抗体、基因重排及B细胞发育

AntibodyMolecules,TheirGenesandBCellDevelopment抗体分子、基因和B细胞发育Chapter7获得性免疫系统的“五项基本原则”2Oneclone，onereceptor3Clonalselectionandexpansion4Clonaldeletionandself-tolerance1Lymphocytesandlymphoidorgans5Antigenprocessingandpresentation（MHC）ThreeTopicsDiversitySpecificityMemoryAdaptiveImmunityThreeRepresentativesMHCAntibodiesTCRs7-1ImmunoglobulinandAntibody(抗体分子与免疫球蛋白）a1a2bg白蛋白球蛋白（c）（a）（b）对健康人用疫苗进行主动免疫，免疫前（a）和免疫后10天（b）分别采血并对血清蛋白进行凝胶电泳分析。免疫前血清中的g球蛋白条带较宽，免疫之后则相对集中。Bruton氏病患者血清蛋白中的g球蛋白条带缺失（c）。DiversityofAb(抗体分子的多样性)Diversity-DifferentClassesandSubclassesIgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgdDiversity-DifferentSequencesandSpecificity010203040506070809010011012013014015016017018019020021022050403020100CDR1CDR2CDR3抗体分子的多样性Igl链的氨基酸序列酸残基的变异率相应位置上氨基对来自不同B细胞克隆的Ig轻链氨基酸序列进行比较，发现V区的变化主要集中在3个分别由6－10个氨基酸残基组成的狭小区域内。这3个区又被称作高可变区或互补决定区（CDR），参与抗原结合部位的组成。7-2BasicStructureofAbMolecules抗体分子的基本结构IgG分子由两条H链和两条L链共价结合而成。轻链包括VL和CL两个结构域，重链含有1个VH和3个CH结构域。VH和VL共同组成抗原结合部位。Ig分子中线对称，具有两个相同的抗原结合部位。胃蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFc抗体分子的酶切片段木瓜蛋白酶作用于IgG分子重链间二硫键的N端侧，将其裂解为Fab段和Fc段。胃蛋白酶则切在该二硫键之C端侧，产生F(ab’)2和pFc段。010203040506070809010011012013014015016017018019020021022050403020100CDR1CDR2CDR3抗体分子的多样性酸残基的变异率相应位置上氨基DiversityandSpecificityCOOHCDR3HV4NH2CDR1CDR2抗体分子的抗原结合部位抗原B细胞表位抗体CDR表位Ag“Ig-likeDomain(Ig样结构域)”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--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受体gdeMHC-IMHC-IIb2m免疫球蛋白（IgM）TCRIga/bIg分子超家族的成员多数为细胞膜表面分子。图中显示的是Ig分子超家族的一些主要成员及其分子结构。7-3五类抗体分子的主要特点IgMIgmIgGIggIgAIgaIgEIgeIgDIgdIgG分子的四种亚型IgG1IgG4IgG3IgG2g1，g2，g3和g4等Igg链分别参与组成IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等分子。IgG3的铰链区最长，IgG2铰链区较短。四种亚类的IgG分子在血清中的浓度不同，所发挥的生物学特性亦不相同。IgMJ链IgM抗体结构分泌型IgM膜型IgMsIgMIgaIgbIgaIgbIgE分子的结构IgD分子的结构J链分泌链IgAdimer表7-1人抗体分子的特性抗体类别IgGIgAIgMIgDIgE重链类别gamde重链亚类ggggaa轻链类别和l和l和l和l和l分子式gl2或g2al2或al2)5SCJa2或a2)5SCJml2)5J或m2)5Jdl2或d2el2或e2分子量（kDa）150160或400900180190固定补体能力+0++++00血清浓度(mg/100ml)100020012030.05血清半衰期(天)236532穿过胎盘＋0000肥大细胞和嗜碱性细胞脱颗粒？000++++裂解细菌能力+++++??抗病毒能力+++++??GODGenerationofDiversity7-4IgandTCRGeneRearrangement外显子1内含子RNA转录本mRNA蛋白质多肽链基因1基因2基因3基因4外显子2外显子4外显子3内含子内含子染色体DNA完整基因基因的结构、转录与翻译V3VnJ1J2J3J4V1V2CJ5前B细胞DNAV1V2J4CJ5基因重排J5CRNA剪切V2J4VLCLV1V2J4CJ5成熟B细胞DNA初级转录本V1V2J4CJ5J4V2CmRNALVHCm1.胚系基因2.基因重排3.重排基因4.RNA转录本5.mRNA剪切6.