疫多樣產(chǎn)生的機(jī)制.ppt

第十二章 免疫多樣性產(chǎn)生的機(jī)制,第一節(jié) 免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白,第二節(jié) 免疫球蛋白基因的重組和體細(xì)胞突變,第三節(jié) 免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)基因,第四節(jié) T細(xì)胞抗原受體基因,第一節(jié) 免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白,一、 免疫系統(tǒng),1、組成：,免疫反應(yīng) 的 互補(bǔ)系統(tǒng),體液免疫系統(tǒng)：針對(duì)細(xì)菌、胞外病毒和外來(lái)蛋白,細(xì)胞免疫系統(tǒng)：破壞被病毒感染的宿主細(xì)胞、某 些寄生物和外來(lái)的移植組織,涉及細(xì)胞,淋巴細(xì)胞（lymphocyte）：造血干細(xì)胞 通過(guò)對(duì)外來(lái)物質(zhì)特異的模受體識(shí)別抗原 B、T淋巴細(xì)胞,巨噬細(xì)胞：組織特異，來(lái)源于骨髓干細(xì)胞 吞噬大顆粒和細(xì)胞、抗原呈遞細(xì)胞,2、B、T細(xì)胞,（1）B細(xì)胞： bone marrow中完成發(fā)育, 表達(dá)獨(dú)特的抗原膜結(jié)合受體-一種抗體分子, 遇到抗原迅速分裂成子代：,a) 記憶細(xì)胞：長(zhǎng)壽 表達(dá)與親代細(xì)胞具有同一結(jié)合特性抗體,b) 效應(yīng)細(xì)胞：漿細(xì)胞，存活幾天 產(chǎn)生分泌型的可溶性抗體, B細(xì)胞受體單獨(dú)識(shí)別抗原 但需要TH細(xì)胞提供信號(hào)才能分泌抗體,（2）T細(xì)胞： 遷移到thymus gland中完成后期發(fā)育, 表達(dá)抗原特異的膜受體T細(xì)胞受體 異二聚體 或兩條蛋白鏈, 受與MHC結(jié)合的抗原刺激激活分化成： 記憶T細(xì)胞 各種效應(yīng)T細(xì)胞, 兩種：T助細(xì)胞或TH細(xì)胞（helper T cell） 激活后分泌淋巴因子激活B、Tc和吞噬細(xì)胞等 T胞毒細(xì)胞或Tc細(xì)胞（cytotoxic T cell） 監(jiān)視病毒感染細(xì)胞、腫瘤和外來(lái)移植組織, T細(xì)胞識(shí)別與MHC結(jié)合的抗原 MHC major histocompatibility complex,（3）免疫反應(yīng)分類, 體液免疫反應(yīng) 依賴于B細(xì)胞，由分泌抗體 （Ig）來(lái)介導(dǎo), 細(xì)胞免疫反應(yīng),二、 免疫球蛋白（ Immunoglobulin ）,可溶性的血清糖蛋白Ig,1、結(jié)構(gòu)：,非共價(jià)鍵和二硫鍵連接的輕、重鏈,兩者均含可變區(qū)或 V區(qū)N端 和恒定區(qū)或C區(qū) C端, 兩大特點(diǎn) 高度特異性、龐大多樣性,L鏈（214aa）VL、CL 和兩種，對(duì)一個(gè)Ig唯一 H鏈（426aa）VH、 CH1、CH2、CH3 恒定區(qū)的序列有 、和五種類型,VL和VH內(nèi)有高變區(qū) 真正抗原結(jié)合部位 負(fù)責(zé)抗體分子對(duì)抗原的識(shí)別 互補(bǔ)決定區(qū)CDR,IgG、IgA、IgM、IgD和IgE （人體）,第二節(jié) 免疫球蛋白基因的重組 和體細(xì)胞突變,一、 免疫球蛋白基因的組織, Ig基因有三個(gè)獨(dú)立的基因家族分別編碼兩個(gè)輕鏈（和）、 一個(gè)重鏈（小鼠 6、16和12號(hào)染色體）, 輕鏈基因家族的組成：L、V、J、C四類基因片段 