抗原识别受体多样性的产生和T、B淋巴细胞的发育.ppt

抗原识别受体多样性的产生 和 T、B淋巴细胞的发育,抗原识别受体多样性的产生,1. TB细胞都用其抗原识别受体识别抗原 B细胞：B cell receptor (BCR) T细胞：T cell receptor (TCR),淋巴细胞抗原识别特点：,2. 一种淋巴细胞仅表达一种抗原受体,究竟什么样的病原微生物能够突破机体的天然免疫屏障并不能预料。为了能够防御所有可能的病原微生物的感染，特异性免疫应答系统必须能够识别所有可能的外来抗原物质，因此BCR和TCR必须形成一个巨大的抗原受体库。,问题： 为什么人产生的抗体比他自身携带的总的基因数还要多？,人可以表达的抗原受体约为1012个，人的基因总数仅为35万个。,内容： 一、BCR重排的发现及BCR胚系基因结构 二、产生BCR多样性的机制 三、TCR的基因结构和多样性的产生,一、 BCR重排的发现及其胚系基因结构,BCR或抗体由可变区和恒定区组成，其多样性是由可变区决定的。,可变区多样性是怎样产生的?,抗体多样性的两种假说：,体细胞突变假说 B细胞发育过程中发生了突变，导致生成的BCR或者抗体变成许多种,基因片段重排假说 Dreyer和Bennett于1965年提出，即两个基因一条多肽链理论。他们认为BCR由两类基因片段组成，一类编码BCR的V区，一类编码BCR的C区。V区基因含有多个基因片段，只有其中一个片段与C区形成抗体。,？,Tonegawa的设想：,BCR胚系基因,经过重排的基因,重排现象的 实验证明,对小鼠胚系DNA和骨髓瘤细胞V和C基因的DNA做序列分析，发现在重排后的V区和C区基因不是直接拼接在一起的，由此发现了J (joining)基因片段和D（diversity）基因片段。,人免疫球蛋白胚系基因图,l轻链基因位于22号染色体上，k轻链基因位于2号染色体上，重链基因位于14号染色体上。 V区基因和C区基因。V、D、J基因片段。 信号肽L(leader)将各条肽链导入内质网腔后被切去。,“For his discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity“,Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1987,Susumu Tonegawa（利根川进） b.1939,二、产生BCR多样性的机制,(1) 多样性机制之一：基因片段的重排,每条编码轻链和重链可变区的基因都由数个基因片段组成。,k链：40（Vk）x 5（Jk）= 200个Vk l链：30（Vl）x 4（Jl）= 120个Vl 重链：65（VH）x 27（DH）x 6（JH）= 11000个VH,基因片段重排方式：,12/23规则(12/23 rule) 重组信号序列(recombination signal sequence, RSS): 七核苷酸12/23核苷酸的随机序列九核苷酸,k链：40（Vk）x 5（Jk）= 200个Vk l链：30（Vl）x 4（Jl）= 120个Vl 重链：65（VH）x 27（DH）x 6（JH）= 11000个VH 理论上将产生11000x(200120)=3.5x106个不同抗原特异性的抗体，实际上要少一些。因为并不是所有的V基因都以同样频率使用，并不是所有的轻链重链配对都能成功。,（2) 多样性机制之二：重链轻链随机组合,（3）多样性机制之三：基因片段结合处的变化,仅仅通过基因重排和随机组合，理论上只能产生3.5x106个不同抗原特异性的抗体，实际上抗体的数目要远远多于这个数字。,为什么CDR3高变区变化最大呢？,抗体多样性主要由CDR体现，其中CDR3在三个高变区中的变化最大。CDR1和CDR2由V区基因编码，CDR3在轻链中是由V基因片段和J基因片段的连接处编码的，在重链中是由D基因编码的。,对重排后的基因和胚系基因的核苷酸序列进行测定，发现V（D）J不是准确地连在一起的，在连接时增加和减少数个核苷酸，连接多样性(junction diversity)。 核苷酸在连接处的增加或者减少常常导致DNA的读框受到破坏，产生没有功能的抗体。,（4）多样性机制之四：体细胞突变,纯系三组BALB/c小鼠免疫抗原后对特异性抗体可变区的序列分析,抗体的亲和力成熟 (affinity maturation),（5）重排和高突变的发育控制,重排：抗体基因片段在与抗原无关的情况下装配起来，这样的抗体对抗原具有低亲和力。 