《基因与发育》ppt课件

1、南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院第九章第九章 基因与发育基因与发育南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院第一节第一节 免疫体系发育及免疫球蛋白基因表达免疫体系发育及免疫球蛋白基因表达l 免疫体系免疫体系The Immune System 是是Vertebrates所特有的所特有的Immunity results from the combined activities of many different cells， some of which patrol the body， whereas others are concentrated in lymphoid organs， s

2、uch as the bone marrow， thymus， spleen and lymph nodes.南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 免疫系统的细胞经过一个被称为免疫系统的细胞经过一个被称为“分子识别的过分子识别的过程鉴别程鉴别“外来物质。一旦检测到有外来物质存在，外来物质。一旦检测到有外来物质存在，它们就用产生特异性抗体或类似方法将其消灭。它们就用产生特异性抗体或类似方法将其消灭。l 免疫系统是动物的主要防御系统，包括淋巴细胞免疫系统是动物的主要防御系统，包括淋巴细胞lymphocyte，分，分B淋巴细胞和淋巴细胞和T淋巴细胞及组织淋巴细胞及组织相容性抗原两部分。巨噬细胞

3、相容性抗原两部分。巨噬细胞macrophage也参也参与免疫反响。与免疫反响。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l T淋巴细胞产生于胸腺淋巴细胞产生于胸腺thymus，它的主要功，它的主要功能是产生能是产生T淋巴细胞受体，识别产生抗体的淋巴细胞受体，识别产生抗体的B淋巴淋巴细胞，以协助巨噬细胞发扬功能。细胞，以协助巨噬细胞发扬功能。l 组织相容性抗原组织相容性抗原histocompatibility antigen，保证机体识别本身细胞和异源细胞，参与淋巴细保证机体识别本身细胞和异源细胞，参与淋巴细胞及其他许多细胞间的反响。胞及其他许多细胞间的反响。l B淋巴细胞由骨髓产生，主要功能是制

4、造用于对淋巴细胞由骨髓产生，主要功能是制造用于对付外来抗原的抗体，它专注地识别相应的抗原。付外来抗原的抗体，它专注地识别相应的抗原。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 抗体、抗体、T淋巴细胞受体和组织相容性抗原是免疫系淋巴细胞受体和组织相容性抗原是免疫系统中统中3种最重要的成份。种最重要的成份。l 这这3类蛋白的共同特点：多样性。类蛋白的共同特点：多样性。l 每类蛋白质都由一个宏大的基因家族编码，有许多每类蛋白质都由一个宏大的基因家族编码，有许多变异型。在抗体和变异型。在抗体和T淋巴细胞受体中，基因片段重淋巴细胞受体中，基因片段重排导致了所编码蛋白质的多样性。排导致了所编码蛋白质的多样

5、性。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 生物体内存在着两条不同的免疫途径：体液免疫生物体内存在着两条不同的免疫途径：体液免疫humoral immunity，和细胞免疫，和细胞免疫cellular immunity。l 在体液免疫中，在体液免疫中，B淋巴细胞首先识别外源致病因子或淋巴细胞首先识别外源致病因子或其他任何方式的抗原，经过浆细胞即成熟其他任何方式的抗原，经过浆细胞即成熟B淋巴细淋巴细胞不断分泌出能溶于血液蛋白质中的免疫球蛋白胞不断分泌出能溶于血液蛋白质中的免疫球蛋白immunoglobulin， Ig。一、脊椎动物免疫系统一、脊椎动物免疫系统南通大学生命科学学院南通大学生命科

6、学学院l Ig 抗体分子经过特定的结合位点构成抗原抗体分子经过特定的结合位点构成抗原-抗抗体复合物，最终被巨噬细胞所吞噬。体复合物，最终被巨噬细胞所吞噬。Ig最高可占最高可占血液总蛋白的血液总蛋白的20%。l 细胞免疫体系中，受体细胞产生出类似细胞免疫体系中，受体细胞产生出类似Ig、严密、严密结合在细胞膜外表的蛋白质分子，与结合在细胞膜外表的蛋白质分子，与T淋巴细胞外淋巴细胞外表的受体专注结合，导致感染细胞被后者降解。表的受体专注结合，导致感染细胞被后者降解。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院图图9-1 生物体内存在的两条主要免疫生物体内存在的两条主要免疫途径：体液免疫和细胞程度免疫图示

7、途径：体液免疫和细胞程度免疫图示.南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 两类获得性免疫反响都由在血液和淋巴组织之间循两类获得性免疫反响都由在血液和淋巴组织之间循环的淋巴细胞环的淋巴细胞nucleated leukocytes， white blood cells所介导。所介导。l 体液免疫由体液免疫由B淋巴细胞介导；细胞免疫体系由淋巴细胞介导；细胞免疫体系由T淋巴细胞介导。淋巴细胞介导。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院二、二、B淋巴细胞及其发育和分化淋巴细胞及其发育和分化哺乳动物哺乳动物B细胞产生于骨髓中。成熟细胞产生于骨髓中。成熟B细胞细

8、胞主要存在于淋巴结皮质浅层的淋巴小结及主要存在于淋巴结皮质浅层的淋巴小结及脾脏的红髓与白髓淋巴小结内，在抗原刺脾脏的红髓与白髓淋巴小结内，在抗原刺激下可分化为浆细胞，合成和分泌免疫球激下可分化为浆细胞，合成和分泌免疫球蛋白来识别相应的外来抗原，执行机体的蛋白来识别相应的外来抗原，执行机体的体液免疫功能。体液免疫功能。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院图图9-2 B细胞和细胞和T细胞的发育过程细胞的发育过程南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 1. B 细胞的分化细胞的分化哺乳类动物哺乳类动物B细胞的分化过程可分为以下几个阶细胞的分化过程可分为以下几个阶段：祖段：祖B细胞、前细胞、前B

