免疫多樣性的分子機(jī)制

關(guān)于免疫多樣性的分子機(jī)制第一節(jié)免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白第二節(jié)免疫球蛋白基因的重組和體細(xì)胞突變第三節(jié)免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)基因第四節(jié)T細(xì)胞抗原受體基因第2頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白第3頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一、免疫系統(tǒng)1、組成：免疫反應(yīng)的互補(bǔ)系統(tǒng)體液免疫系統(tǒng)：針對細(xì)菌、胞外病毒和外來蛋白細(xì)胞免疫系統(tǒng)：破壞被病毒感染的宿主細(xì)胞、某些寄生物和外來的移植組織涉及細(xì)胞淋巴細(xì)胞（lymphocyte）：造血干細(xì)胞通過對外來物質(zhì)特異的模受體識別抗原

B、T淋巴細(xì)胞巨噬細(xì)胞：組織特異，來源于骨髓干細(xì)胞吞噬大顆粒和細(xì)胞、抗原呈遞細(xì)胞第4頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2、B、T細(xì)胞（1）B細(xì)胞：?bonemarrow中完成發(fā)育?表達(dá)獨(dú)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(xì)胞：長壽表達(dá)與親代細(xì)胞具有同一結(jié)合特性抗體b)

效應(yīng)細(xì)胞：漿細(xì)胞，存活幾天產(chǎn)生分泌型的可溶性抗體?B細(xì)胞受體單獨(dú)識別抗原但需要TH細(xì)胞提供信號才能分泌抗體第5頁,共42頁，2024年2月25日，星期天（2）T細(xì)胞：

?遷移到thymusgland中完成后期發(fā)育?表達(dá)抗原特異的膜受體－－T細(xì)胞受體異二聚體αβ或γδ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(xì)胞各種效應(yīng)T細(xì)胞?兩種：T助細(xì)胞或TH細(xì)胞（helperTcell）激活后分泌淋巴因子激活B、Tc和吞噬細(xì)胞等

T胞毒細(xì)胞或Tc細(xì)胞（cytotoxicTcell）監(jiān)視病毒感染細(xì)胞、腫瘤和外來移植組織?T細(xì)胞識別與MHC結(jié)合的抗原

MHCmajorhistocompatibilitycomplex第6頁,共42頁，2024年2月25日，星期天（3）免疫反應(yīng)分類?體液免疫反應(yīng)依賴于B細(xì)胞，由分泌抗體（Ig）來介導(dǎo)第7頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?細(xì)胞免疫反應(yīng)第8頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二、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(diǎn)高度特異性、龐大多樣性第9頁,共42頁，2024年2月25日，星期天L鏈（214aa）－－VL、CLκ和λ兩種，對一個Ig唯一H鏈（426aa）－－VH、

CH1、CH2、CH3恒定區(qū)的序列有γ、α、μ、δ和ε五種類型VL和VH內(nèi)有高變區(qū)－－真正抗原結(jié)合部位負(fù)責(zé)抗體分子對抗原的識別互補(bǔ)決定區(qū)－－CDRIgG、IgA、IgM、IgD和IgE（人體）第10頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)免疫球蛋白基因的重組

和體細(xì)胞突變第11頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

一、免疫球蛋白基因的組織?Ig基因有三個獨(dú)立的基因家族分別編碼兩個輕鏈（κ和λ）、一個重鏈（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

L－－leadersegmentV－－variablesegmentJ－－jioningsegmentC－－constantsegment?重鏈家族：L、V、D、J、C五類片段

D－－diversitysegment高變區(qū)?J和C之間有增強(qiáng)子?種系中基因數(shù)目變動較大第12頁,共42頁，2024年2月25日，星期天FamilyVGenesCGenesManMouseManMouseLambda<3002>64Kappa<300~100011Heavy~300>100098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）第13頁,共42頁，2024年2月25日，星期天λ家族V基因后跟隨著幾個以J片段作為前導(dǎo)的C基因第14頁,共42頁，2024年2月25日，星期天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基因第15頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二、免疫球蛋白基因形成過程中的重組機(jī)制?除淋巴細(xì)胞外，所有細(xì)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(xì)胞在分化為成熟B淋巴細(xì)胞時出現(xiàn)免疫球蛋白基因的體細(xì)胞重排?即－－淋巴細(xì)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)