成熟mRNA7.Igm前体多肽V1V2V3VnD1D2D3DnJ1J2J3J4CmCdCgCeCaV1V2D2J3J4CmCdCgCeCaV1V2D2J3J4CmCdCgCeCaV2D2J3J4CmCdV2D2J3CmCdV2D2J3CdCmJ4J4V2D2J3CmV2D2J3CdLVHCdIg重链基因重排SusumuTonegamaNobelPrize19877-4Ig基因及其重排VVVVVVVVJJJJJK着丝粒VVVVVVVPREB1VVJ1L1J2L2J3L3J4L4J5L5J6L6J7L7IGLL1IGLL2IGLL3VVDDDDVVDDDDJJJJMDG3G1EP1A1GPG2G4E1A295个IGHV23个IGHD9个IGHD9个IGHJ11个IGHC900kb240Kb22Kb35Kb300Kb免疫球蛋白基因结构IGH（位于染色体14q32）IGK（位于染色体2p12-p11）1.85Mb0.85Mb多于90个IGKV5个IGKJIGKC11个IGKVorphonsIGL（位于染色体22q11）60个IGLV800Kb14Kb60Kb670Kb30Kb150Kb7个IGLJ与7个IGLC交替排列3个IGLL基因座7核苷酸CACAGTGACAAAAACC12V23VCACAGTGGGTTTTTGT23V121223J12J23JDIg基因的重信号序列IGKIGLIGH9核苷酸9核苷酸7核苷酸V、D和J基因片段两端的重组信号序列按图中所示方式组成，以保证V、（D）、J之间的正确重排。Ig基因重排序列CCAAAAACAGGTTTTTGTD4D3D23J1CACTGTGCTGACACD1D2J2J3C5'3'剪切12bp23bp一个IGHD（如IGHD2）和一个IGHJ（如IGHJ2）基因片段通过其两侧的23bp-RSS和12bp-RSS被拉拢在一起。它们之间的DNA片段形成环状并被剪除，IGHD2和IGHJ2之间被修复酶连接在一起。HeavychaindiversitycreatedbyvariablerecombinationAATAGAGATAGAGATGAGGCGTACACTGGTGTAATACACTGGTGTAAGACACTGGTGTAAACCTGGTGTACCGTGTACGTGACGTTTGTACCCAspArgArgArgAsnAspAspAspTyrTyrTryTryTryGlyGlyGlyAsnSerSerTyrTyrTrpTrpGlySerTyrPheTyrSerThrJHVHDS107M603M167S107M603M167LightchaindiversitycreatedbyvariablerecombinationCCCCCCTGGCCCTGGProTrpProteinRecombinedDNAGermlineDNACCCCCCTGGCCCCGGProArgCCCCCCTGGCCCCCGProProGenerationofantibodydiversity1multiplegenesDNAV-regionproteins4mutation2variablerecombination3nucleotideadditionV1V3V4V2V5V6VnVmutationVVVJ1J2JnJ2VVJ1J2JnJ2nucleotidesIg基因的体细胞高频突变与抗体分子的亲和力成熟IGHIGKIGLVDJ基因片段的组合VDJVxDxJ501263600605300307210IGH/IGK(IGL)3600x(300+210)=1.6x106ImpreciseJoining多样性至少增加100倍NucleotideAddition多样性增加2000倍PotentialVariation1010-1011Somatichypermutation突变频率是其它基因的百万倍以上。使抗体对抗原的亲和力增加100-1000倍。7-5Classswitching5’3’LVH1LVHnDH1DH7DH13JH5’LVH1LVH201LVHnDH1DHDHJHCµCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCaCµCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa3’3’5’LVH1LVH200LVDJJHCµCdCg3Cg1Cg2bCg2aCeCa5’3’LVDJJHCµCdMaturationoftheimmuneresponseandclass-switchingcmcdcgVJCgDVJDPrimarytranscriptV-D-JcmmRNAPrimarytranscriptV-D-JCgmRNACmCdLostgenesIgMmaturationIgGLVHCgV2D2J3J4CgV2D2J3CgV2D2J3CgV1V2D2J3J4CgCeCaV2D2J3J4CmCdCgV2D2J3Cg1.重排基因2.DNA再次重排3.RNA转录本4.mRNA剪切5.成熟mRNA6.Igg前体多肽V1V2D2J3J4CmCdCgCeCaIg分子类别转换的机理AB抗体分子的类别转换---DNA再次重排VDJSmIGHMSgIGHGSeIGHEVDJSmSeIGHE再次重排副产物再次重排IGH基因+IL-4+CD40L重排IGH基因SgIGHGSmSeIGHM类别转换机制VDJ下游的IGHM、IGHD、IGHG等基因片段被剪除后，VDJ基因片段直接与IGHE相连，所产生的基因编码IgE分子重链。V-D-JdV-D-JmdPloyAPloyAV-D-JmIgDmRNAIgMmRNAPrimaryRNAtranscript抗体分子的类别转换---RNA替代剪切LVDJCm2Cm3Cm4SM1M2DNAPolyAPolyAIgmsmRNAIgmmmRNA分泌型与膜型IgM的产生膜型分泌