9、细胞、未成熟细胞、未成熟B细胞、和细胞、和成熟成熟B细胞等。细胞等。其中祖其中祖B细胞、前细胞、前B细胞、未成熟细胞、未成熟B细胞的分化细胞的分化不依赖于抗原，其分化过程在骨髓中完成。不依赖于抗原，其分化过程在骨髓中完成。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院B细胞的发育过程细胞的发育过程抗原非依赖阶段：在胎肝或骨髓抗原非依赖阶段：在胎肝或骨髓淋巴干细胞淋巴干细胞祖祖B细胞细胞前前B细胞细胞未成熟细胞未成熟细胞成熟成熟B细胞细胞抗原依赖阶段：外周淋巴器官抗原依赖阶段：外周淋巴器官成熟成熟B细胞细胞sIgM+sIgD+活化活化B细胞细胞sIgM+sIgD+抗原抗原记忆记忆B细胞细胞sIgG+

10、sIgA+浆细胞浆细胞胞浆胞浆Ig 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院祖祖B细胞细胞pro-B cell由骨髓淋巴细胞分化而来，仅存在于由骨髓淋巴细胞分化而来，仅存在于骨髓、胎肝等组织中。在早期祖骨髓、胎肝等组织中。在早期祖B细胞中，细胞中，DJ基因片段开基因片段开场重排，并开场表达场重排，并开场表达B细胞受体细胞受体 B cell receptor，BCR复复合物中的合物中的Ig和和Ig。在晚期祖。在晚期祖B细胞中细胞中VDJ发生重排。发生重排。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院根据前根据前B细胞的形状以及轻链基因的重排，可将其分为大前细胞的形状以及轻链基因的重排，可将其分为大前

11、B细胞和小前细胞和小前B细胞。大前细胞。大前B细胞细胞VDJ重排后表达重排后表达链，并表达前链，并表达前B细胞受体。小前细胞受体。小前B细胞轻链只发生细胞轻链只发生VJ发生重排，无功能性发生重排，无功能性Ig表达，缺乏对抗原的反响才干。表达，缺乏对抗原的反响才干。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院祖祖B细胞细胞pro B早祖早祖B细胞阶段：首先发生细胞阶段：首先发生Ig重链重链DHJH的重排的重排晚祖晚祖B细胞阶段：开场编码无细胞阶段：开场编码无V片段基因产物的片段基因产物的链。轻链链。轻链仍处于胚系仍处于胚系germ line形状形状.，但出现替代轻链。，但出现替代轻链。DH JHC重

12、链重链轻链胚系轻链胚系VH VL JH C 5基因基因 编码编码DH JH CVpro-B基因基因 编码编码 5蛋白蛋白编码编码Vpro-B蛋白蛋白替代替代BCR南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院前前B细胞细胞pre-B早期前细胞早期前细胞DH JH C重链重链VH 编码完好编码完好链链轻链胚系轻链胚系VL JH C 5基因基因 Vpro-B基因基因编码编码 5蛋白蛋白编码编码Vpro-B蛋白蛋白前受体前受体 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院晚期前晚期前B细胞细胞DH JH C重链重链VH 编码完好编码完好链链轻链重排轻链重排VL JH C 5基因基因 编码编码 5蛋白蛋白编码编

13、码Vpro-B蛋白蛋白前受体前受体l 前受体对前受体对B细胞分化早期起着非常重要作用，它介导的信号可导致：细胞分化早期起着非常重要作用，它介导的信号可导致：l A、 细胞大量增殖；细胞大量增殖；B、 RAG-1/RAG-2的表达短暂下调；的表达短暂下调；C 、上述重、上述重排终止。排终止。l 此阶段假设重链与轻链的基因重排发生错位时，这些细胞将发生凋亡。此阶段假设重链与轻链的基因重排发生错位时，这些细胞将发生凋亡。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院DH JH C重链重链VH 编码完好编码完好链链轻链轻链VL JH CBCR编码完好轻链编码完好轻链不成熟不成熟B细胞细胞l 这个阶段的这个阶

14、段的B细胞外表最早表达细胞外表最早表达sIgM分子。此时假设遭分子。此时假设遭到抗原的刺激，易致膜受体交联而产生负信号，使到抗原的刺激，易致膜受体交联而产生负信号，使B细胞细胞不能进一步分化成熟。不能进一步分化成熟。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院成熟成熟B细胞细胞DH JH C重链出重链出现类别现类别转换转换VH 编码完好编码完好/链链轻链轻链VL JH CsIgM/sIgD编码完好轻链编码完好轻链南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l B 细胞在骨髓成熟后，迁移至各个外周淋巴细胞在骨髓成熟后，迁移至各个外周淋巴器官，构成外周器官，构成外周B细胞库。当接受抗原后可发细胞库。当接受

15、抗原后可发生活化、增殖，大部分分化为浆细胞，小部分生活化、增殖，大部分分化为浆细胞，小部分停顿分化为记忆性停顿分化为记忆性B细胞。细胞。 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院2. B细胞膜外表分子标志细胞膜外表分子标志膜外表球蛋白是膜外表球蛋白是B细胞的重要标志，是细胞的重要标志，是B细胞特异细胞特异性识别抗原的受体。性识别抗原的受体。未成熟未成熟B细胞表达细胞表达IgM，成熟，成熟B细胞同时表达细胞同时表达IgM、D、G、A和和E。B细胞外表细胞外表Ig的可变区都由的可变区都由VH和和VL基因编码。基因编码。记忆记忆B细胞外表不存在细胞外表不存在IgD，抗原刺激后，抗原刺激后B细胞外细胞

