Ig分子

1,免疫球蛋白（immunoglobulin，Igs）,邱晓彦教授82805477,2,经典Ig的概念, Ig基因重排只发生在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,3,Ig 生物体最奇妙的分子,无限的多样性 功能与结构的双重性 可变区抗原结合 恒定区生物学效应功能 不同的类、亚类及型别 分泌型和膜型表达,4,与Ig 有关的诺贝尔奖获得者,5,1890年，von Behring和北里柴三郎(日，Kitasato) 在德国Koch实验室从白喉毒素免疫的动物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%。,抗体的发现：,开创了人工被动免疫法 提出了抗体及抗原的概念,1901年获第一届诺贝尔奖,Jenner创造牛痘苗 巴斯德发现细菌 Roux和Yersin发现了 白喉杆菌 外毒素,6,抗体是如何产生的？（半个世纪）,抗体形成的侧链学说,Paul Ehrlich （德，18541916）是体液免疫的倡导者。发生凝集、沉淀等现象。建立了血清学诊断方法。 他和梅契尼可夫共获1908年的诺贝尔生理和医学奖。,Ehrlich于1908年提出了侧链学说(side chain theory)。这个学说的基本含义是：机体细胞表面具有多种不同的侧链(受体)，细菌毒素可与相应的侧链结合，对细胞起到某种刺激作用，促使与该毒素相结合的侧链过剩产生。过剩产生的侧链(即抗体)释放到体液中，由于它能与毒素结合，而妨碍了毒素与细胞的结合，发挥抗毒素的作用,7,抗体形成的模板学说,直接模板学说：在20世纪30年代Haurowitz等人认为抗体分子的结构是在抗原直接影响下形成的，并提出了抗体生成的模板学说（template theory）间接模板学说：Pauling 及Burnet等人又进一步对模板学说进行了修正，认为抗原是通过干扰胞核DNA而间接影响下形成的，并提出了抗体生成的间接模板学说,这一学说主宰了以后近30年的免疫学进展。它片面地强调了抗原对机体免疫反应的作用，而忽视了机体免疫反应的生物学过程。,8,抗体形成的免疫选择学说,克隆选择学说 ： Burnet于1959年提出了细胞克隆选择学说（clonal selection theory）。提出了主要观点抗原的作用是作为一个选择因素而不是作为一个指令或模板。Burnet因此获得了1960年诺贝尔奖 主要思想： 机体存在针对各种抗原的抗体产生细胞 每种细胞只能产生一种特异性抗体 抗原刺激后产生记忆细胞 未成熟的抗体产生细胞接触抗原后会发生克隆删除 突变导致了多样性抗体的产生,Frank MacFarlane Burnet 1960年获诺贝尔奖,9,抗体产生细胞,膜型Ig（BCR）,记忆性抗体产生细胞,克隆增殖的抗体产生细胞,免疫选择,10,曾经认为所有的体细胞是抗体产生细胞1949年Astrid Fagreus发现-浆细胞为抗体产生细胞. 上个世纪60年代发现-B细胞是浆细胞前体细胞,抗体产生细胞的发现：,B淋巴细胞,浆细胞,分泌型Ig,11,单克隆抗体的制备（1975）,Koler（ 德国人） Milstein (英国人) & Jerne (丹麦人)（1984年获诺贝尔奖）,12,球蛋白（丙种球蛋白）发现,1937年，Tiselius&Kabat用电泳方法分离血清蛋白发现： Ig电泳区带：大部分Ig在区带 曾有球蛋白（丙种球蛋白）之称,13,Edelman与Rodney. R. Porter等：20世纪50年利用多发性骨髓瘤患者的血清及尿液作为材料，用酶切等多种化学方法，研究了抗体的基本化学结构。1964年世界卫生组织将其统一命名为免疫球蛋白。1969年Edelman完成了人类免疫球蛋白全部一级结构的测定，,Edelman,抗体结构的发现：,Edelman1972年获诺贝尔奖,14,Susumu Tonegawa发现Ig的基因重排 Nobel Prize 1987,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,15,Ig的分子结构 Ig基因结构和重排机制 Ig多样性的产生及类别转换的机制 非B细胞来源的Ig研究进展,16,免疫球蛋白的分子结构,17,一、免疫球蛋白的基本结构 1、四肽链结构 经二硫键共价结合2条重链和2条轻链,18,图.重链和轻链V区中的高变区,19,2、可变区 可变区（variable region, V区）：免疫球蛋白轻链和重链中靠近N端氨基酸序列变化较大的区域称为可变区，分别占重链的1/4和轻链的1/2。,20,相关的概念CD（complementarity-determining region, CDR）：互补决定区FR （framework region, FR）：骨架区Epitope: 表位Paratope: 旁位Idiotopes：独特位Idiotype：独特型,21,3、恒定区（constant region),同种型（isotype）：同种间所有正常个体都具有的Ig抗原特异性，称同种型 (isotype)。同种异型（isotype）：同种异型指同一种属不同个体间Ig的抗原特异性，又称遗传标志。主要表现在Ig分子上的CH和CL上一个或数个氨基酸的差异。,任何一种Ig类别在同一个体，及同一种属间都具有相同的序列。