免疫多样性产生的机制.ppt

第十二章第十二章 免疫多样性产生的机制免疫多样性产生的机制第一节第一节 免疫系统和免疫球蛋白免疫系统和免疫球蛋白第二节第二节 免疫球蛋白基因的重组和体细胞突变免疫球蛋白基因的重组和体细胞突变第三节第三节 免疫球蛋白重链恒定区基因免疫球蛋白重链恒定区基因第四节第四节 T T细胞抗原受体基因细胞抗原受体基因第一节第一节 免疫系统和免疫球蛋白免疫系统和免疫球蛋白一、一、 免疫系统免疫系统1 1、组成：、组成：免疫反应 的互补系统体液免疫系统：针对细菌、胞外病毒和外来蛋白细胞免疫系统：破坏被病毒感染的宿主细胞、某 些寄生物和外来的移植组织涉及细胞淋巴细胞（lymphocyte）：造血干细胞 通过对外来物质特异的模受体模受体识别抗原 B B、、T T淋巴细胞淋巴细胞巨噬细胞：组织特异，来源于骨髓干细胞 吞噬大颗粒和细胞、抗原呈递细胞2 2、、B B、、T T细胞细胞（1）B细胞：◘ bone marrow中完成发育◘ 表达独特的抗原膜结合受体抗原膜结合受体----------一种抗体分子一种抗体分子◘ 遇到抗原迅速分裂成子代： a) 记忆细胞：长寿 表达与亲代细胞具有同一结合特性抗体b)b) 效应细胞：浆细胞，存活几天效应细胞：浆细胞，存活几天 产生分泌型的可溶性抗体产生分泌型的可溶性抗体◘ B细胞受体单独识别抗原 但需要TH细胞提供信号才能分泌抗体（2）T细胞： ◘ 迁移到thymus gland中完成后期发育◘ 表达抗原特异的膜受体－－抗原特异的膜受体－－T T细胞受体细胞受体 异二聚体 αβ或γδ两条蛋白链◘ 受与MHC结合的抗原刺激激活分化成： 记忆T细胞 各种效应T细胞◘ 两种：T助细胞或TH细胞（helper T cell） 激活后分泌淋巴因子激活B、Tc和吞噬细胞等 T胞毒细胞或Tc细胞（cytotoxic T cell） 监视病毒感染细胞、肿瘤和外来移植组织◘ T细胞识别与MHC结合的抗原 MHC major histocompatibility complex（3）免疫反应分类◘ 体液免疫反应 依赖于B细胞，由分泌抗体 （Ig）来介导◘ 细胞免疫反应二、二、 免疫球蛋白（免疫球蛋白（ Immunoglobulin ））可溶性的血清糖蛋白－－－Ig1 1、结构：、结构：非共价键和二硫键连接的轻、重链两者均含可变区或V区－－N端和恒定区或C区－－C端◘ 两大特点高度特异性、庞大多样性L链（214aa）－－VL、CLκ和λ两种，对一个Ig唯一H链（426aa）－－VH、 CH1、CH2、CH3恒定区的序列有 γ、α、μ、δ和ε五种类型VL和VH内有高变区－－真正抗原结合部位负责抗体分子对抗原的识别互补决定区－－CDRIgG、IgA、IgM、IgD和IgE （人体）第二节第二节 免疫球蛋白基因的重组免疫球蛋白基因的重组 和体细胞突变和体细胞突变 一、一、 免疫球蛋白基因的组织免疫球蛋白基因的组织◘ Ig基因有三个独立的基因家族分别编码两个轻链（κ和λ）、 一个重链（小鼠 6、16和12号染色体）◘ 轻链基因家族的组成：L、V、J、C四类基因片段 L－－leader segment V －－variable segment J－－jioning segment C－－constant segment◘ 重链家族：L、V、D、J、C五类片段 D－－diversity segment 高变区 ◘ J J和和C C之间有增强子之间有增强子◘ 种系中基因数目变动较大 FamilyV GenesC GenesManMouseManMouseLambda<3002>64Kappa<300~100011Heavy~300>100098人的重链基因簇包括了所有组织重链的基因信息人的重链基因簇包括了所有组织重链的基因信息（重链恒定区九种（重链恒定区九种C