16、外表表IgD也消逝。也消逝。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院三、三、 T淋巴细胞发育及分化淋巴细胞发育及分化T淋巴细胞淋巴细胞T lymphocyte，简称，简称T细细胞，来源于骨髓淋巴样干细胞，其主要胞，来源于骨髓淋巴样干细胞，其主要功能是产生功能是产生T淋巴细胞受体。淋巴细胞受体。T细胞不仅直接执行细胞免疫功能，而且细胞不仅直接执行细胞免疫功能，而且还可以经过产生多种细胞因子或表达黏还可以经过产生多种细胞因子或表达黏附分子等手段，与其他免疫细胞发生直附分子等手段，与其他免疫细胞发生直接或间接的相互作用，从而发扬广泛的接或间接的相互作用，从而发扬广泛的免疫调理功能。免疫调理功能。南通

17、大学生命科学学院南通大学生命科学学院 1. T细胞的分化与发育细胞的分化与发育研讨小鼠胸腺细胞的发育过程阐明，在胚研讨小鼠胸腺细胞的发育过程阐明，在胚胎发育到胎发育到11-12天时，淋巴干细胞进入胸天时，淋巴干细胞进入胸腺，并在胸腺微环境的影响下迅速发生腺，并在胸腺微环境的影响下迅速发生增殖和分化。增殖和分化。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院四、免疫球蛋白的构造四、免疫球蛋白的构造l 免疫球蛋白免疫球蛋白Immunoglobulin，Ig：是指具有抗体：是指具有抗体活性，或化学构造与抗体类似的球蛋白。主要存在于活性，或化学构造与抗体类似的球蛋白。主要存在于血液和其它分泌液中，也可以血液

18、和其它分泌液中，也可以SmIg的方式存在于的方式存在于B细细胞外表。胞外表。l 抗体抗体antibody.Ab：是机体免疫细胞被抗原激活后，：是机体免疫细胞被抗原激活后，由分化成熟的终末由分化成熟的终末B细胞，即浆细胞所合成与分泌的细胞，即浆细胞所合成与分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。白。Ab是重要的免疫分子，主要存在于血液、体液和是重要的免疫分子，主要存在于血液、体液和粘膜分泌液中，介导体液免疫效应。粘膜分泌液中，介导体液免疫效应。l Ab=Ig，IgAb；Ab是功能描画，是功能描画，Ig是化学构造描画；是化学构造描画；南

19、通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 1、根本构造、根本构造 1 Ig是由两条一样的重链是由两条一样的重链H和两条和两条一样的轻链一样的轻链L，借其中构成的二硫键而，借其中构成的二硫键而彼此衔接在一同的四肽链构造分子。彼此衔接在一同的四肽链构造分子。 2 重链分重链分、五类，对五类，对应的抗体分别为应的抗体分别为IgG、IgA、IgM、IgD和和IgE；轻链分；轻链分、两型，每个两型，每个Ig的的L链完链完全一样。全一样。 3 可变区：可变区：H链链N端的端的1/4和和L链链N端的端的1/2区域内，氨基酸的种类、陈列顺序与构区域内，氨基酸的种类、陈列顺序与构型的变化很大，故称。型的变化很大，

20、故称。 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院5 骨架区：可变区中除去超骨架区：可变区中除去超 变区部分的氨基酸变变区部分的氨基酸变化相对较小，又称为。化相对较小，又称为。6 恒定区：恒定区： H链链C端端的的3/4和和L链链C端的端的1/2区域内，氨基酸的种区域内，氨基酸的种类、陈列顺序与构型类、陈列顺序与构型相对恒定，故称。相对恒定，故称。4 超变区：可变区超变区：可变区V区中部分区域的氨基酸组区中部分区域的氨基酸组成、陈列顺序和构型更易变化，其中成、陈列顺序和构型更易变化，其中VH有有4个，个，VL有有3个。个。 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院五、五、 免疫球蛋白的基因构造免

21、疫球蛋白的基因构造l 免疫球蛋白分子由免疫球蛋白分子由Igk、Ig 和和Igh基因编码，基因编码，它们是它们是 3个基因家族，分别位于不同的染色体个基因家族，分别位于不同的染色体上。编码一条免疫球蛋白多肽链的基因是种系上。编码一条免疫球蛋白多肽链的基因是种系中数个分隔开的中数个分隔开的DNA片段经重排后产生的。片段经重排后产生的。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院1.免疫球蛋白轻链基因构造免疫球蛋白轻链基因构造基因。位于人类第基因。位于人类第2号染色体上，其可变号染色体上，其可变区和恒定区分别由不延续的区和恒定区分别由不延续的V基因和基因和C基因编码。基因编码。V与与J基因以多拷贝方式存

22、在，基因以多拷贝方式存在，其中其中V基因簇含有约基因簇含有约300个拷贝。个拷贝。人人轻链基因库的组成轻链基因库的组成南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 人类和小鼠的人类和小鼠的J基因簇都包含基因簇都包含5个个J基因，位于基因，位于V基基因簇的因簇的3端，与最后一个端，与最后一个V基因的基因的3端相距端相距23kb，与与链恒定区链恒定区C基因的基因的5端相距约端相距约2.5kb。l 人和小鼠的人和小鼠的C基因都是单拷贝，它编码了基因都是单拷贝，它编码了链链C区的区的106个氨基酸序列第个氨基酸序列第109-214位氨基酸。位氨基酸。小鼠小鼠轻链基因库的组成轻链基因库的组成南通大学生命科

