免疫球蛋白-碩士-

1、Immunoglobulin免疫球蛋白Contents免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)免疫球蛋白異質(zhì)性免疫球蛋白的功能 免疫球蛋白的特性 人工制備抗體 抗體產(chǎn)生的基因重排機(jī)制第一部分免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)抗體(Antibody, Ab) 由B細(xì)胞識(shí)別抗原后增殖分化為漿細(xì)胞所產(chǎn)生的一類(lèi)能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合、具有免疫功能的球蛋白。免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig) 具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白 分泌型：存在于體液中，具有抗體的各種功能 膜型：B細(xì)胞膜上的抗原受體概 念A(yù)bIg抗體和免疫球蛋白的關(guān)系 Nobel prize winners for antibodies research190

2、1von BeringSerum therapy1908Ehrlich & MetchnikoffAb production1972Edelman & PoterAb structure1977Yalowradioimmunology1984Koler,Milstein & JerneMonoclonal Ab1987TonegawaGene of AbEmil von Behring 1854 - 1917, Nobel Prize in 1901 for demonstrating that circulating antitoxins against diphtheria and tet

3、anus toxins conferred immunity. Discovery and application of antibody Paul Ehrlich , Nobel Prize in 1908 for demonstrating production of antibodyDiscovery and application of antibody Rodney Porter 1917-1985Nobel Prize in 1972Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972Ab structureProduction of McAbGeore

4、ges Kohler 1946-Cesar MilsteinNobel Prize in 1984Susumu TonegamaNobel Prize 1987免疫球蛋白的結(jié)構(gòu) 一、基本結(jié)構(gòu)（一級(jí)、二級(jí)結(jié)構(gòu)）二、附屬成分（附屬結(jié)構(gòu)）三、水解片段（水解結(jié)構(gòu)）一、基本結(jié)構(gòu) 兩條相同的重鏈和兩條相同的輕鏈連接而成連接的四肽結(jié)構(gòu)。1.重鏈和輕鏈分子量比較大(50-75kD)據(jù)重鏈恒定區(qū)氨基酸組成和排列順序不同，可分為5類(lèi)一、基本結(jié)構(gòu)重鏈 (Heavy chain,H)1.重鏈和輕鏈免疫球蛋白分類(lèi)(Class)IgG - Gamma () heavy chainIgM - Mu () heavy cha

5、inIgA - Alpha () heavy chainIgD - Delta () heavy chainIgE - Epsilon () heavy chain分子量比較小25kD據(jù)恒定區(qū)氨基酸的組成和排列順序，可分為k和鏈同一Ig上的兩輕鏈同型一、基本結(jié)構(gòu)輕鏈(Light chain,L)1.重鏈和輕鏈2.可變區(qū)和恒定區(qū) 一、基本結(jié)構(gòu)Ig重鏈和輕鏈的近N端110個(gè)氨基酸變化比較大，稱為可變區(qū),即VH 和VL 其中有的區(qū)域特別易變化，稱為高變區(qū)(hypervariable region，HVR1-3),其它部分叫骨架區(qū)(framework fegion,FR1-4)高變區(qū)是抗原的結(jié)合部位，

6、與抗原決定簇形成一個(gè)互補(bǔ)的表面，稱互補(bǔ)決定區(qū)(complementarity determining region,CDR1-3)2.可變區(qū)和恒定區(qū) 一、基本結(jié)構(gòu)可變區(qū) (variable region,V區(qū)) Figure 3-6Figure 3-7Figure 3-8輕鏈和重鏈的近C端的氨基酸變化比較小，稱為恒定區(qū)，CH和CL 不同類(lèi)Ig的恒定區(qū)長(zhǎng)度不同，如CH1-3(4) 同種的同類(lèi)Ig的恒定區(qū)比較固定，故有相同的二抗2.可變區(qū)和恒定區(qū) 一、基本結(jié)構(gòu)恒定區(qū)(Constant region, C區(qū))位于CH1和CH2之間；富含脯氨酸，易彎曲，利于與抗原表位的結(jié)合；易水解(木瓜蛋白酶等)。3

