免疫多样性分子机制

1、关于免疫多样性的分子机制第1页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第一节 免疫系统和免疫球蛋白第二节 免疫球蛋白基因的重组和体细胞突变第三节 免疫球蛋白重链恒定区基因第四节 T细胞抗原受体基因第2页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第一节 免疫系统和免疫球蛋白第3页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四一、 免疫系统1、组成：免疫反应 的互补系统体液免疫系统：针对细菌、胞外病毒和外来蛋白细胞免疫系统：破坏被病毒感染的宿主细胞、某 些寄生物和外来的移植组织涉及细胞淋巴细胞（lymphocyte）：造血干细胞 通过对外来物质特异的模受体识别抗原

2、 B、T淋巴细胞巨噬细胞：组织特异，来源于骨髓干细胞 吞噬大颗粒和细胞、抗原呈递细胞第4页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四2、B、T细胞（1）B细胞： bone marrow中完成发育 表达独特的抗原膜结合受体-一种抗体分子 遇到抗原迅速分裂成子代： a) 记忆细胞：长寿 表达与亲代细胞具有同一结合特性抗体b) 效应细胞：浆细胞，存活几天 产生分泌型的可溶性抗体 B细胞受体单独识别抗原 但需要TH细胞提供信号才能分泌抗体第5页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（2）T细胞： 迁移到thymus gland中完成后期发育 表达抗原特异的膜受体T细胞受体

3、异二聚体 或两条蛋白链 受与MHC结合的抗原刺激激活分化成： 记忆T细胞 各种效应T细胞 两种：T助细胞或TH细胞（helper T cell） 激活后分泌淋巴因子激活B、Tc和吞噬细胞等 T胞毒细胞或Tc细胞（cytotoxic T cell） 监视病毒感染细胞、肿瘤和外来移植组织 T细胞识别与MHC结合的抗原 MHC major histocompatibility complex第6页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（3）免疫反应分类 体液免疫反应 依赖于B细胞，由分泌抗体 （Ig）来介导第7页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 细胞免疫反应第8

4、页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四二、 免疫球蛋白（ Immunoglobulin ）可溶性的血清糖蛋白Ig1、结构：非共价键和二硫键连接的轻、重链两者均含可变区或V区N端和恒定区或C区C端 两大特点高度特异性、庞大多样性第9页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四L链（214aa）VL、CL和两种，对一个Ig唯一H链（426aa）VH、 CH1、CH2、CH3恒定区的序列有 、和五种类型VL和VH内有高变区真正抗原结合部位负责抗体分子对抗原的识别互补决定区CDRIgG、IgA、IgM、IgD和IgE （人体）第10页，共42页，2022年，5月20日，9

5、点46分，星期四第二节 免疫球蛋白基因的重组 和体细胞突变第11页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 一、 免疫球蛋白基因的组织 Ig基因有三个独立的基因家族分别编码两个轻链（和）、 一个重链（小鼠 6、16和12号染色体） 轻链基因家族的组成：L、V、J、C四类基因片段 Lleader segment V variable segment Jjioning segment Cconstant segment 重链家族：L、V、D、J、C五类片段 Ddiversity segment 高变区 J和C之间有增强子 种系中基因数目变动较大 第12页，共42页，2022年，5月2

6、0日，9点46分，星期四FamilyV GenesC GenesManMouseManMouseLambda64Kappa100098人的重链基因簇包括了所有组织重链的基因信息（重链恒定区九种C片段、两个假基因）第13页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四家族V基因后跟随着几个以J片段作为前导的C基因第14页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四k家族（人和老鼠）的组成： V 基因（人300、鼠1000 ）、5个 J（一个假基因）、 1个 C基因第15页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四二、 免疫球蛋白基因形成过程中的重组机制 除淋巴细胞外

7、，所有细胞免疫球蛋白基因簇的结构都是 相同的种系结构 骨髓干细胞在分化为成熟B淋巴细胞时出现免疫球蛋白 基因的体细胞重排 即淋巴细胞中重组产生活性基因使免疫系统为基因组 的改变提供了广泛的基础 抗体分子的多样性第16页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四1、轻链基因V和J片段的重组 a） 链的重组 每个C片段前有 J跟随 只发生一次重组 在V和J-C之间 (V和J的重组)第17页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 b） 链的重组 基因簇只有一个C V与C之间 5个J（一个假基因） 用到的每个 J都可以成为 V的外元终端 整合J左边 的缺失掉 右边的拼接过程

8、中作为内元第18页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 重链的可变 区由V和J基 因及第三个 D基因片段 编码 重链的可变 区重组有两 个阶段 D-J重组、 VH和DJ重组2、重链基因V、D和J片段的重组第19页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 所有V基因的组织结构上很类似 a）第一个外元编 码信号序（用于膜的黏附）b）第二个编码 可变区自身的 主要部分c）其他部分由 D片段（只对H家族）和一条J片段提供第20页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 一个指定的B淋巴细胞产生、其中之一轻链同重链结合 轻链中表现为同型性项斥（isotypi

