免疫球蛋白及其编码基因——大学课件

,免疫球蛋白及其编码基因 Immunoglobulin and its genes,Institute for Immunobiology Department of Immunology Fudan University Center for Gene Immunization & Vaccine Research,March. 29, 2007 Shanghai, China,Sidong Xiong, Ph.D.,抗体的基本概念 抗体的结构 抗体的异质性 抗体的主要生物学特性 抗体的编码基因 抗体胚系基因的重排及机制 抗体的多样性及其机制 抗体的制备,Immunoglobulin and its genes,一、抗体的基本概念 抗原刺激B细胞产生的一类可与相应抗原特异性结合并产生各种免疫效应的糖化球蛋白，亦称免疫球蛋白 (Immunoglobulin),二、抗体的结构 1、基本结构 2、辅助结构 3、结构域(Domain),1、基本结构 1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e) 轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l) 2）分三个功能区： 可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性 绞链区(Hinge region)CH1-CH2间, 30aa,2-5链间二硫键 3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc,1、基本结构 1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e) 轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l) 2）分三个功能区： 可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性 绞链区(Hinge region)CH1-CH2间, 30aa,2-5链间二硫键 3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc,1、基本结构 1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e) 轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l) 2）分三个功能区： 可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性 绞链区(Hinge region)CH1-CH2间, 30aa,2-5链间二硫键 3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc,2、辅助结构 1）J链(Joining chain)： 20KD、10%糖、Cys、二硫键连接IgH 2）分泌片(Secretory piece,SP)： 70KD、6糖、上皮细胞合成,3、结构域(Domain) 1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体(V/C/H) 2）b-strain、b-sheet、b-barrel、immunoglobulin fold 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions),三、抗体的异质性 抗体的特异性和类型的不同，称为异质性 heterogeneity ） 不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子重链类 别和轻链型别不同 不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子识别抗 原的特异性不同 不同抗原表位诱导的同一类型的免疫球蛋白（IgG）， 其识别抗原的特异性不同,三、抗体的异质性 内源性因素 外源性因素,三、抗体的异质性 1、类型： 类(Class): 重链C区抗原性,IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 亚类(Subclass): 重链抗原性/二硫键数目位置,IgG1-4 型(Type): 轻链C区抗原性, k、l 亚型(Subtype): 轻链C区aa差异排列, l14,三、抗体的异质性 内源性因素,血清型： 同种型(Isotype)： C区决定，非遗传标志。类、亚类、型和亚型 同种异型(Allotype)： 个体等位基因，遗传标志: Gm 独特型(Idiotype, Id)： IdiotopeAnti-Id,三、抗体的异质性 外源性因素 含多种不同抗原表位的抗原刺激机体免疫系统， 导致免疫细胞的活化，产生多种不同特异性的抗体。 多样性抗原的存在是导致免疫球蛋白异质性的外源因素， 是免疫球蛋白异质性的物质基础。 抗体的这种异质性，反映出机体对抗原精细结构的识别 和应答。,四、抗体的主要特性及生物学功能 1、主要功能： 1）与相应抗原特异性结合：Fv 2）激活补体： 3）结合FcR：促吞噬(opsonization) 介导过敏 介导细胞毒(ADCC) 4）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能,2、各类抗体的特性与功能 1）IgG： 4亚类 分布广 血清含量最高 寿命长 能通过胎盘,2、各类抗体的特性与功能 2）IgM： 5单体J 链连接 最大最早 寿命断、可诊断宫内及近期感染。 SmIg: BCR，C多41aa(25aa疏水，末端3aa亲水),3）IgA： 单：血清 双：外分泌液，SIgA(J和SP),2、各类抗体的特性与功能 4）IgD： 含量低 绞链区长不稳定 与超敏反应/自身免疫病有关 SmIgD 为BCR成分， B细胞成熟标志,未成熟B细胞 成熟B细胞 活化或记忆B细胞,mIgM,mIgD,2、各类抗体的特性与功能 5）IgE； 含量少 寿命断 热敏感 亲细胞 进化最晚 含量最低 与超敏反应/寄生虫免疫有关,五、抗体的编码基因 抗体的胚系基因（germline genes） 重链：V基因片段（variable segment） D基因片段（diversity segment） J基因片段（joining segment） C基因片段(constant segment) 轻链： V基因片段（variable segment） J基因片段（joining segment） C基因片段(constant segment),抗体编码基因的染色体定位 肽链 所在染色体 基因片段及排列 人 小鼠 22q11.2 16 Vn(JC)n 2 p11-12 6C2 VnJnC H 14q32.3 12F1 VnDnJnCn,六、抗体胚系基因的重排及机制 抗体的重链胚系基因的重排 抗体的轻链胚系基因的重排 抗体胚系基因重排的机制,免疫球蛋白胚系基因状态下的V、（D）、J基因片段成簇存在，要编码完整的功能性的Ig多肽链必须在这些成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组合，这一过程之。 在V、D、J、C基因群中各选择一个基因片段，组成单个Ig的编码基因，进而转录和翻译，产生功能性Ig,基因重排（gene rearrangement）,七、抗体的多样性及其机制 （一）结构的多样性 （二）功能的多样性,抗体多样性的产生机制 组合多样性(combinatorial joining) 连接多样性(junctional flexibility) 体细胞高频突变(somatic hypermutation),人Ig多样性产生的机制,多样性机制 H l k 多胚系基因数（功能性） V 65 30 40 D 27 0 0 J 6 4 5 组合多样性 1.1X104 1.2X102 2X102 总计 11000X(120+200)=3X106 连接多样性 共100 核苷酸插入 300 / / 体细胞突变 + + +,Ig多样性数目 Ig的V区基因组合数 3.4106 连接多样性 100 核苷酸插入多样性 300 Ig的多样性总计