7、.鉸鏈區(qū)(hinge region) 一、基本結(jié)構(gòu)Ig分子肽鏈折疊形成的球形有功能的結(jié)構(gòu)域(domain),約110個(gè)氨基酸組成一個(gè)結(jié)構(gòu)域。折疊形成兩個(gè)片層結(jié)構(gòu)，中間由二硫鍵垂直連接，桶狀或三明治。4.結(jié)構(gòu)域(二級(jí)結(jié)構(gòu))一、基本結(jié)構(gòu)J鏈(Joining chain) 漿細(xì)胞合成的富含半胱氨酸的連接單體成多聚體的肽鏈。分泌片(Secretory piece, SP) 粘膜上皮細(xì)胞合成的非共價(jià)結(jié)合于IgA并起轉(zhuǎn)運(yùn)保護(hù)作用的含糖肽鏈。 二、附屬結(jié)構(gòu)ADDITIONAL STRUCTURE三、水解片段 PROTEOLYTIC STRCUTURE酶木瓜蛋白酶(papain)胃蛋白酶(pepsin)木瓜蛋

8、白酶(papain)的水解片段 部位：重鏈鉸鏈區(qū)二硫鍵連接的近N端 片段：兩個(gè)Fab段，一個(gè)Fc 功能：Fab能結(jié)合抗原，但不凝集或沉淀 Fc可與細(xì)胞上的受體結(jié)合三、水解片段胃蛋白酶(pepsin)的水解片段 部位：重鏈鉸鏈區(qū)二硫鍵連接的近C端 片段：一個(gè)F(ab)2段，一個(gè)pFc 功能：F(ab)2段能結(jié)合抗原，可凝集或沉淀; pFc無(wú)生物活性三、水解片段抗原結(jié)合片段(fragment antigen binding, Fab)可結(jié)晶片段(fragment crystallizable, Fc)SUMMARY: Structure of Ab第二部分免疫球蛋白的異質(zhì)性免疫球蛋白異質(zhì)性免疫球蛋

9、白異質(zhì)性表現(xiàn)為：不同抗原表位刺激機(jī)體產(chǎn)生不同的Ig；Ig具有不同的類(lèi)別和型別；相同類(lèi)型的Ig具有不同的特異性。 不同抗原甚至同一抗原刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，在其抗原特異性及抗體類(lèi)型等方面都不盡相同。外源因素所致的異質(zhì)性 -免疫球蛋白的多樣性外源性抗原種類(lèi)、數(shù)目繁多；天然抗原分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有多個(gè)抗原表位免疫球蛋白異質(zhì)性內(nèi)源因素所致的異質(zhì)性同種型(isotype)：存在于同種抗體分子中的抗原表位；為種屬型標(biāo)志，位于Ig C區(qū)同種異型(allotype)：存在于同種內(nèi)不同個(gè)體間的免疫原性；為個(gè)體型標(biāo)記，位于Ig C區(qū)和V區(qū)獨(dú)特型(idiotype,Id)：由于CDR區(qū)的不同顯示出的不同免疫原性；為免疫

10、球蛋白分子的標(biāo)志，位于Ig V區(qū)免疫球蛋白異質(zhì)性同種型：同一種屬所有個(gè)體Ig分子共有的抗原特異性標(biāo)志同種異型：同一種屬不同個(gè)體間Ig分子具有的不同抗原特異性標(biāo)志獨(dú)特型：每個(gè)Ig分子所特有的抗原特異性標(biāo)志第三部分免疫球蛋白的功能抗體的功能Ig V區(qū)：1. 識(shí)別并特異性結(jié)合抗原2. 中和效應(yīng)-中和毒素和病毒Ig C區(qū)：3. 激活補(bǔ)體(IgG1-3，IgM)4. 結(jié)合Fc段受體，介導(dǎo)生物學(xué)效應(yīng)：調(diào)理作用：抗體、補(bǔ)體促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬功能（M）ADCC：具有殺傷活性的細(xì)胞通過(guò)其FcR識(shí)別結(jié)合于靶抗原上的抗體Fc段，直接殺傷靶細(xì)胞 （NK cell）介導(dǎo)型超敏反應(yīng)（IgE）5. 穿過(guò)胎盤(pán)(IgG)和黏膜

11、(sIgA)6. 對(duì)免疫應(yīng)答有正、負(fù)調(diào)節(jié)作用Figure 9-24Ab neutralize bacterial toxins of G+ bacterium中和細(xì)菌毒素Ab block the adherence of bacteria to host cells 阻斷抗原粘附宿主細(xì)胞Figure 9-28Abs kill the bacteria by the help of complement協(xié)助補(bǔ)體殺菌調(diào)理作用(opsonization) 抗體的Fc段與中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞上的Fc受體(Fc receptor,FcR)結(jié)合，從而增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬功能。增強(qiáng)吞噬調(diào)理作用抗體依賴的細(xì)胞介