9、c exclusion） 往往只有链基因重组失败，才发动链基因重组 抗体中大部分轻链是 链，链往往占少部分 人类有约60%的轻链是链，约40%为链。老鼠有95% 的B细胞表达类型的轻链 单特异性单个B细胞只产生一种抗体基因 淋巴细胞为二倍体H、和都有两个等位基因 重组表现为等位基因排斥（allelic exclusion）第21页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四3、重组的分子机制 利根川进（Tonegawa S） 1987 Nobel prize 1） 重组位点 轻重链重组涉及相同的机理（特异位点） V下游、J上游、D两侧存在保守的重组信号序列（RSS） RSS: 共同的

10、回文七核苷酸CACAGTG（与基因连接） 固定长度的间隔序列12bp或23bp 共同的富含A的九核苷酸ACAAAAACC第22页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 轻链中：链V下游与J上游的RSS方向相反 (间隔序列12、23) D下游和J上游的RSS也有同样关系（12、23） 重链中：V下游与D上游的RSS方向相反(间隔序列23、12) 链(间隔序列12、23)第23页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 2） 重组机制 涉及链的断裂和重接 重组酶基因 rag(recombination activating gene) 编码蛋白质RAG1和RAG2 R

11、AG1和RAG2识别RSS之间所形成的二级结构 重组只发生在间隔为12bp与23bp的不同RSS之间 1223规则第24页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四V LL VV L9Nt 9Nt12Nt 23Nt7Nt 7NtV J La) RAG1/RAG2识别的二级 结构 不同的V片段与J-C的重组 （H链 V与D、D与J-C） 导致Ig多样性第25页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四b) RAG1/RAG2复 合物切开七核苷酸 与基因接头处的一 条链（3OH、 5P）c) 基因片段末端形成 发夹结构 游离3OH攻击 另一条链的酯键 （双链断裂）d) 连接

12、反应导致序列 的变化插入、缺失 （影响编码蛋白）第26页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 连接位点不同 导致Ig的多样性第27页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四3) V基因只有和C连接 后才有活性 涉及启动子和增强子 的作用 V-C连接后V的启动子 接近增强子后才有活 性 增强子只在B细胞内 才有活性（组织）第28页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四4) 重排中的等位相斥 轻、重链中都涉及 Ig0未经重排的种 系构型 Ig无效基因 Ig+有效基因 活性链的生成抑制 了进一步的重排第29页，共42页，2022年，5月20日，9点46

13、分，星期四三、体细胞突变 在体细胞原型球蛋白基因序列上发生的单个碱基突变 、轻链和重链都发现有体细胞突变第30页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四总结：产生抗体多样性的机制 a） 性细胞内含有多个V基因 b） V-J和V-D-J的重组 c） 重组部位的差异性d） 体细胞突变 e） 重链和轻链的随机重组 各种机制相伴随,因此Ig多样性以乘积的方式增加第31页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四L（） 300 (V) 5(J) 1500 （ L() ）H n 100(V) 20(D diversity) 4(J) 10(C) n 80000 L V-L 多位点

14、连接 10 H V-L 多位点连接 100Ig 种类 1500 80000 10 100 n 12 1010远远多于抗原的种类（数百万种）第32页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第三节 免疫球蛋白重链 恒定区基因第33页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 B细胞分化之出,轻重链重排后经转录和拼接加工成成熟 mRNA后翻译成免疫球蛋白膜型IgM、IgD 成熟B细胞经抗原刺激分泌型抗体IgM 再次抗原刺激后第二次重排 出现重链基因改变恒定区（C片段），即类型转换 抗原特异性不变IgG 或 IgA 或 IgE 类型转换后的B细胞浆细胞 分泌大量单特异性的抗体

15、第34页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四一、 免疫球蛋白重链恒定区基因2、重链基因C片段的转换发生在转换区switch region S区每个C片段的5端（除外） 成熟的抗体形成细胞使用同一系列的可变区基因， 通过C区变化转变抗体类型(可能与染色体间的交换有关)1、一个细胞同时产生两种以上Ig通过选择性拼接 （不同的加尾位点）第35页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 C区导致的抗体类型的转换第36页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四二、 膜型和分泌型球蛋白的产生 通过C区基因不同方式 的转录而产生的第37页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 免疫球蛋白产生的总结图1、DJ重组重链2、VDJ重组3、VDJ转录4、翻译和轻链5、VJ重组6、转录VJ 或 VJ7、翻译 或 8、膜IgM 膜IgD9、分泌型IgM第一次抗原T依赖抗原抗原、TH10、换成IgG 或 IgA 或 IgE第38页，共42页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第四节 T细胞抗原受体基因第39页，共42