《疫2015课件抗体》PPT课件.ppt

免疫球蛋白 Immunoglobulin Ig 1890年 Behring和北里在德国Koch实验室从豚鼠体内发现了第一种抗体 白喉抗毒素 从而挽救了成千上万的白喉患儿 死亡率从60 降到26 获1901年的第一届诺贝尔奖 抗体的发现 一 概述 Ig分子是机体中最神奇的 在结构上变换无穷的一类分子 它只由3个基因编码 但却产生100亿以上不同序列的蛋白质分子 应对数以亿计的病原微生物和异己分子 概念 概念 4 与Ig有关的诺贝尔奖获得者 Ig基因重排发生在B细胞Ig来源于B细胞 Ig具有基本的4肽链结构由重链及轻链组成异源二聚体 Ig基因重排是Ig表达的前提可变区具有无限的多样性 Ig是重要的免疫分子作为BCR识别抗原与发挥抗体活性 经典Ig的概念 免疫球蛋白 具有抗体活性或结构的球蛋白 抗体是免疫球蛋白 但免疫球蛋白不一定都有抗体活性 抗体 主要是B细胞在抗原刺激后 增殖分化为浆细胞所产生的能与相应抗原特异结合的糖蛋白 是体液免疫的效应分子 根据亚细胞定位Ig分为膜型及分泌型 膜型的称之为B细胞抗原识别受体 Bcellreceiptor BCR 分泌型称之为抗体 antibody B细胞分化为浆细胞 产生抗体 B细胞缺失导致外周血Ig减少 体液免疫功能低下 易感染 抗体的理化性质单体Ig的分子量为150kDa 170kDa 糖基化修饰 糖蛋白 电泳泳动位置主要为 球蛋白 对热相对稳定 IgE除外 具有高度不均一性 二 免疫球蛋白的基本结构 一 基本结构1 四肽链结构经二硫键共价结合2条重链和2条轻链 Edelman发现抗体的重链和轻链结构 抗体的结构 还原剂 分子筛还原剂 2 重链 heavychain H 轻链 lightchain L 重链 450 550aa 50 75kDa Heavychain 分为5类 gamma IgG mu IgM alpha IgA epsilon IgE delta IgD亚类 IgG1 4 IgA1 2 5类抗体的结构模式图 轻链 214aa 25kDa 根据其恒定区aa组成和排列顺序 抗原性 不同 分为2型 type 亚型 1 4 一个天然Ig上的两条轻链的型别是相同的 每个Ig只选用1个型别的轻链 或 二者功能相同 人 为2 1 小鼠 为20 1 3 蛋白酶水解片段 S S S S S S N N C L H VL CL VH CH1 CH2 CH3 木瓜蛋白酶 papain 2Fab 1Fc 胃蛋白酶 pepsin F ab 2 pFc Porter发现Ig的Fab和Fc段 抗体的特异性 轻链及重链可变区共同决定抗体的特异性 可变区 Variableregion VL N L1 2 VH N C1 4 恒定区 constantregion CL C L1 2 CH C C3 4 4 功能区和结构域 两条重链和两条轻链都可折叠为数个球形结构域或功能区 每个结构域一般具有相应的功能 1 可变区 variablregion VH VL 高变区 hypervariableregion HVR 或互补决定区 complementarydeterminingregion CDR VH和VL中直接与抗原接触结合 氨基酸组成和序列高度可变的区域 骨架区 frameworkregion FR 其余区域为骨架区 FR1CDR1FR2CDR2FR3CDR3FR4 V区 2 恒定区 constantregion CH CL区 1 CH CL 2 和 的C区长度基本一致 3 的C区包括CH1 2 3 而 则含有CH1 2 3 4 4 针对不同抗原的同一类Ig 其V区不同 但C区相同 而针对同一抗原表位的不同类Ig 其V区相同 C区不同 5 铰链区 hingeregion 1 位于CH1 CH2之间 富含Pro 2 具有柔韧性 可折叠分别形成T型和Y型3 易被蛋白酶水解 4 IgG1 2 4和IgA铰链区短 IgG3 IgD铰链区长 IgM IgE无 二 Ig的其它成分 1 J链 joinchain Jchain 1 浆细胞合成 2 富含半胱氨酸 3 连接2聚体IgA 5聚体IgM IgAJchain 2 分泌片 secretorypiece SP 1 粘膜上皮细胞合成 分泌 2 只存在于粘膜分泌型IgA中 3 作用 保护IgA免受蛋白酶降解 介导分泌型IgA从粘膜粘膜表面 IgASC 三 