－－抗體分子的多樣性第16頁,共42頁，2024年2月25日，星期天1、輕鏈基因V和J片段的重組a）λ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)第17頁,共42頁，2024年2月25日，星期天b）κ鏈的重組?κ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)元第18頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?重鏈的可變區(qū)由V和J基因及第三個

D基因片段編碼?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片段的重組第19頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?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片段提供第20頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?一個指定的B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生λ、κ其中之一輕鏈同重鏈結(jié)合?輕鏈中表現(xiàn)為同型性項(xiàng)斥（isotypicexclusion）往往只有κ鏈基因重組失敗，才發(fā)動λ鏈基因重組?抗體中大部分輕鏈?zhǔn)铅舒?，λ鏈往往占少部分人類有約60%的輕鏈?zhǔn)铅舒湥s40%為λ鏈。老鼠有95%的B細(xì)胞表達(dá)κ類型的輕鏈?單特異性－－單個B細(xì)胞只產(chǎn)生一種抗體基因?淋巴細(xì)胞為二倍體－－H、κ和λ都有兩個等位基因－－－重組表現(xiàn)為等位基因排斥（allelicexclusion）第21頁,共42頁，2024年2月25日，星期天3、重組的分子機(jī)制?利根川進(jìn)（TonegawaS）1987Nobelprize1）重組位點(diǎn)?輕重鏈重組涉及相同的機(jī)理（特異位點(diǎn)）?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－－ACAAAAACC第22頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?輕鏈中：κ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)

λ鏈(間隔序列12、23)第23頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2）重組機(jī)制?涉及鏈的斷裂和重接?重組酶基因rag(recombinationactivatinggene)

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－－－12－23規(guī)則第24頁,共42頁，2024年2月25日，星期天VLLVVL9Nt9Nt12Nt23Nt7Nt7NtVJ

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多樣性第25頁,共42頁，2024年2月25日，星期天b)RAG1/RAG2復(fù)合物切開七核苷酸與基因接頭處的一條鏈（3‘－OH、

5’－P）c)基因片段末端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)游離3’－OH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）第26頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?連接位點(diǎn)不同－－導(dǎo)致Ig的多樣性第27頁,共42頁，2024年2月25日，星期天3)V基因只有和C連接后才有活性?涉及啟動子和增強(qiáng)子的作用?V-C連接后V的啟動子接近增強(qiáng)子后才有活性?增強(qiáng)子只在B細(xì)胞內(nèi)才有活性（組織…）第28頁,共42頁，2024年2月25日，星期天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(jìn)一步的重排第29頁,共42頁，2024年2月25日，星期天三、體細(xì)胞突變?在體細(xì)胞原型球蛋白基因序列上發(fā)生的單個堿基突變?λ、κ輕鏈和重鏈都發(fā)現(xiàn)有體細(xì)胞突變第30頁,共42頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)：產(chǎn)生抗體多樣性的機(jī)制a）性細(xì)胞內(nèi)含有多個V基因b）

V-J和V-D-J的重組c）重組部位的差異性d）體細(xì)胞突變e）重鏈和輕鏈的隨機(jī)重組★各種機(jī)制相伴隨,因此Ig多樣性以乘積的方式增加第31頁,共42頁，2024年2月25日，星期天L（

）

300(V)×5(J)＝1500（L(

)）H

n×100(V)×20(Ddiversity)×4(J)×10(C)

＝n×80000L

V-L多位點(diǎn)連接10

HV-L多位點(diǎn)連接100Ig種類

1500×80000×10×100＝n×12×1010遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于抗原的種類（數(shù)百萬種）第32頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)免疫球蛋白重鏈

恒定區(qū)基因第33頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?B細(xì)胞分化之出,輕重鏈重排后經(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(xì)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(xì)胞－－－漿細(xì)胞分泌大量單特異性的抗體第34頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一、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)－－switchregionS區(qū)－－－每個C片段的5’端（δ除外）?成熟的抗體形成細(xì)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(xì)胞同時產(chǎn)生兩種以上Ig－－通過選擇性拼接（不同的加尾位點(diǎn)）第35頁,共42頁，2024年2月25日，星期天?C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)