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文檔簡介

1、免疫球蛋白 免疫球蛋白編碼基因 基因工程抗體,微生物學(xué)與免疫學(xué)系,1,學(xué)習(xí)交流PPT, 概述,1、免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig):1968和1972年WHO和國際免疫學(xué)會決定,將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白稱為免疫球蛋白。 2、抗體(antibody, Ab): B淋巴細(xì)胞在有效的抗原刺激下分化為漿細(xì)胞,產(chǎn)生具有與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白,這類免疫球蛋白稱為抗體。 3、 Ig與Ab的區(qū)別和聯(lián)系: Ig是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的概念; Ab是生物學(xué)功能上的概念;所有的Ab都屬于 Ig;并非所有的Ig 都具有Ab 的活性。,2,學(xué)習(xí)交流PPT, 免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu),

2、1、Ig的組成:由4條肽鏈通過鏈間S-S雙硫鍵連接而成,其中兩條分子量較大的鏈稱重鏈(Heavy chain,H鏈),兩條分子量較小鏈的稱輕鏈(Light chain,L鏈)。 2、H鏈:據(jù)氨基酸(aa)組成及序列的差異(抗原性)將H鏈分為5類, 、 、 、 、 鏈; 其分別對應(yīng)于,IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五類Ig。,第一節(jié) 免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能,3,學(xué)習(xí)交流PPT,Immunoglobulin Structure,4,學(xué)習(xí)交流PPT,3、L鏈:據(jù)aa組成及序列的差異將L鏈分為2型,、型, :為2:1(人)。 天然Ig單體中,兩條重鏈?zhǔn)峭惖?,兩條輕鏈?zhǔn)峭偷摹?4、Ig的分區(qū)

3、: (1)可變區(qū):在Ig近N端L鏈的1/2和H鏈的1/4( 、 )或1/5( 、 )范圍內(nèi),因aa組成及序列變化較大,故稱可變區(qū)(Variable region,V區(qū))。 (2)恒定區(qū):在Ig近C端L鏈的1/2和H鏈的3/4( 、 )或4/5( 、 )范圍內(nèi),因aa組成及序列變化相對穩(wěn)定故稱恒定區(qū)(Constant region,C區(qū))。,5,學(xué)習(xí)交流PPT,Immunoglobulin Structure,6,學(xué)習(xí)交流PPT,5、Ig的結(jié)構(gòu)域又稱功能區(qū)(Domain): (1)VH、VL:超變區(qū)(HVR1、2 、 3)、互補(bǔ)性決定區(qū)(CDR1、CDR2、CDR3),又稱Ig獨(dú)特型決定簇(Id

4、iotype);,7,學(xué)習(xí)交流PPT,(2)CH1、CL:是各類、亞類、型、亞型Ig遺傳標(biāo)記 所在部位; (3)IgG的CH2:補(bǔ)體C1q的結(jié)合位點; IgG 借助 CH2通過胎盤,發(fā)揮被動免疫作用; (4)CH3: IgG的CH3與中性粒、巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的 FcR結(jié)合,完成免疫調(diào)理作用;與NK細(xì)胞 表面表達(dá)的FcRIII結(jié)合,完成ADCC作用; (5) IgE的CH4: IgE的CH4與肥大和嗜堿性粒細(xì)胞表 面表達(dá)的FcR結(jié)合,完成I型超敏反 應(yīng); (6)絞鏈區(qū)(Hinge region):T Y,8,學(xué)習(xí)交流PPT,Immunoglobulin Structure,9,學(xué)習(xí)交流PPT,F

5、ab(Fragment of antigen-binding) Ag binding Valence = 1 Specificity determined by VH and VL,Fc(Crystalizable fragment) Effector functions,6、Ig的水解片段 (木瓜蛋白酶),10,學(xué)習(xí)交流PPT,F(ab)2 Ag binding Valence =2 pFc No effector functions,6、Ig的水解片段 (胃蛋白酶),11,學(xué)習(xí)交流PPT,12,學(xué)習(xí)交流PPT,7、Ig的其他成分,(1)J鏈 :(joining chain)由漿細(xì)胞合成,功