Ig序列的保守性 尽管Ig在进化过程中其恒定区相对保守 但不同种属间及相同种属不同个体间的相同类型Ig存在序列差异 该结构可以在不同种属间构成免疫原性 同一个体不同Ig分子之间也构成免疫原性 Ag1 Ab1 Ag2 Ab2 1 同种型 Isotype 同一种属所有个体均具有的Ig抗原 主要存在于重链和轻链的稳定区中 2 同种异型 allotype allotope 同一种属不同个体所具有的Ig抗原 主要存在于重链和轻链的稳定区中 由IgC区内一个或数个氨基酸残基的差异所致 如IgG GM1 GM2 GM3 GM4 IgA AM1 AM2 链 KM1 KM2 KM3同种异型为个体型标志 又称同种异型遗传标志 AllotypicDeterminants 三 独特型 idiotype Id 同一个体不同Ig的抗原 主要存在于Ig的V区 是指每个免疫球蛋白分子可变区肽链所具有的抗原特异性标志 独特位 5 6个 一定条件下独特型表位可刺激机体产生抗独特型抗体 这对免疫应答的调节有重要意义 Jerne的免疫网学说 Immunenetworktheory 的中心是独特型免疫调节 IdiotypicDeterminants Ig的不均一性 数十种 四 五类Ig的特性及功能 Ig分为五类 Class IgG IgM IgA IgE IgD其中IgG IgA存在亚类 Subclass IgG1 2 3 4 IgA1 2 一 IgG 单体 含量最高 半衰期20 23 可通过胎盘 一般是高亲和力抗体 是免疫功能最强的Ig分子 在免疫应答中起着激活补体 中和多种毒素的作用 是唯一能在母亲妊娠期穿过胎盘保护胎儿的抗体 主要参与抗感染免疫 可引起介导免疫病理损伤 IgG1 IgG3 IgG4可穿过胎盘屏障 在新生儿抗感染免疫中起重要作用 IgG1 IgG3可高效激活补体 并可与巨噬细胞 NK细胞表面Fc受体结合 发挥调理作用 ADCC作用等 某些自身抗体和引起二 三型超敏反应的抗体也属于IgG 二 IgM 含CH4 C 4 膜结合型 单体 BCR 分泌型 五聚体 分子最大 作用最强 结合抗原 激活补体 最早出现的抗体 个体发育 免疫应答 免疫球蛋白的进化 血清型IgM 主要参与抗感染免疫 补体依赖的细胞毒效应 比IgG强500倍 识别并杀伤肿瘤细胞 识别并清除凋亡及衰老的细胞 中和低密度脂蛋白防止动脉粥样硬化的发生 是机体的忠实卫士 三 IgA 血清型 单体 分泌型 双聚体 呼吸道 消化道 乳腺等产生 外分泌液中的主要成分 在粘膜抗感染免疫中起中和作用 初乳中含sIgA sIgA的结构 分泌型IgA的形成 IgA在肠道的免疫保护效应 四 IgD单体 主要存在于B细胞表面 mIgD mIgD是成熟B细胞的标志 五 IgE单体形式 含CH4 C 4 体内含量最低 参与抗寄生虫免疫 发挥ADCC效应 参与速发型超敏反应 4 一 识别并结合抗原 中和作用 主要功能 V区 二 活化补体 三 调理作用 四 ADCC 五 通过胎盘 IgG 和粘膜 分泌型IgA 六 免疫病理 五 抗体的生物学活性 抗体与抗原特异性结合发挥免疫效应 抗体的中和作用 neutralization 1 V区特异结合抗原 中和毒素 阻断病原入侵 2 单体Ig 2价 分泌型IgA 4价 IgM 理论价10 实际5 补体依赖的细胞毒作用 Complement dependentcytotoxity 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 Antibody dependentcellularmediatedcytotoxity ADCC 效应 调理吞噬 参与免疫病理作用 I II III型变态反应参与免疫复合物形成 Immunecomplex 六 抗体的多样性 抗体多样性 diversity 是指不同抗体的V区结构多种多样 能针对任何不同的抗原特异结合 SusumuTonegawa发现Ig的基因重排NobelPrize1987 利根川进认为 不敢冒险的人 或者只会考试得分的人 是不适合于搞科研的 科学家的最重要的才能是要有怀疑的能力 要有丰富的想象力 利根川进 日 S Tonegawa 20世纪70年代他进一步阐明了免疫球蛋白的基因结构 证实了其基因的重排和突变是抗体多样性的根据 使免疫球蛋白多样性的遗传控制找到了依据 抗体的基因结构及重排的发现 IgGeneLocation