23、学学院南通大学生命科学学院v基因。小鼠有两个基因。小鼠有两个V基因：基因：V1和和V2。人。人类类V基因有基因有30个拷贝。个拷贝。v小鼠小鼠C基因簇有基因簇有4个拷贝，而人类个拷贝，而人类C基因有基因有6个以上的拷贝。基因表达过程中，每个个以上的拷贝。基因表达过程中，每个V基基因都和因都和C基因成对陈列。基因成对陈列。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院2.免疫球蛋白重链基因构造免疫球蛋白重链基因构造人重链基因位于人重链基因位于14号染色体，由号染色体，由V、D、J和和C四种不四种不同基因片段组成。同基因片段组成。编码重链编码重链V区基因长约区基因长约10002000kb，包括，包括V、

24、D、J三组基因片段。每个三组基因片段。每个V基因片段上游有基因片段上游有L基因片段，基因片段，编码编码2030个疏水性氨基酸的信号肽。个疏水性氨基酸的信号肽。人重链基因库的组成人重链基因库的组成南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l Ig重链基因也是由重链基因也是由VH、JH和和CH片段编码的。但比轻片段编码的。但比轻链还多了个链还多了个Ddiversity基因片段，它位于基因片段，它位于VH和和JH片段之间。在小鼠的胚系中片段之间。在小鼠的胚系中L-VH串联陈列，然后是一串联陈列，然后是一组组12个个D片段，再接着是片段，再接着是4个个JH片段。在恒定区基因是片段。在恒定区基因是由一组基

25、因组成，在小鼠中此基因簇依次为由一组基因组成，在小鼠中此基因簇依次为、3、1、2b、2a、八个基因。分别编码重链八个基因。分别编码重链IgM，IgD，IgG，IgE和和IgA的恒定区。的恒定区。小鼠重链基因库的组成小鼠重链基因库的组成南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院表表 不同的不同的Ig家族的家族的V.D.J.C基因数基因数家族家族VDJC人人小鼠小鼠人人小鼠小鼠人人小鼠小鼠人人小鼠小鼠L64L100030124498南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院六、六、Ig基因重排与基因重排与DNA的多样性的多样性一个生物为什么能产生百万种以上一个生物为什么能产生百万种以上106108的的

26、Ig分子呢？分子呢？其根本缘由是其根本缘由是V区和区和C区不同片段在区不同片段在DNA分分子程度上发生了被称为种系重组的重排。子程度上发生了被称为种系重组的重排。单一种系形状的单一种系形状的Ig基因是不能表达的，基因是不能表达的，只需经过重排才有能够得到表达。只需经过重排才有能够得到表达。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院1.轻链基因的重排与衔接轻链基因的重排与衔接 VK JKCK L V1 L V2 L V3 L Vn 1 2 3 4 C 胚胚 系系DNA L V1L V2 J3 J4 C B细胞细胞 DNAL V2 J3 J4 C 5 3RNA初初polyA 始转录本始转录本L V2

27、 J3 C 5 3成熟成熟polyA mRNA VK CK N C链链 蛋白蛋白图图小鼠轻链基因在发育中经过小鼠轻链基因在发育中经过V，J和和 C基因的重组产生了基因的重组产生了DNA的重排的重排南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院轻链基因的重组轻链基因的重组在小鼠胚系在小鼠胚系DNA中，中，V、C 、J基因片段编码基因片段编码轻链：轻链：L-V由前导序列和由前导序列和V 组成。组成。V 编码轻链可变编码轻链可变区的大部分氨基酸。区的大部分氨基酸。L编码信号肽，此是编码信号肽，此是Ig分泌分泌所必需的，但并不参与抗体分子的功能；所必需的，但并不参与抗体分子的功能； C片段：编码片段：编码轻

28、链的轻链的C功能区；功能区； J 片段：衔接片段在有功能的片段：衔接片段在有功能的轻链基因的产轻链基因的产物中用来衔接物中用来衔接V和和C。 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 当当B细胞发育时，一个特殊的细胞发育时，一个特殊的L- V 片段和其中一片段和其中一个个J衔接，再和衔接，再和C衔接，例如衔接，例如L-V 2和和J 3衔接，衔接，然后转录，切除内含子，成为成熟的然后转录，切除内含子，成为成熟的mRNA，它由，它由L-V2J3C组成，翻译后进展分泌，前导肽被切组成，翻译后进展分泌，前导肽被切除，此时除，此时B细胞中产生了细胞中产生了Ig的的轻链。轻链。南通大学生命科学学院南通大

29、学生命科学学院l 在小鼠中约有在小鼠中约有1000个个L- V 基因片段，基因片段，4个有功能个有功能的的J片段和片段和1个个C基因片段。这样就能够产生基因片段。这样就能够产生10004 = 4000个不同的个不同的链。链。l 同样的机制也存在于小鼠同样的机制也存在于小鼠轻链的基因中。但轻链的基因中。但L-V基因片段只需基因片段只需2个，而有个，而有4个个C基因，每个基因，每个C基因基因都带有本人的都带有本人的J片段，这样产生的片段，这样产生的链的可变区产链的可变区产生要比生要比链少得多。链少得多。V和和J基因的不同衔接产生基因的不同衔接产生了了链的多样化。链的多样化。南通大学生命科学学院南通

