抗體重排的資料

抗體重排的資料第1頁/共72頁1.TB細(xì)胞都用其抗原識別受體識別抗原

B細(xì)胞：Bcellreceptor(BCR) T細(xì)胞：Tcellreceptor(TCR)淋巴細(xì)胞抗原識別特點：2.一種淋巴細(xì)胞僅表達(dá)一種抗原受體第2頁/共72頁

究竟什么樣的病原微生物能夠突破機體的天然免疫屏障并不能預(yù)料。為了能夠防御所有可能的病原微生物的感染，特異性免疫應(yīng)答系統(tǒng)必須能夠識別所有可能的外來抗原物質(zhì)，因此BCR和TCR必須形成一個巨大的抗原受體庫。第3頁/共72頁問題：

為什么人產(chǎn)生的抗體比他自身攜帶的總的基因數(shù)還要多？

人可以表達(dá)的抗原受體約為1012個，人的基因總數(shù)僅為3－5萬個。第4頁/共72頁內(nèi)容：一、BCR重排的發(fā)現(xiàn)及BCR胚系基因結(jié)構(gòu)二、產(chǎn)生BCR多樣性的機制三、BCR基因表達(dá)的一些特點四、TCR的基因結(jié)構(gòu)和多樣性的產(chǎn)生

第5頁/共72頁一、BCR重排的發(fā)現(xiàn)及其胚系基因結(jié)構(gòu)第6頁/共72頁BCR或抗體由可變區(qū)和恒定區(qū)組成，其多樣性是由可變區(qū)決定的。

可變區(qū)多樣性是怎樣產(chǎn)生的?第7頁/共72頁抗體多樣性的兩種假說：體細(xì)胞突變假說

B細(xì)胞發(fā)育過程中發(fā)生了突變，導(dǎo)致生成的BCR或者抗體變成許多種基因片段重排假說

Dreyer和Bennett于1965年提出，即兩個基因一條多肽鏈理論。他們認(rèn)為BCR由兩類基因片段組成，一類編碼BCR的V區(qū)，一類編碼BCR的C區(qū)。V區(qū)基因含有多個基因片段，只有其中一個片段與C區(qū)形成抗體。？第8頁/共72頁Tonegawa的設(shè)想：

XXXXXX限制性內(nèi)切酶酶切位點BCR胚系基因經(jīng)過重排的基因第9頁/共72頁

重排現(xiàn)象的實驗證明第10頁/共72頁

對小鼠胚系DNA和骨髓瘤細(xì)胞V和C基因的DNA做序列分析，發(fā)現(xiàn)在重排后的V區(qū)和C區(qū)基因不是直接拼接在一起的，由此發(fā)現(xiàn)了J(joining)基因片段和D（diversity）基因片段。第11頁/共72頁“Forhisdiscoveryofthegeneticprincipleforgenerationofantibodydiversity"MassachusettsInstituteofTechnology(MIT)

Cambridge,MA,USATheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1987SusumuTonegawa（利根川進(jìn)）b.1939第12頁/共72頁人免疫球蛋白胚系基因圖l輕鏈基因位于22號染色體上，k輕鏈基因位于2號染色體上，重鏈基因位于14號染色體上。V區(qū)基因和C區(qū)基因。V、D、J基因片段。信號肽L(leader)將各條肽鏈導(dǎo)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后被切去。第13頁/共72頁小結(jié)：

抗體或BCR的多樣性是由它們的可變區(qū)決定的引起抗體多樣性的基因重排假說和體細(xì)胞突變假說基因重排假說的證實

J和D基因片段的發(fā)現(xiàn)胚系免疫球蛋白的基因結(jié)構(gòu)

第14頁/共72頁二、產(chǎn)生BCR多樣性的機制

第15頁/共72頁(1)多樣性機制之一：基因片段的重排第16頁/共72頁每條編碼輕鏈和重鏈可變區(qū)的基因都由數(shù)個基因片段組成。k鏈：40（Vk）x5（Jk）=200個Vkl鏈：30（Vl）x4（Jl）=120個Vl重鏈：65（VH）x27（DH）x6（JH）=11000個VH第17頁/共72頁基因片段重排方式：12/23規(guī)則(12/23rule)重組信號序列(recombinationsignalsequence,RSS):

七核苷酸－12/23核苷酸的隨機序列－九核苷酸第18頁/共72頁第19頁/共72頁

V區(qū)基因的重組由幾種V(D)J重組酶協(xié)調(diào)完成，負(fù)責(zé)剪切和連接工作。包括RAG－1和RAG－2異二聚體組成的內(nèi)切酶、TdT、DNA連接酶IV，DNA－PK、Ku。第20頁/共72頁k鏈：40（Vk）x5（Jk）=200個Vkl鏈：30（Vl）x4（Jl）=120個Vl重鏈：65（VH）x27（DH）x6（JH）=11000個VH