12、導(dǎo)的細(xì)胞毒作用Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC 具有殺傷活性的細(xì)胞通過(guò)其Fc受體識(shí)別結(jié)合于靶抗原上的抗體Fc段，直接殺傷靶細(xì)胞。NK細(xì)胞是介導(dǎo)ADCC的主要細(xì)胞。第四部分免疫球蛋白的特性Different antibody isotypes are found in different parts of the bodyIgG IgM IgA IgE IgDIgG 再次免疫應(yīng)答的主要抗體1.the most common, most important, most content antibodies in our bodi

13、es. First antibody class discovered, it represents 80% of antibodies in the blood2.the only class of immunoglobulin that can cross the placenta in humans (FcRn)3. the only Ig to bind with SPA.IgM 早期產(chǎn)生的抗體 1. IgM pentameric macroglobulin 2. IgM is composed early in fetus, and early in immune response.

14、 3. natural antibodies against blood cell determinants. 4. immature marker of B cellsIgA 黏膜免疫的主要抗體 1 The predominant forms of IgA is sIgA. 2 the predominant immunoglobulin produced by B cells in Peyers patches, tonsils, and other submucosal lymphoid tissues.IgD B細(xì)胞發(fā)育分化成熟的標(biāo)志 1 traces of it are normal

15、ly found in the blood. 2 The function of IgD in serum is unknown. 3 the mature marker of B cellsIgE I型超敏反應(yīng)mediator substances that lead to allergic (I Type) disease.Human ImmunoglobulinsAntibody classes have distinct and overlapping functions第五部分人工制備抗體第一代：多克隆抗體 抗原免疫動(dòng)物所得到的血清，含有多種抗體的混合物，稱多克隆抗體(polyclo

16、nal antibodies).特異性不高，容易出現(xiàn)交叉反應(yīng)。第二代：?jiǎn)慰寺】贵w(monoclonal antibodies,mAb) 用雜交瘤技術(shù)得到的抗體，由一個(gè)B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的同源抗體，稱單克隆抗體.其結(jié)構(gòu)高度均一，純度高，特異性強(qiáng)，無(wú)交叉反應(yīng)。人工制備抗體第三代：基因工程抗體(genetic engineering antibody) 鼠源mAb在應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題：人抗鼠抗體(human anti-mouse antibody, HAMA)的產(chǎn)生?；蚬こ炭贵w：借助DNA重組和蛋白質(zhì)工程技術(shù)，在基因水平上對(duì)Ig分子進(jìn)行切割、拼接和修飾，重新組裝而成的新型抗體分子。人工制備抗體基因工

17、程抗體的發(fā)展方向：人源化；小型化；多功能化嵌合抗體(chimeric Ab)鼠V+人C改型抗體(reshaped Ab)鼠CDR+人FR和C區(qū)小分子抗體：僅由Fab或Fv組成的抗體多功能抗體：雙功能抗體、抗體融合分子等第六部分抗體產(chǎn)生的基因重排機(jī)制 So many Ab, how the gene manage it?Problem: Each individual can make 1 M to 1 B different antibodies.Each requires a complex genetic code. Not enough genes!10 different consta

18、nt regionsMillions of different variable regionsWhy?Genomic Organization of heavy- and light-chain segments重鏈基因的重排、RNA處理和蛋白質(zhì)表達(dá)的過(guò)程N(yùn)umber of gene segments k 40+5=45l 30+4=34H 65+27+6=98total gene segments 177重 點(diǎn)1. 抗體、免疫球蛋白、單克隆抗體、ADCC2. 抗體結(jié)構(gòu)3. 抗體功能練習(xí)題-名稱解釋1. 單克隆抗體用雜交瘤技術(shù)得到的抗體，由一個(gè)B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的同源抗體，稱單克隆抗體(monoclonal antibodies,mAb).其結(jié)構(gòu)高度均一，純度高，特異性強(qiáng)，無(wú)交叉反應(yīng)。2. HVR/CDR高變區(qū)(HVR)：在VL和VH中某些局部區(qū)域的氨基酸組成