30、大学生命科学学院2. 重链基因的重排与衔接重链基因的重排与衔接 VHD1D12 JH C胚系胚系 L V1 L V2 L V3 L Vn 1 2 3 12 1 2 3 4 3 31 12b2b2a2aDNA B 细胞细胞 L V1 L V2 D2 J3 1 12b2b2a2a DNARNA 5 3 初始转录本初始转录本poly A 成熟成熟 53 mRNA poly A L V2 D2J31 1 成熟的成熟的 N C重链蛋白重链蛋白VH区区 CH区区图图小鼠免疫球蛋白基因在发育中经过小鼠免疫球蛋白基因在发育中经过 V，D，J和和 C 基因片断的重组基因片断的重组产生产生 DNA 的重排，的重排

31、， ， ， ， 分别是分别是IgMIgM，D D，G G，E E和和 A A 的基因的基因南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院重链基因的重组重链基因的重组Ig重链基因也是由重链基因也是由VH、JH和和CH片段编码的。但比片段编码的。但比轻链还多了个轻链还多了个Ddiversity基因片段，它位于基因片段，它位于VH和和JH片段之间。在小鼠的胚系中片段之间。在小鼠的胚系中L-VH串联陈串联陈列，然后是一组列，然后是一组12个个D片段，再接着是片段，再接着是4个个JH片段。片段。在恒定区基因是由一组基因组成，在小鼠中此基在恒定区基因是由一组基因组成，在小鼠中此基因簇依次为因簇依次为、3、1、2

32、b、2a、八个八个基因。分别编码重链基因。分别编码重链IgM，IgD，IgG，IgE和和IgA的恒定区。的恒定区。当与当与L链基因重排时，抗体的多样性除了链基因重排时，抗体的多样性除了V、D、J、C的不同衔接外，还依赖于的不同衔接外，还依赖于L链和链和H链的衔接。链的衔接。 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院3. V-C基因间的重组产生缺失及重排基因间的重组产生缺失及重排 七聚体七聚体 九聚体九聚体 九聚体九聚体 七聚体七聚体 Heptamer Nonamer Nonamer Heptamer CACAGTG ACAAAAACC GG TTTTTGT CACTGTG GTGTCAC TG

33、TTTTT GG CCAAAAACA GTGACAC V J J- -C C 12bp spacer 23bp spacer V J J- -C C VH HJ J- -C CH H D 区区 图图重组位点的保守序列反向或成对陈列重组位点的保守序列反向或成对陈列 仿仿 B.Lewin: ，1997， Fig .33.12 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 轻链和重链的组装涉及到一样的机制，在一轻链和重链的组装涉及到一样的机制，在一切的胚系片段的分界限处都有一样的保守序切的胚系片段的分界限处都有一样的保守序列，这些序列参与衔接反响。都含有七聚体列，这些序列参与衔接反响。都含有七聚体he

34、ptamer和九聚体和九聚体nonamer，中间，中间被被12bp或或23bp的间隔序列所分开。的间隔序列所分开。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院七聚体的末端和编码端一样七聚体的末端和编码端一样 VJ J- -C C 信号末端信号末端信号末端信号末端 V 编码端编码端编码端编码端 J J- -C C 衔接衔接 编码衔接编码衔接 信号衔接信号衔接 图图保守序列的断裂和重接产生保守序列的断裂和重接产生Ig基因基因 仿仿B.Lewin: ，1997， Fig .33.13 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院七、免疫球蛋白基因表达七、免疫球蛋白基因

35、表达 1、等位排斥与同型排斥、等位排斥与同型排斥 等位排斥：淋巴细胞中产生免疫球蛋白的等位排斥：淋巴细胞中产生免疫球蛋白的基因位于两条同源染色体上，而免疫球蛋基因位于两条同源染色体上，而免疫球蛋白基因的表达只发生在其中一条上，这种白基因的表达只发生在其中一条上，这种由于一条染色体上的基因表达而抑制另一由于一条染色体上的基因表达而抑制另一条染色体上一样基因表达的景象称为等位条染色体上一样基因表达的景象称为等位基因排斥基因排斥allelic exclusion南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 同型排斥同型排斥isotypic exclusion：B淋巴细胞淋巴细胞的轻链表达时，只生成一种

36、链的轻链表达时，只生成一种链链或是链或是链，链，不能够同时表达不能够同时表达链和链和链。等位排斥和同型排链。等位排斥和同型排斥保证了斥保证了B淋巴细胞无性系只表达一种特异性淋巴细胞无性系只表达一种特异性抗体。抗体。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l科学上将未发生重排的种系构型等位基科学上将未发生重排的种系构型等位基因称为因称为Ig，发生重排并进展功能表达，发生重排并进展功能表达的等位基因称为的等位基因称为Ig+，发生无效重排的无，发生无效重排的无活性等位基因称为活性等位基因称为Ig-。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l细胞中能够存在下述几种情况：细胞中能够存在下述几种情况：l

37、等位基因之一发生有效重排，产生等位基因之一发生有效重排，产生活性基因，并产生等位排斥，使另一基活性基因，并产生等位排斥，使另一基因的重排和表达遭到抑制，这个细胞构因的重排和表达遭到抑制，这个细胞构型为型为Ig/Ig+；南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 等位基因之一发生无效重排，另一个染色等位基因之一发生无效重排，另一个染色体上的基因仍处于种系构型，那么该细胞构体上的基因仍处于种系构型，那么该细胞构型为型为Ig/Ig-这样的细胞构型不会抑制另一个这样的细胞构型不会抑制另一个等位基因的重排；等位基因的重排； 第一次无效重排后，细胞内又发生另一次第一次无效重排后，细胞内又发生另一次有效重排，