理論上將產(chǎn)生11000x(200＋120)=3.5x106個不同抗原特異性的抗體，實際上要少一些。因為并不是所有的V基因都以同樣頻率使用，并不是所有的輕鏈重鏈配對都能成功。（2)多樣性機制之二：重鏈輕鏈隨機組合第21頁/共72頁（3）多樣性機制之三：基因片段結(jié)合處的變化

僅僅通過基因重排和隨機組合，理論上只能產(chǎn)生3.5x106個不同抗原特異性的抗體，實際上抗體的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于這個數(shù)字。

第22頁/共72頁

為什么CDR3高變區(qū)變化最大呢？

抗體多樣性主要由CDR體現(xiàn)，其中CDR3在三個高變區(qū)中的變化最大。CDR1和CDR2由V區(qū)基因編碼，CDR3在輕鏈中是由V基因片段和J基因片段的連接處編碼的，在重鏈中是由D基因編碼的。第23頁/共72頁

對重排后的基因和胚系基因的核苷酸序列進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)V（D）J不是準(zhǔn)確地連在一起的，在連接時增加和減少數(shù)個核苷酸，連接多樣性(junctiondiversity)。核苷酸在連接處的增加或者減少常常導(dǎo)致DNA的讀框受到破壞，產(chǎn)生沒有功能的抗體。

第24頁/共72頁（4）多樣性機制之四：體細(xì)胞高突變（SomaticHypermutation,SHM)純系三組BALB/c小鼠免疫抗原后對特異性抗體可變區(qū)的序列分析

抗體的親和力成熟(affinitymaturation)第25頁/共72頁小鼠和人類的SHM的頻率是10-5至10-3，比其他基因的自發(fā)突變高1百萬倍。SHM在抗體的可變區(qū)發(fā)生需要AID（Activation-inducedcytidinedeaminase）第26頁/共72頁cytosineuracil

AIDSHM的機制uracil-N-glycosylase（UNG)除去dU，Mismatchrepair(MMR)蛋白識別錯配堿基，Error-proneDNApolymerases修復(fù)，導(dǎo)致突變（在胞嘧啶位置或相鄰位置）dC:dG形成dU:dG錯配第27頁/共72頁SHM的發(fā)生第28頁/共72頁重排和高突變的發(fā)育控制

重排：抗體基因片段在與抗原無關(guān)的情況下裝配起來，這樣的抗體對抗原具有低親和力。體細(xì)胞突變：一旦抗原被找到了，對該抗原具有低親和力的B細(xì)胞就會發(fā)生體細(xì)胞突變，形成高親和力的B細(xì)胞。第29頁/共72頁問題：

為什么免疫系統(tǒng)要用兩種機制改變體細(xì)胞使抗體增加多樣性？第30頁/共72頁微生物和它們的分泌物是免疫系統(tǒng)的主要防御對象。因為微生物生長速度比脊椎動物快許多倍，因此微生物產(chǎn)生突變體的速度可以很快，如果免疫球蛋白僅是由胚系基因編碼的，那么脊椎動物就無法對付抗原飛速的變化，體細(xì)胞多樣性使得機體不受限制地產(chǎn)生抗體。第31頁/共72頁（5）多樣性機制之五：

類別轉(zhuǎn)換（isotypeswitch）

B細(xì)胞恒定區(qū)的基因在B細(xì)胞成熟后仍然改變。所有的B細(xì)胞最開始都表達(dá)IgM，之后表達(dá)的抗體可以是IgG，IgA和IgE，這種變化叫做類別轉(zhuǎn)換。輕鏈不產(chǎn)生類別轉(zhuǎn)換。

第32頁/共72頁免疫球蛋白C區(qū)基因:

200kb長。每個C區(qū)基因又分成幾個外顯子，每個外顯子表達(dá)一個恒定區(qū)功能域。第33頁/共72頁表達(dá)IgM和IgD的B細(xì)胞沒有經(jīng)過類別轉(zhuǎn)換，它們只是RNA選擇性剪切的結(jié)果。第34頁/共72頁

類別轉(zhuǎn)換的過程：轉(zhuǎn)換序列（switchsequence或者switchregion）ClassSwitchRecombination（CSR）第35頁/共72頁類別轉(zhuǎn)換需要T細(xì)胞和細(xì)胞因子參加第36頁/共72頁CSR和SHM都在B細(xì)胞的中心母細(xì)胞階段發(fā)生SHM和CSR使用不同的一組酶SHM：AID（氨基末端）CSR：AID（羧基末端），Ku，DNA-PKcs，H2AXCSR也需要AID參與第37頁/共72頁類別轉(zhuǎn)換與V區(qū)基因重組不一樣。第二，類別轉(zhuǎn)換僅僅引起抗體的類別而不是特異性變化；第三，類別轉(zhuǎn)換在B細(xì)胞受到抗原激活之后產(chǎn)生，而不是在B細(xì)胞發(fā)育過程中產(chǎn)生；第四，類別轉(zhuǎn)換不是隨機的，而是由T細(xì)胞調(diào)節(jié)的。第一，所有類別轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物都是具有功能的；第38頁/共72頁抗體多樣性的產(chǎn)生第39頁/共72頁基因重排體細(xì)胞突變類別轉(zhuǎn)換細(xì)胞階段未成熟細(xì)胞成熟細(xì)胞成熟細(xì)胞發(fā)生地點骨髓生發(fā)中心生發(fā)中心抗體部位可變區(qū)可變區(qū)恒定區(qū)多樣性的產(chǎn)生第40頁/共72頁小結(jié)：