C片段、两个假基因）片段、两个假基因）λ家族V基因后跟随着几个以J片段作为前导的C基因k k家族（人和老鼠）的组成：家族（人和老鼠）的组成： V V 基因（人基因（人<300、鼠～、鼠～1000 ）、）、5 5个个 J J（一个假基因）、（一个假基因）、 1 1个个 C C基因基因二、二、 免疫球蛋白基因形成过程中的重组机制免疫球蛋白基因形成过程中的重组机制◘ 除淋巴细胞外，所有细胞免疫球蛋白基因簇的结构都是 相同的－－种系结构◘ 骨髓干细胞在分化为成熟骨髓干细胞在分化为成熟B B淋巴细胞时出现免疫球蛋白淋巴细胞时出现免疫球蛋白 基因的体细胞重排基因的体细胞重排◘ 即－－淋巴细胞中重组产生活性基因使免疫系统为基因组 的改变提供了广泛的基础 －－抗体分子的多样性－－抗体分子的多样性1 1、轻链基因、轻链基因V V和和J J片段的重组片段的重组 a） λ链的重组◘ 每个C片段前有 J跟随◘ 只发生一次重组 在V和J-C之间 (V和J的重组) b） κ链的重组◘ κ基因簇只有一个C◘ V与C之间 5个J（一个假基因）◘ 用到的每个 J都可以成为 V的外元终端◘ 整合J左边 的缺失掉 右边的拼接过程中作为内元◘ 重链的可变 区由V和J基 因及第三个 D基因片段 编码◘ 重链的可变 区重组有两 个阶段 D-J重组、 VH和DJ重组2 2、重链基因、重链基因V V、、D D和和J J片段的重组片段的重组◘ 所有V基因的组织结构上很类似 a）第一个外元编 码信号序（用于膜的黏附）b）第二个编码 可变区自身的 主要部分c）其他部分由 D片段（只对H家族）和一条J片段提供◘ 一个指定的B淋巴细胞产生λ、κ其中之一轻链同重链结合◘ 轻链中表现为同型性项斥（isotypic exclusion） 往往只有κ链基因重组失败，才发动λ链基因重组◘ 抗体中大部分轻链是κ 链，λ链往往占少部分 人类有约60%的轻链是κ链，约40%为λ链。

老鼠有95% 的B细胞表达κ类型的轻链◘ 单特异性单特异性－－单个B细胞只产生一种抗体基因◘ 淋巴细胞为二倍体－－H、κ和λ都有两个等位基因 －－－重组表现为等位基因排斥（allelic exclusion）3 3、重组的分子机制、重组的分子机制◘ 利根川进（Tonegawa S） 1987 Nobel prize 1） 重组位点◘ 轻重链重组涉及相同的机理（特异位点）◘ V下游、J上游、D两侧存在保守的重组信号序列（RSS）◘ RSS: 共同的回文七核苷酸－－CACAGTG（与基因连接） 固定长度的间隔序列－－12bp或23bp 共同的富含A的九核苷酸－－ACAAAAACC◘ 轻链中：κ链V下游与J上游的RSS方向相反 (间隔序列12、23)◘ D下游和J上游的RSS也有同样关系（12、23）◘ 重链中：V下游与D上游的RSS方向相反(间隔序列23、12) λ链(间隔序列12、23) 2） 重组机制◘ 涉及链的断裂和重接◘ 重组酶基因 rag(recombination activating gene) 编码蛋白质RAG1和RAG2◘ RAG1和RAG2识别RSS之间所形成的二级结构◘ 重组只发生在间隔为重组只发生在间隔为12bp12bp与与23bp23bp的不同的不同RSSRSS之间之间 －－－－－－1212－－2323规则规则V LL VV L9Nt 9Nt12Nt 23Nt7Nt 7NtV J La) RAG1/RAG2识别的二级 结构◘ 不同的V片段与J-C的重组 （H链 V与D、D与J-C） －－导致Ig多样性b) RAG1/RAG2复 合物切开七核苷酸 与基因接头处的一 条链（3‘－OH、 5’－P）c) 基因片段末端形成 发夹结构 游离3’－OH攻击 