38、生成有效重排，生成Ig+/Ig-，阻止了进一步重排，阻止了进一步重排的发生。的发生。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院胚系基因胚系基因Igo/IgoVJ-CVJ-C有效重排，产生有效重排，产生 Igo/Ig+ 无效重排，产生无效重排，产生Igo/IgV J-C V J-CVJ-C V J-C转录转录第二次等位基因重排，产生第二次等位基因重排，产生Ig+ /Ig翻译翻译J-C Ig 蛋白蛋白V J-C转录转录翻译翻译Ig蛋白蛋白图图有效重排产生了有活性的的有效重排产生了有活性的的H和和 L链，并阻遏了等位基因发生链，并阻遏了等位基因发生同样的重排同样的重排 参考参考 B.Lewin: ，1

39、997， Fig .33.16南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 2 、加强子与、加强子与Ig基因表达基因表达位于每个位于每个V基因上都有启动子，但是无活基因上都有启动子，但是无活性。它必需经过移位到性。它必需经过移位到C区才被激活。一区才被激活。一个加强子位于个加强子位于C基因内或在其下游，它可基因内或在其下游，它可以激活以激活V基因的启动子。这个加强子是组基因的启动子。这个加强子是组织特异性的，它只在织特异性的，它只在B 细胞中才有活性。细胞中才有活性。V基因一旦移到加强子的作用范围内，其基因一旦移到加强子的作用范围内，其启动子便立刻被激活。启动子便立刻被激活。南通大学生命科学学院南

40、通大学生命科学学院l在普通情况下，在普通情况下，V基因片段启动子处于失活形状。重组后，基因片段启动子处于失活形状。重组后，当启动子位于当启动子位于C基因片段的加强子附近时，启动子活化。基因片段的加强子附近时，启动子活化。启动子启动子 失活失活加强子加强子V gene C gene Promoter Enhancer 转录转录 图图V基因移到基因移到 C基因的附近基因的附近 ，其启动子被其启动子被 C基因的基因的加强加强子激活子激活 仿仿B.Lewin: ，1997， Fig .33.15 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 3、类别转换、类别转换抗原激活抗原激活B细胞后，膜上及分泌的细胞

41、后，膜上及分泌的Ig类别会类别会由由IgM转成转成IgG、A、E其它类别，但其它类别，但V区区不变；不变；Ig的类别的类别class是由是由CH的类型决议的，的类型决议的，5种种Ig类别：类别：IgM、IgD、IgG、IgE和和IgA。IgM任何任何B细胞都产生的第一类细胞都产生的第一类IgIgG具有一定的活化补体的才干，导致侵入具有一定的活化补体的才干，导致侵入细胞的破坏。细胞的破坏。IgA在分泌液中如唾液，而在分泌液中如唾液，而IgE和变态反和变态反响有关，且可抵御寄生虫。响有关，且可抵御寄生虫。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l一切的淋巴细胞开场产生时是作为一种未成熟一切的淋巴细

42、胞开场产生时是作为一种未成熟细胞，承当细胞，承当IgM 合成。合成。CH基因是按胚系类型陈基因是按胚系类型陈列，列，V-D-J衔接反响触动衔接反响触动C基因的表达。一个淋基因的表达。一个淋巴细胞在任何时候普通只产生一种类别的巴细胞在任何时候普通只产生一种类别的Ig，但在细胞系中这种类别可以改动。这种表达的但在细胞系中这种类别可以改动。这种表达的改动称类别转换改动称类别转换Class switching 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院表表 Ig的类型和功能是取决于的类型和功能是取决于H链链类型类型IgMIgDIgGIgAIgEH链链结构结构（2L2）5J2L22L22L22L2百分比百

43、分比5%1%80%14%1%作用功能作用功能激活补体激活补体耐受性发育耐受性发育活化补体活化补体存在于分泌中存在于分泌中变态反应变态反应 B.Lewin: GENES.1994，Table 37.2南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 类别转换是经过重组，将一个新的类别转换是经过重组，将一个新的CH基因带到与表基因带到与表达的达的V-D-J单位毗邻的位置上。单位毗邻的位置上。l 转换位点称为转换位点称为S区区switch region，S regions。除了。除了C都位于一切都位于一切C基因片段上游。阐明两次延续的转换。基因片段上游。阐明两次延续的转换。在第一次转换中，此在第一次转换中

44、，此C1基因是经过基因是经过S和和S1位点之间位点之间的重组移到表达区域的。的重组移到表达区域的。C表达后表达后C1延续表达。延续表达。S1和和S之间的之间的DNA剪切下来呈环状被释放。剪切下来呈环状被释放。 南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l C基因基因5端内含子中，除端内含子中，除C基因外，都有一段基因外，都有一段反复性反复性DNA序列称为转换区序列称为转换区switch region，S region，重组时，其间，重组时，其间C基因被环出基因被环出南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 VDJ 3 3 1 1 2b 2b 2a 2a 1 1 2 2基因基因转换区转换区 S S

45、 S S3 3 S S1 1 S S2b2b S S2a2a S S S S1 1 S S2 2S S1 1重组重组 VDJ 1 1 2b 2b 2a 2a 1 1 2 21 1 基因表达基因表达 S S 1 1 S S2b2b S S2a2a S S S S 1 1 S S2 2 S S 1 1S S1 1重组重组 VDJ 1 1 2 21 1 基因表达基因表达 1 1 1 1 S S2 2图图重链的类别转换能够由于重链的类别转换能够由于 S S 区之间的的重组和重组区之间的的重组和重组 S S 位点间的缺失所致位点间的缺失所致 S南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院C基因含有基因含有