抗體可變區(qū)的多樣性由四個主要原因決定：VJ或VDJ基因片段重排；輕鏈重鏈隨機組合；基因片段結(jié)合處的變化；體細(xì)胞突變。

B細(xì)胞的類別轉(zhuǎn)換導(dǎo)致可變區(qū)相同恒定區(qū)不同的抗體。胚系基因具有重組信號序列?；蛑嘏艜r遵循12/23規(guī)則由V(D)J重組酶幫助完成重排。體細(xì)胞基因重排發(fā)生在B細(xì)胞接觸抗原之前，產(chǎn)生的抗體親和力低。體細(xì)胞突變發(fā)生在B細(xì)胞接觸抗原之后，產(chǎn)生的抗體親和力高。第41頁/共72頁三、BCR基因表達(dá)的一些特點

第42頁/共72頁（1）等位排斥(allelicexclusion)：一個B細(xì)胞只表達(dá)一種BCR

同種型排斥（isotypeexclusion）：一個B細(xì)胞只表達(dá)一種輕鏈。第43頁/共72頁B細(xì)胞發(fā)育過程中輕鏈重鏈的重排過程：第44頁/共72頁輕鏈會發(fā)生反復(fù)重排，重鏈不發(fā)生反復(fù)重排第45頁/共72頁

每個等位基因基本以相等的比例表達(dá)，沒有哪個等位基因優(yōu)先的傾向，先重排的基因先表達(dá)。

k和l輕鏈比例在不同種屬中差異很大。人是65:35，小鼠95:5，貓與鼠相反。第46頁/共72頁（2）膜型Ig和分泌型Ig

第47頁/共72頁小結(jié)：

B細(xì)胞在發(fā)育過程中產(chǎn)生等位排斥和同種型排斥現(xiàn)象，結(jié)果一個B細(xì)胞只表達(dá)一種BCR或分泌一種抗體。所有免疫球蛋白都有跨膜型（BCR）和分泌型（抗體）兩種。

第48頁/共72頁四、TCR的基因結(jié)構(gòu)和多樣性的產(chǎn)生

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BCR和TCR都是識別抗原，那么TCR的基因結(jié)構(gòu)和多樣性的產(chǎn)生究竟是否和BCR相似呢？第50頁/共72頁（1）TCR和BCR的相似之處第51頁/共72頁

TCR結(jié)構(gòu)類似免疫球蛋白，與免疫球蛋白有30-35%同源性。與BCR一樣，兩種TCR都含可變區(qū)和恒定區(qū)。第52頁/共72頁TCR結(jié)構(gòu)與免疫球蛋白的Fab類似第53頁/共72頁

TCR的基因的組成方式與免疫球蛋白基因基本一樣。a鏈和g鏈基因類似輕鏈，有V和J基因片段。b鏈和d鏈基因類似重鏈，有VDJ基因片段。

TCR的胚系基因結(jié)構(gòu)（

b,g鏈基因在第7號染色體上，a,d鏈基因在第14號染色體上）第54頁/共72頁TCR也是通過體細(xì)胞重排變?yōu)槎鄻有缘牡?5頁/共72頁

TCR的重排的機制與免疫球蛋白一樣，也具有7核苷酸和9核苷酸的重組識別信號，并遵守12/23堿基規(guī)則。第56頁/共72頁TCR也存在著等位排斥現(xiàn)象第57頁/共72頁（2）TCR和BCR的區(qū)別第58頁/共72頁

Va類似免疫球蛋白輕鏈的VJ基因產(chǎn)物，Vb類似重鏈的VDJ基因產(chǎn)物。其折疊方式類似免疫球蛋白Fab片段。但是TCR的Ca不具備免疫球蛋白的折疊方式。第59頁/共72頁TCR也具有連接多樣性。因為TCR具有更多的J基因片段和更多的N區(qū)插入，TCR在連接處的變化更大。第60頁/共72頁編碼TCR

b鏈的D基因片段有兩處，這樣會增加其有效重排的機會第61頁/共72頁編碼a鏈的J基因片段有多個，也會增加有效重排的機會第62頁/共72頁TCR沒有分泌形式，總是膜蛋白第63頁/共72頁TCR最大的不同