頁，2024年2月25日，星期天SusumuTonegamaNobelPrize1987第28頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-4 Ig基因及其重排VVVVVVVVJJJJJK

著絲粒

VVVV

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

基因結(jié)構(gòu)

IGH（位于染色體14q32）

IGK（位于染色體2p12-p11）

>1.85Mb0.85Mb多于90個IGKV5個IGKJ

IGKC11個IGKVorphonsIGL（位于染色體22q11）

60個IGLV

800Kb14Kb60Kb670Kb30Kb150Kb7個IGLJ與7個IGLC交替排列3個IGLL基因座第29頁,共49頁，2024年2月25日，星期天IGH基因群包括95個V（50個是功能基因）、32個D、6個J以及以及9個C基因片段。其中23個D片段位于V片段之間。IGHC基因按照如下順序排列：IGHM、IGHD、IGHG3、IGHG1、IGHA1、IGHG2、IGHG4、IGHE、IGHA2。IGL基因組包括60個V（30個是功能基因，20個為假基因）、7個J基因片段和7個C區(qū)基因（3個假基因）。人IGK基因群包括70個V（約半數(shù)為假基因）、5個J基因片段和1個C區(qū)基因。第30頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7核苷酸CACAGTGACAAAAACC12V23VCACAGTGGGTTTTTGT23V121223J12J23JD

Ig基因的重信號序列IGKIGLIGH9核苷酸9核苷酸7核苷酸V、D和J基因片段兩端的重組信號序列按圖中所示方式組成，以保證V、（D）、J之間的正確重排。第31頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Ig

基因重排序列CCAAAAACAGGTTTTTGTD4D3D23J1CACTGTGCTGACACD1D2J2J3C5'3'剪切12bp23bp一個IGHD（如IGHD2）和一個IGHJ（如IGHJ2）基因片段通過其兩側(cè)的23bp-RSS和12bp-RSS被拉攏在一起。它們之間的DNA片段形成環(huán)狀并被剪除，IGHD2和IGHJ2之間被修復酶連接在一起。第32頁,共49頁，2024年2月25日，星期天HeavychaindiversitycreatedbyvariablerecombinationAATAGAGATAGAGATGAGGCGTACACTGGTGTAATACACTGGTGTAAGACACTGGTGTAAACCTGGTGTACCGTGTACGTGACGTTTGTACCCAspArgArgArgAsnAspAspAspTyrTyrTryTryTryGlyGlyGlyAsnSerSerTyrTyrTrpTrpGlySerTyrPheTyrSerThrJHVHDS107M603M167S107M603M167第33頁,共49頁，2024年2月25日，星期天LightchaindiversitycreatedbyvariablerecombinationCCCCCCTGGCCCTGGProTrpProteinRecombinedDNAGermlineDNACCCCCCTGGCCCCGGProArgCCCCCCTGGCCCCCGProPro第34頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Generationofantibodydiversity1multiplegenesDNAV-regionproteins4mutation2variablerecombination3nucleotideadditionV1V3V4V2V5V6VnVmutationVVVJ1J2JnJ2VVJ1J2JnJ2nucleotidesIg基因的體細胞高頻突變與抗體分子的親和力成熟第35頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-5Classswitching5’3’LVH1LVHnDH1DH7DH13JH

5’

LVH1LVH201LVHnDH1DHDHJHCμCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa

CμCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa3’3’5’LVH1LVH200LVDJJHCμCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa5’3’LVDJJHCμCd第37頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Maturationoftheimmuneresponseandclass-switchingcmcdcg3VJCg3DVJDPrimarytranscriptV-D-JcmmRNAPrimarytranscriptV-D-JCg3mRNACmCdLostgenesIgMmaturationIgG第38頁,共49頁，2024年2月25日，星期天LVHCg

V2D2J3J4

CgV2D2J3CgV2D2J3CgV1

V2D2J3J4

CgCe

CaV2D2J3J4CmCd

CgV2D2J3Cg1.重排基因2.DNA再次重排3.RNA轉(zhuǎn)錄本4.mRNA剪切5.成熟mRNA6.Igg前體多肽V1

V2D2J3J4CmCdCgCe

Ca

Ig分子類別轉(zhuǎn)換的機理AB第39頁,共49頁，2024年2月25日，星期天抗體分子的類別轉(zhuǎn)換---DNA再次重排

VDJSm

IGHMSg

IGHGSe

IGHE

VDJSmSe

IGHE再次重排副產(chǎn)物再次重排IGH

基因+IL-4+CD40L重排IGH基因SgIGHGSmSeIGHM

類別轉(zhuǎn)換機制VDJ下游的IGHM、IGHD、IGHG等基因片段被剪除后，VDJ基因片段直接與IGHE相連，所產(chǎn)生的基因編碼IgE分子重鏈。第40頁,共49頁，2024年2月25日，星期天V-D-JdV-D-JmdPloyAPloyAV-D-JmIgDmRNAIgMmRNAPrimaryRNAtranscript抗體分子的類別轉(zhuǎn)換---RNA替代剪切第41頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

LVDJCm2Cm3Cm4SM1M2DNAPolyAPolyAIgmsmRNAIgmmmRNA分泌型與膜型IgM的產(chǎn)生膜型

分泌型Ig重鏈C區(qū)基因的3端含有編碼疏水性跨膜區(qū)的兩個外顯子（M1、M2）及多腺苷酸化位點（PA）。mRNA轉(zhuǎn)錄本的替代剪切產(chǎn)生兩種不同的mRNA，帶有M1和M2外顯子序列者指導膜型Igm的合成，M1和M2序列被剪除者指導分泌型Igm鏈的合成。第42頁,共49頁，2024年2月25日，星期天secreted(ms)membrane(mm)MembraneandsecretedIgM第43頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-6 B細胞發(fā)育表達Pre-BCR的B細胞表達sIgM的未成熟B