46、6 6 个外显子个外显子1 2 3 4 M1 M2膜结合阶段膜结合阶段RNA在在 M2终止，终止，M1、M2外显子存在于外显子存在于mRNA中中AAAAn剪接剪接分泌阶段分泌阶段RNA在在4终止，终止，mRNA中只需前中只需前4 个外显子个外显子 AAAAn剪接剪接图图膜膜 IgM和分泌和分泌IgM差别的来源差别的来源仿仿 B.Lewin: ，1997， Fig .33.18南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 免疫球蛋白产生的总结图1 1、DJDJ重组重组重链重链2 2、VDJVDJ重组重组3 3、VDJVDJ转录转录4 4、翻译、翻译 和和 轻链轻链5 5、VJVJ重组重组6 6、转录

47、、转录VJVJ 或或 VJ VJ 7 7、翻译、翻译 或或 8、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、依赖抗原、TH10、换成、换成IgG 或或 IgA 或或 IgE南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 八、主要组织相容复合体的表达调控八、主要组织相容复合体的表达调控 1. 主要组织相容性复合体概述主要组织相容性复合体概述 引起移植排斥的细胞外表抗原称为组引起移植排斥的细胞外表抗原称为组织相容性复合体织相容性复合体major histocompatibility complex，MHC，在移植排斥中起决议，在移植排斥中起决议作用，是机体特异性免疫反

48、响中心。作用，是机体特异性免疫反响中心。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 组织相容性：指器官或组织移植时供者与受者相互接受的组织相容性：指器官或组织移植时供者与受者相互接受的程度，不相容就会出现排斥反响。程度，不相容就会出现排斥反响。l 组织相容性抗原：诱导排斥反响的抗原，也称为移植抗原。组织相容性抗原：诱导排斥反响的抗原，也称为移植抗原。人和各种哺乳动物的组织相容性抗原都非常复杂，但有一人和各种哺乳动物的组织相容性抗原都非常复杂，但有一组抗原起决议性作用，称为主要组织相容性抗原组抗原起决议性作用，称为主要组织相容性抗原major histocompatibility antigen

49、 MHA，其他的称为次要组织相，其他的称为次要组织相容性抗原。容性抗原。l 编码编码MHA的基因是一组呈高度多态性的基因群，集中分布的基因是一组呈高度多态性的基因群，集中分布于生物体内某对染色体上的特定区域，称为主要组织相容于生物体内某对染色体上的特定区域，称为主要组织相容性复合体性复合体major histocompatibility complex MHC。MHC编码的产物即编码的产物即MHA，也称为，也称为MHC分子。分子。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 细胞毒细胞毒T细胞经过外表细胞经过外表TCR识别呈递于识别呈递于MHC分子外表的异己外源肽段，并直接杀伤呈递分子外表的异己

50、外源肽段，并直接杀伤呈递这类这类MHC的细胞。的细胞。l 辅助辅助T细胞经过细胞经过TCR识别识别II型型MHC呈递的外呈递的外源肽段，辅助源肽段，辅助B细胞产生抗体。细胞产生抗体。l MHC与与TCR、Ig相互配合，构成了生物体内相互配合，构成了生物体内复杂多变的免疫反响和应对。复杂多变的免疫反响和应对。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 细胞毒细胞毒T细胞能识别一切与细胞能识别一切与I型型MHC分子相结分子相结合的受感染细胞携带的外源蛋白片段合的受感染细胞携带的外源蛋白片段l 辅助辅助T细胞只能识别抗原呈递细胞如巨噬细细胞只能识别抗原呈递细胞

51、如巨噬细胞和胞和B细胞外表所携带的外源蛋白。细胞外表所携带的外源蛋白。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 2MHC的分类的分类人人MHC又称白细胞抗原又称白细胞抗原human leukocytoantigen，HLA体系，是到目前体系，是到目前为止免疫体系中最复杂，最具多态性的体为止免疫体系中最复杂，最具多态性的体系。系。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院lHLA基因簇位于第基因簇位于第6号染色体，全长约号染色体，全长约3.0106bp，足以编码，足以编码150多个相对分子多个相对分子质量在质量在4.0104左右的蛋白质。左右的蛋白质。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院HLA

52、共分为共分为4型：型：I型分子包括型分子包括HLA-A、HLA-B和和HLA-C，广，广泛存在于各种组织中；泛存在于各种组织中；II型分子包括型分子包括HLA-DP、HLA-DQ和和HLA-DR，存在于，存在于B细胞、巨噬细胞和活化细胞、巨噬细胞和活化T细细胞中；胞中；南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l III型分子为补体系统，包括型分子为补体系统，包括C2和和C4位点，存位点，存在于血清中；在于血清中；l IV型分子能够是一些分化抗原，只存在于淋巴型分子能够是一些分化抗原，只存在于淋巴细胞、某些细胞毒细胞、某些细胞毒T细胞和白血细胞中。细胞和白血细胞中。南通大学生命科学学院南通大学生

53、命科学学院l I型分子带有信号肽链，被称为移植抗原型分子带有信号肽链，被称为移植抗原transplantation antigen。相对分子质量约为。相对分子质量约为4.5104，是跨膜蛋白，与免疫球蛋白构造域类似，是跨膜蛋白，与免疫球蛋白构造域类似，可被分为可被分为3个部分。个部分。l 细胞质内的部分是亲水的细胞质内的部分是亲水的C端，称为胞质片段，端，称为胞质片段，横跨脂质双层的一个较短片段称为跨横跨脂质双层的一个较短片段称为跨膜片段，在细胞膜外侧是较大的膜片段，在细胞膜外侧是较大的N端，端，称胞外片段。称胞外片段。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l II型分子由型分子由和和两条糖