Heavy kappa lambda 人胚系基因中Ig基因片段 V片段 Variablesegment D Diversitysegment J片段 Jioningsegment 重链V区的VDJ重排 Rearrangement 轻链V区的VJ重排 重链可变区的VDJ重组 轻链基因胚系及重排后结构 68 Ig基因可变区重排的两个必要条件 1 重组信号序列 recombinationsignalsequences RSS 由七聚体 九聚体以及两者间的间隔序列组成在各基因片段两侧存在 2 重组活化酶 recombinase 由重组活化基因 RAG 编码有RAG 1和RAG 2两种RAG出现于B细胞发育早期 重排信号序列RSS recombinationsignalsequence 69 V region J region 通过RSS形成茎襻状结构 抗体多样性产生的机制 组合引起的多样性 众多的片断的随机组合 连接引的多样性起 VDJ连接处的不准确连接和核苷酸插入 即连接处核酸的丢失或加入 体细胞突变 发生在抗原刺激后的成熟的B细胞已经重排过的V基因 常见于CDR区 特别是CDR3 主要是点突变 B细胞的V区基因突变进一步增加V区的多样性 体细胞突变可导致抗体亲和力成熟 72 重排造成的多样性 1 抗原诱导前 天然发生的 73 2 连接造成的多样性 即V D J重组时接头处的变化 出现N区和P核苷酸的插入 V regionN1PD regionN2J regiontgtgcgaga tgggatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtgcgaga tgggatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtgcgaga tgggatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtgcgaga tgg gatgttatgattggat ttcatacagc tgactactggtgtgcgaga tgg gatgttatgattggat tctatacagc tgactattggtgtgcgaga tggaatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtgcgaga tgggatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtgcgaga tgggatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtgcgaga tgggatg ttatgattggattttata cagc tgactactggtgtacca caaacctgaacgtattactatggttcggggaccga accccc gactactggtgtacca caaacctgaacgtattactatggttcggggaccga accccc gactactggtgtgcgaaag tgcggtatagtgagagttacta tgactcttggtgtgcgaaag tgcggtatagtgagagttacta tgactcttgg 74 体细胞高突变 成熟B细胞经抗原刺激后发生的序列高频率随机突变 局限于V区 多发生于CDR区 其中RGYW R A G Y C T W A T 基序是突变的一个规律 与Ig亲和力成熟相关 主要是体细胞高突变 somatichypermutation 3 抗原诱导的V区序列的改变 抗体分子多样性 IGHIGKIGL基因片段的组合V504030D23J657V D J6900300210IgH Igk Igl 链的组合6900 300 210 3 5 106不准确连接多样性至少增加3000倍核苷酸插入多样性增加100倍可能的组合1011 1012重排基因的高频突变突变频率是其它基因的100万倍以上 导致抗体的亲和力成熟 76 Ig基因同型排斥 isotypeexclusion 77 Ig基因等位排斥 Allelicexclusion 一 多克隆抗体 二 单克隆抗体 三 基因工程抗体 七 抗体的制备 利用抗原免疫动物后从血清中获得的抗体 含有针对不同抗原表位 epitope 的多种类型抗体 Ag 一