体细胞突变：一旦抗原被找到了，对该抗原具有低亲和力的B细胞就会发生体细胞突变，形成高亲和力的B细胞。,三、TCR的基因结构和多样性的产生,BCR和TCR都是识别抗原，那么TCR的基因结构和多样性的产生究竟是否和BCR相似呢？,（1）TCR和BCR的相似之处,TCR结构类似免疫球蛋白，与免疫球蛋白有30-35%同源性。与BCR一样，两种TCR都含可变区和恒定区。,TCR结构与免疫球蛋白的Fab类似,TCR的基因的组成方式与免疫球蛋白基因基本一样。a链和g链基因类似轻链，有V和J基因片段。b链和d链基因类似重链，有VDJ基因片段。,TCR的胚系基因结构（ b, g链基因在第7号染色体上， a, d链基因在第14号染色体上）,TCR也是通过体细胞重排变为多样性的,TCR的重排的机制与免疫球蛋白一样，也具有7核苷酸和9核苷酸的重组识别信号，并遵守12/23碱基规则。,TCR也存在着等位排斥现象,（2）TCR和BCR的区别,TCR也具有连接多样性。因为TCR具有更多的J基因片段和更多的N区插入，TCR在连接处的变化更大。,编码TCR b链的D基因片段有两处，这样会增加其有效重排的机会,编码a链的J基因片段有多个，也会增加有效重排的机会,TCR没有分泌形式，总是膜蛋白,TCR最大的不同于BCR的地方是它不产生体细胞突变。,为什么？,T细胞仅是识别细胞结合的抗原。这些抗原局部浓度很高，不需要T细胞的亲和力通过体细胞突变增加。,成熟的T细胞不能识别自身抗原，而体细胞突变后可能会产生自身反应性。和B细胞不一样，自身反应的T细胞可以直接引起疾病，因此T细胞不应该通过体细胞突变。,TCR在很多方面与BCR非常相似，也是通过体细胞重排变为多样性的，其重排机理与BCR一样。不过TCR和BCR也有许多不同之处。二者最大的不同是T细胞不发生体细胞突变，由此避免了由体细胞突变产生自身反应性T细胞。,T细胞和B细胞的发育,内容： 一、 B淋巴细胞的发育 二、 T淋巴细胞的发育,一、B淋巴细胞的发育,B细胞的生成,B细胞发育经历4个阶段,B细胞的发育过程,B细胞的早期发育依赖于骨髓基质细胞（表达黏附分子和B细胞生长因子）,B细胞发育过程中轻链重链的重排过程,在pre-B细胞阶段，重链、Iga和Igb、由l5和VpreB组成的替代轻链形成复合物,B细胞离开骨髓经由血流进入次级淋巴器官。 B细胞需要在次级淋巴器官的滤泡中生存，可能是由滤泡树状细胞提供生存信号的。 每天小鼠新生成的B细胞大约为总B细胞库的510。B细胞库的细胞数量是基本恒定的。,B细胞的选择,如果骨髓中不成熟B细胞与骨髓基质细胞表达的自身抗原反应，那么细胞会发生凋亡或者变得没有反应性。,与成熟B细胞不同，不成熟的B细胞表面交连后会凋亡或者变得无反应性。,每天每只小鼠生成35x106个large pre-B细胞，但是仅有1020x106个B细胞在骨髓中生成，成活的B细胞仅占pre-B细胞的一半。大量的不恰当的基因重排和自身反应B细胞在骨髓中被清除掉了。,如果骨髓中B细胞免疫球蛋白基因重排产生的BCR可以识别自身抗原，则这种BCR基因被删除，取而代之的是新的重排，这种现象叫做受体修正（Receptor editing）。,受体修正的实验证明,B细胞群体的产生,B2细胞发育过程总结,三、T淋巴细胞的发育,T细胞与B细胞的发育方式很相近。 T细胞也来自骨髓干细胞，不过T细胞不是在骨髓而是在胸腺中发生基因重排并分化成熟的。 abT细胞只识别MHC分子结合的抗原肽，T细胞必须是自身抗原耐受的，这两项性质是通过阳性和阴性选择来完成的。,T细胞在胸腺中的发育,T细胞前体迁移到胸腺中发育成熟,胸腺中，不成熟的T细胞（胸腺细胞）经过重排、阳性选择和阴性选择发育成为成熟T细胞。,胸腺小叶的结构,胸腺皮质含不成熟的胸腺细胞，胸腺髓质含成熟的胸腺细胞。,上皮细胞组成的胸腺基质为胸腺细胞发育提供了微环境,T细胞前体进入胸腺，经过一个星期左右的分化，进入大量快速增殖期。 刚成年的小鼠的胸腺有12 x 108胸腺细胞，每天产生5 x 107新胸腺细胞，但是只有12 x 106细胞（大约3）离开胸腺成为成熟T细胞，约98的胸腺细胞在胸腺中凋亡了。,胸腺细胞不同分化阶段的标志,不同发育阶段的胸腺细胞处于胸腺的不同部位,a和b链的重排与胸腺细胞的发育阶段,T细胞的阳性选择和阴性选择,胸腺细胞经过阳性选择和阴性选择才能成熟,阳性选择失败的细胞仅停留在双阳性阶段，34天之后在胸腺中死亡。,成熟的T细胞在外周