54、化多肽链组成。两条糖化多肽链组成。链为链为3.3104，链为链为2.8104，担任呈递胞外抗原。，担任呈递胞外抗原。l II型型MHC的的、链只需在结合构成异源二体时才具有链只需在结合构成异源二体时才具有相对稳定性，再经过不同途径与胞外抗原结合，相对稳定性，再经过不同途径与胞外抗原结合，转运到质膜外表，呈递给转运到质膜外表，呈递给TH，激活体液免疫过程。激活体液免疫过程。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院I型型II型型蛋白质的结构蛋白质的结构链链+2-微球蛋白微球蛋白链链+链链在细胞内分布在细胞内分布细胞毒细胞毒T细胞细胞辅助辅助T细胞细胞抗原蛋白来源抗原蛋白来源细胞质蛋白细胞质蛋白内吞

55、膜蛋白和内吞膜蛋白和细胞外蛋白细胞外蛋白多态性区域多态性区域1+21+1表表9-3 I型和型和II型型MHC主要性能比较主要性能比较南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l MHC分子与分子与TCR的相互作用往往缺乏以维持这两的相互作用往往缺乏以维持这两类细胞间的结实联络，需求有另一类称为附加受体类细胞间的结实联络，需求有另一类称为附加受体accessory receptor的分子协同作用。的分子协同作用。l 当这类附加受体也具有利用本身胞间信息系统激活当这类附加受体也具有利用本身胞间信息系统激活T细胞的功能时，就被称为共受体细胞的功能时，就被称为共受体co-receptor。南通大学生命科

56、学学院南通大学生命科学学院l 图图 CD4和和CD8共受体参共受体参与辅助与辅助T细胞和细胞毒细胞和细胞毒T细胞介导的免疫反响细胞介导的免疫反响南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 抗原肽抗原肽抗原肽抗原肽TCRHLA- I CD 8 HLA- IICD 4TCRTCR Co-receptor - CD4 和和 CD8南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院第二节第二节 果蝇的胚胎发育果蝇的胚胎发育果蝇是一种双翅目昆虫，其幼虫和成虫依赖果蝇是一种双翅目昆虫，其幼虫和成虫依赖于正在腐烂的果实。果蝇的个体小、生命周于正在腐烂的果实。果蝇的个体小、生命周期快、繁衍容易，每只雌虫两周就可以产生期快

57、、繁衍容易，每只雌虫两周就可以产生约约300个后代。个后代。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l果蝇发育的时间周期取决于温度，在果蝇发育的时间周期取决于温度，在25下约下约9-14天为一个周期。天为一个周期。l第一天为胚胎发生期，阅历三个阶段后到第四天蜕第一天为胚胎发生期，阅历三个阶段后到第四天蜕皮、分化、蛹化皮、分化、蛹化popation，在蛹中经过，在蛹中经过5天的变天的变态发育为成虫。态发育为成虫。l成年果蝇存活约成年果蝇存活约9天。果蝇发育的许多特性反映出天。果蝇发育的许多特性反映出这非同普通的快速生命周期在进化过程中的演化。这非同普通的快速生命周期在进化过程中的演化。南通大学生

58、命科学学院南通大学生命科学学院图图 果蝇发育的不同时期分析果蝇发育的不同时期分析南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院成虫成虫变态变态蛹化蛹化幼虫期幼虫期孵化孵化体节构成体节构成器官发生器官发生原肠胎构成原肠胎构成胎盘构成胎盘构成受精卵受精卵图图 果蝇发育的果蝇发育的不同时期分析不同时期分析南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院 一、一、 卵子发育卵子发育果蝇卵细胞在产生过程中就曾经开场快速果蝇卵细胞在产生过程中就曾经开场快速的胚胎发育。的胚胎发育。果蝇卵在卵巢管中构成。构成卵巢管管壁果蝇卵在卵巢管中构成。构成卵巢管管壁并围绕未来卵细胞的细胞叫滤泡细胞并围绕未来卵细胞的细胞叫滤泡细胞fol

59、licle cells， 类似于脊椎动物卵巢中类似于脊椎动物卵巢中的卵泡细胞。每个小室中含有一个雌性原的卵泡细胞。每个小室中含有一个雌性原始生殖细胞，即卵原细胞始生殖细胞，即卵原细胞oogonium。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院滤泡细胞滤泡细胞滋养细胞滋养细胞果蝇卵泡外外表含有一果蝇卵泡外外表含有一层滤泡细胞，它包围在层滤泡细胞，它包围在滋养细胞的周围，滋养滋养细胞的周围，滋养细胞紧靠着卵母细胞。细胞紧靠着卵母细胞。滋养细胞经过胞质桥彼滋养细胞经过胞质桥彼此相连，也和卵母细胞此相连，也和卵母细胞的两侧相通。滤泡细胞的两侧相通。滤泡细胞是体细胞

60、，滋养细胞和是体细胞，滋养细胞和卵母细胞是生殖细胞。卵母细胞是生殖细胞。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院l 卵原细胞经过四次有丝分裂成为卵原细胞经过四次有丝分裂成为16个细胞个细胞称为并合体，称为并合体，fusomes，经过胞质桥构成，经过胞质桥构成内部衔接，其中之一发育成卵母细胞内部衔接，其中之一发育成卵母细胞oocyte，其他发育为抚育细胞，其他发育为抚育细胞nurse cell。卵母细胞为双倍体，完成减数分裂后。卵母细胞为双倍体，完成减数分裂后成为单倍体。抚育细胞是多倍体。成为单倍体。抚育细胞是多倍体。南通大学生命科学学院南通大学生命科学学院二、二、 胚胎发育胚胎发育1. 胚胎发