,22,4、人体的Ig主要有五类：IgM、IgA、IgG、IgD、IgE,23,5、人体的Ig糖基化,24,Ig的基因结构及重排,25,编码Ig的基因分别位于不同的染色体，在人类重链（heavy chain) 基因位于14号染色体；链（kappa chain）基因位于2号染色体；链（lamda chain) 基因位于22号染色体。每条肽链的编码基因可分为V区和C区两大部分。,26,早在60年代Dreyer和Bennet等曾提出一假设，他们认为编码Ig肽链的基因是由二种基因组成。并且在胚胎期是彼此分隔的，在B细胞分化发育过程中才彼此拼接在一起。,27,28,Ig重链基因的重排,29,Igkappa链基因的重排,30,31,Ig基因可变区重排的两个必要条件,（1）重组信号序列（recombination signal sequences, 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,32,“12-23规则”,: V-12 23-J: V-23 12-JH: V-23 12-D-12 23-J,RAG1,RAG2,33,重组信号序列(RSS),V region,J region,34,通过RSS形成茎襻状结构,35,36,37,Ig基因同型排斥（isotype exclusion）,38,Ig基因等位排斥（Allelic exclusion ）,39,Ig产生多样性的机制,40,1、重排造成的多样性,一、抗原诱导前（天然发生的）,41,2、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-region N1 P D-region N2 J-region tgtgcgaga. tgggatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgggatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgggatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgg .gatgttatgattggat . ttcatacagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgg .gatgttatgattggat . tctatacagc .tgactattgg tgtgcgaga. tggaatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgggatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgggatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtgcgaga. tgggatg .ttatgattggattttata. cagc .tgactactgg tgtacca. caaacctga ac gtattactatggttcggggaccga. accccc .gactactggtgtacca. caaacctga ac gtattactatggttcggggaccga. accccc .gactactggtgtgcgaaag. tg c ggtatagtgagagttacta. .tgactcttgg tgtgcgaaag. tg c ggtatagtgagagttacta. .tgactcttgg,42,3、D基因形成的多样性,D-D融合 10%,D 反向连接 7%,D,V,D,J,C,43,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（RA/G，YC/T，WA/T）基序是突变的一个规律；与Ig亲和力成熟相关。,1、体细胞高突变(somatic hypermutation),二、抗原诱导的V区序列的改变,活化诱导胞嘧啶核苷脱氨酶（activation-induced deaminase，AID）脱去基因组胞嘧啶的氨基后，起始了体细胞高频突变；突变反应的最后，进行尿嘧啶错配和碱基剪切修复。这种突变的频率很高，修复的机制又很容易出错。,44,体细胞高突变,45,基因转换: 指IgV区基因的核苷酸置换；主要是通过IgV区 5端的假基因VL（VL）和VH(VH)取代结构相似的重排后的V-J-L和V-D-J-H基因中的VL和VH基因，有时也是插入或删除，发生在单个B细胞发育早期，是抗体多样性产生的基因调节机理之一；可产生更高亲和力的抗体。,2、基因转换 (gene conversion),46,此种基因转换机制在鸡和兔是B细胞中Ig多样性产生的主要机制，但在人和小鼠中还未得到论证。而关于基因转换的具体机制也还未清楚阐明。,47,抗原受体的编辑：借Ig基因二次重排对B细胞抗原受体进行修正，即清除对自身抗原应答或不适合的抗原受体的过程。二次重排可发生于V-D-J与其5上游的其它V片段之间，和V-D-J与其3下游的其它J片段之间；也可发生于轻链V基因，引起抗体多样性的发生。,3、受体编辑(receptor editing),48,再次重组,49,小鼠和人的重链恒定区的结构,三、Ig C区序列的改变 -类别转换(class switching),50,S-S重组,AID induced DSBs,AID induced DSBs,51,细胞因子诱导类别转换,52,分泌型Ig分子,行使体液免疫1、天然自身抗体（autoantibody) 为