Lleader segment V variable segment Jjioning segment Cconstant segment, 重鏈家族：L、V、D、J、C五類片段 Ddiversity segment 高變區(qū), J和C之間有增強(qiáng)子, 種系中基因數(shù)目變動(dòng)較大,人的重鏈基因簇包括了所有組織重鏈的基因信息（重鏈恒定區(qū)九種C片段、兩個(gè)假基因）,家族V基因后跟隨著幾個(gè)以J片段作為前導(dǎo)的C基因,k家族（人和老鼠）的組成： V 基因（人300、鼠1000 ）、5個(gè) J（一個(gè)假基因）、 1個(gè) C基因,二、 免疫球蛋白基因形成過(guò)程中的重組機(jī)制, 除淋巴細(xì)胞外，所有細(xì)胞免疫球蛋白基因簇的結(jié)構(gòu)都是 相同的種系結(jié)構(gòu), 骨髓干細(xì)胞在分化為成熟B淋巴細(xì)胞時(shí)出現(xiàn)免疫球蛋白 基因的體細(xì)胞重排, 即淋巴細(xì)胞中重組產(chǎn)生活性基因使免疫系統(tǒng)為基因組 的改變提供了廣泛的基礎(chǔ) 抗體分子的多樣性,1、輕鏈基因V和J片段的重組,a） 鏈的重組, 每個(gè)C片段前有 J跟隨, 只發(fā)生一次重組 在V和J-C之間 (V和J的重組),b） 鏈的重組, 基因簇只有一個(gè)C, V與C之間 5個(gè)J （一個(gè)假基因）, 用到的每個(gè) J都可以成為 V的外元終端, 整合J左邊 的缺失掉 右邊的拼接過(guò)程中作為內(nèi)元, 重鏈的可變 區(qū)由V和J基 因及第三個(gè) D基因片段 編碼, 重鏈的可變 區(qū)重組有兩 個(gè)階段 D-J重組、 VH和DJ重組,2、重鏈基因V、D和J片段的重組, 所有V基因的組織結(jié)構(gòu)上很類似,a）第一個(gè)外元編 碼信號(hào)序 （用于膜的黏附）,b）第二個(gè)編碼 可變區(qū)自身的 主要部分,c）其他部分由 D片段（只對(duì)H家族）和一條J片段提供, 一個(gè)指定的B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生、其中之一輕鏈同重鏈結(jié)合, 輕鏈中表現(xiàn)為同型性項(xiàng)斥（isotypic exclusion） 往往只有鏈基因重組失敗，才發(fā)動(dòng)鏈基因重組, 抗體中大部分輕鏈?zhǔn)?鏈，鏈往往占少部分 人類有約60%的輕鏈?zhǔn)擎?，約40%為鏈。老鼠有95% 的B細(xì)胞表達(dá)類型的輕鏈, 單特異性單個(gè)B細(xì)胞只產(chǎn)生一種抗體基因, 淋巴細(xì)胞為二倍體H、和都有兩個(gè)等位基因 重組表現(xiàn)為等位基因排斥（allelic exclusion）,3、重組的分子機(jī)制, 利根川進(jìn)（Tonegawa S） 1987 Nobel prize,1） 重組位點(diǎn), 輕重鏈重組涉及相同的機(jī)理（特異位點(diǎn)）, V下游、J上游、D兩側(cè)存在保守的重組信號(hào)序列（RSS）, RSS: 共同的回文七核苷酸CACAGTG（與基因連接） 固定長(zhǎng)度的間隔序列12bp或23bp 共同的富含A的九核苷酸ACAAAAACC, 輕鏈中：鏈V下游與J上游的RSS方向相反 (間隔序列12、23), D下游和J上游的RSS也有同樣關(guān)系（12、23）, 重鏈中：V下游與D上游的RSS方向相反(間隔序列23、12),鏈(間隔序列12、23),2） 重組機(jī)制, 涉及鏈的斷裂和重接, 重組酶基因 rag(recombination activating gene) 編碼蛋白質(zhì)RAG1和RAG2, RAG1和RAG2識(shí)別RSS之間所形成的二級(jí)結(jié)構(gòu), 