另一条链的酯键 （双链断裂）d) 连接反应导致序列 的变化－插入、缺失 （影响编码蛋白）◘ 连接位点不同－－ 导致Ig的多样性3) V基因只有和C连接 后才有活性◘ 涉及启动子和增强子 的作用◘ V-C连接后V的启动子 接近增强子后才有活 性◘ 增强子只在B细胞内 才有活性（组织…）4) 重排中的等位相斥◘ 轻、重链中都涉及◘ Ig0－未经重排的种 系构型 Ig－－无效基因 Ig+－有效基因◘ 活性链的生成抑制 了进一步的重排三、体细胞突变三、体细胞突变◘ 在体细胞原型球蛋白基因序列上发生的单个碱基突变◘ λ、κ轻链和重链都发现有体细胞突变总结：产生抗体多样性的机制总结：产生抗体多样性的机制 a a）） 性细胞内含有多个V基因 b b）） V-J和V-D-J的重组 c c）） 重组部位的差异性d d）） 体细胞突变 e e）） 重链和轻链的随机重组 ★ ★ 各种机制相伴随各种机制相伴随, ,因此因此IgIg多样性以乘积的方式增加多样性以乘积的方式增加L（（ ）） 300 (V) × 5(J) ＝＝ 1500 （（ L( ) ））H n × 100(V) × 20(D diversity) × 4(J) × 10(C) ＝＝ n × 80000 L V-L 多位点连接多位点连接 10 H V-L 多位点连接多位点连接 100Ig 种类种类 1500 × 80000 × 10 × 100 ＝＝ n × 12 × 1010远远多于抗原的种类（数百万种）远远多于抗原的种类（数百万种）第三节第三节 免疫球蛋白重链免疫球蛋白重链 恒定区基因恒定区基因◘ B细胞分化之出,轻重链重排后经转录和拼接加工成成熟 mRNA后翻译成免疫球蛋白－－膜型－－IgM、IgD◘ 成熟B细胞经抗原刺激－－－分泌型抗体IgM 再次抗原刺激后第二次重排 －－出现重链基因改变恒定区（C片段），即类型转换类型转换 抗原特异性不变－－－－IgG 或 IgA 或 IgE◘ 类型转换后的B细胞－－－浆细胞 分泌大量单特异性的抗体一、一、 免疫球蛋白重链恒定区基因免疫球蛋白重链恒定区基因2、重链基因C片段的转换发生在转换区－－switch region S区－－－每个C片段的5’端（δ除外）◘ 成熟的抗体形成细胞－－－使用同一系列的可变区基因， 通过C区变化转变抗体类型(可能与染色体间的交换有关)1、一个细胞同时产生两种以上Ig－－通过选择性拼接 （不同的加尾位点）◘ C区导致的抗体类型的转换二、二、 膜型和分泌型球蛋白的产生膜型和分泌型球蛋白的产生◘ 通过C区基因不同方式 的转录而产生的 免疫球蛋白产生的总结图免疫球蛋白产生的总结图1 1、、D→JD→J重组重组重链重链2 2、、V→DJV→DJ重组重组3 3、、VDJVDJ－－μδμδ转录转录4 4、翻译、翻译μμ和和δδ轻链轻链5 5、、V→JV→J重组重组6 6、转录、转录VJVJ－－κ κ 或或 VJ VJ－－λλ7 7、翻译、翻译 κ κ 或或 λλ8、膜、膜IgM 膜膜IgD9、分泌型、分泌型IgM第一次抗原第一次抗原T依赖抗原抗原、依赖抗原抗原、TH10、换成、换成IgG 或或 IgA 或或 IgE第四节第四节 T T细胞抗原受体基因细胞抗原受体基因◘ T细胞抗原受体－－抗原受体－－TCRTCR的抗原抗原—MHC—MHC结合部位结合部位由四组不 同的基因编码：α和β、 γ和δ◘ TCR基因重排和Ig的重链重 排十分相似◘ TCR的δ基因位于α基因座的 内部◘ TCR多样性的程度： V、D和J的重组 连接部位的差异 多个D区的存在本本章章结结束束!!复习题1、免疫球蛋白基因的组织形式如何？2、免疫球蛋白轻重链基因中的V基因表达机制3、免疫球蛋白轻重链基因的重组机制4、免疫球蛋白多样性产生的机制。