重組只發(fā)生在間隔為12bp與23bp的不同RSS之間 1223規(guī)則,a) RAG1/RAG2識(shí)別的二級(jí) 結(jié)構(gòu), 不同的V片段與J-C的重組 （H鏈 V與D、D與J-C） 導(dǎo)致Ig多樣性,b) RAG1/RAG2復(fù) 合物切開(kāi)七核苷酸 與基因接頭處的一 條鏈（3OH、 5P）,c) 基因片段末端形成 發(fā)夾結(jié)構(gòu) 游離3OH攻擊 另一條鏈的酯鍵 （雙鏈斷裂）,d) 連接反應(yīng)導(dǎo)致序列 的變化插入、缺失 （影響編碼蛋白）, 連接位點(diǎn)不同 導(dǎo)致Ig的多樣性,3) V基因只有和C連接 后才有活性, 涉及啟動(dòng)子和增強(qiáng)子 的作用, V-C連接后V的啟動(dòng)子 接近增強(qiáng)子后才有活 性, 增強(qiáng)子只在B細(xì)胞內(nèi) 才有活性（組織）,4) 重排中的等位相斥, 輕、重鏈中都涉及, Ig0未經(jīng)重排的種 系構(gòu)型 Ig無(wú)效基因 Ig+有效基因, 活性鏈的生成抑制 了進(jìn)一步的重排,三、體細(xì)胞突變, 在體細(xì)胞原型球蛋白基因序列上發(fā)生的單個(gè)堿基突變, 、輕鏈和重鏈都發(fā)現(xiàn)有體細(xì)胞突變,總結(jié)：產(chǎn)生抗體多樣性的機(jī)制,a） 性細(xì)胞內(nèi)含有多個(gè)V基因,b） V-J和V-D-J的重組,c） 重組部位的差異性,d） 體細(xì)胞突變,e） 重鏈和輕鏈的隨機(jī)重組, 各種機(jī)制相伴隨,因此Ig多樣性以乘積的方式增加,L（） 300 (V) 5(J) 1500 （ L() ）,H n 100(V) 20(D diversity) 4(J) 10(C) n 80000,Ig 種類 1500 80000 10 100 n 12 1010,遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于抗原的種類（數(shù)百萬(wàn)種）,第三節(jié) 免疫球蛋白重鏈 恒定區(qū)基因, B細(xì)胞分化之出,輕重鏈重排后經(jīng)轉(zhuǎn)錄和拼接加工成成熟 mRNA后翻譯成免疫球蛋白膜型IgM、IgD, 成熟B細(xì)胞經(jīng)抗原刺激分泌型抗體IgM 再次抗原刺激后第二次重排 出現(xiàn)重鏈基因改變恒定區(qū)（C片段），即類型轉(zhuǎn)換 抗原特異性不變IgG 或 IgA 或 IgE, 類型轉(zhuǎn)換后的B細(xì)胞漿細(xì)胞 分泌大量單特異性的抗體,一、 免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)基因,2、重鏈基因C片段的轉(zhuǎn)換發(fā)生在轉(zhuǎn)換區(qū)switch region S區(qū)每個(gè)C片段的5端（除外）, 成熟的抗體形成細(xì)胞使用同一系列的可變區(qū)基因， 通過(guò)C區(qū)變化轉(zhuǎn)變抗體類型(可能與染色體間的交換有關(guān)),1、一個(gè)細(xì)胞同時(shí)產(chǎn)生兩種以上Ig通過(guò)選擇性拼接 （不同的加尾位點(diǎn)）, C區(qū)導(dǎo)致的抗體類型的轉(zhuǎn)換,二、 膜型和分泌型球蛋白的產(chǎn)生, 通過(guò)C區(qū)基因不同方式 的轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生的,免疫球蛋白產(chǎn)生的總結(jié)圖,1、DJ重組,重鏈,輕鏈,5、VJ重組,8、膜IgM 膜IgD,9、分泌型IgM,10、換成IgG 或 IgA 或 IgE,第四節(jié) T細(xì)胞抗原受體基因, T細(xì)胞抗原受體TCR的抗原MH