6、能是將 單體Ig分子連接為多聚體。如2個IgA單體形 成二聚體;5個IgM單體是形成五聚體。,13,學(xué)習(xí)交流PPT,7、Ig的其他成分,(2)分泌片 :(secretory piece, SP)由黏膜上皮細(xì)胞 合成和分泌,功能是保護(hù)分泌型IgA或 的 IgM鉸鏈區(qū)免受蛋白酶的降解。,14,學(xué)習(xí)交流PPT, 五類Ig的特點,15,學(xué)習(xí)交流PPT, Ig的生物學(xué)活性,1、特異性結(jié)合抗原 2、激活補(bǔ)體 3、與細(xì)胞Fc受體結(jié)合發(fā)揮生物效應(yīng) (1)免疫調(diào)理作用 (2)ADCC (3)介導(dǎo)I型超敏反應(yīng) (4)人IgG的Fc段與SPA結(jié)合 4、選擇性傳遞,16,學(xué)習(xí)交流PPT,17,學(xué)習(xí)交流PPT,Ab的生

7、物學(xué)活性,18,學(xué)習(xí)交流PPT,第二節(jié) 免疫球蛋白編碼基因和抗體的多樣性, 概述,人類B淋巴細(xì)胞存在三個編碼Ig的基因庫,即重鏈H基因庫及輕鏈、 基因庫,它們分別位于第14、2及22號染色體上。,19,學(xué)習(xí)交流PPT,一、胚系B細(xì)胞中Ig輕鏈基因的結(jié)構(gòu),由3個基因所編碼:V基因、J基因編碼可變區(qū);C基因編碼恒定區(qū),即V-J-C。,20,學(xué)習(xí)交流PPT,(一) 鏈基因結(jié)構(gòu),1、 V:V基因節(jié)段有90個,呈簇狀串聯(lián)排列(V1Vn,n=90),其中含30個假基因(指無功能性表達(dá)或只表達(dá)無功能產(chǎn)物的缺陷基因,但它可通過突變、置換及重排形成新的功能性基因,為可變區(qū)的多樣性提供后備基因)。V編碼V區(qū)110

8、aa中的196aa;,21,學(xué)習(xí)交流PPT,2、L序列:每個V前都有一個L序列(Leader),編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽,對輕鏈蛋白合成至關(guān)重要; 3、J:位于V下游,也呈串聯(lián)排列,含5個基因節(jié)段,編碼V區(qū)110aa中的97110aa; 4、C :只含單個外顯子,編碼C區(qū)蛋白。,22,學(xué)習(xí)交流PPT,(二) 鏈基因結(jié)構(gòu),1、V:V基因節(jié)段有60個,呈簇狀串聯(lián)排列(V 1Vn,n=60),其中含30個假基因 ; 2、L序列:每個V前都有一個L序列(Leader),編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽,對輕鏈蛋白合成至關(guān)重要;,23,學(xué)習(xí)交流PPT,3、J1C1,J2C2J7C7:C1C7代表各個亞型鏈的基因節(jié)段,其中含4個

9、功能基因節(jié)段和3個假基因。,24,學(xué)習(xí)交流PPT,二、胚系B細(xì)胞中Ig重鏈基因的結(jié)構(gòu),由四個基因所編碼:V基因、D基因、J基因編碼可變區(qū);C基因編碼恒定區(qū),即V-D-J-C。,25,學(xué)習(xí)交流PPT,(一)重鏈V區(qū)基因,1、VH:VH基因節(jié)段有95個,成簇狀串聯(lián)排列(VH1VHn,n=95),其中含45個假基因。每個VH前都有一個L序列(Leader),其作用是在合成重鏈時將重鏈固定在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。LnVHn編碼疏水前導(dǎo)肽和CDR1及CDR2;,26,學(xué)習(xí)交流PPT,2、DH,JH:DH有23個節(jié)段,成簇狀串聯(lián)排列;JH有9個節(jié)段,其中6個功能基因和3個偽基因。DHJH編碼CDR3,JH編碼可

10、變區(qū)的骨架部分(Framework region)。,27,學(xué)習(xí)交流PPT,(二)重鏈C區(qū)基因,1、CH:CH基因節(jié)段在染色體上的排列順序與其編碼的Ig在體內(nèi)成熟的順序相似,分別是CC C3C1C1C2C4CC2。除C 以外,其他CH基因節(jié)段都有一個轉(zhuǎn)換區(qū)(Switch region,S區(qū)),其作用是控制Ig類型轉(zhuǎn)換;,28,學(xué)習(xí)交流PPT,2、控制膜結(jié)合或分泌型Ig的基因:每個CH基因節(jié)段后分別排列著S和M兩基因,S即分泌型,M即膜結(jié)合型,如CSM、C S M 。,29,學(xué)習(xí)交流PPT,三、B細(xì)胞分化過程中的基因重排,1、基因重排定義:在B細(xì)胞分化和發(fā)育過程中,一部分基因節(jié)段互相接近、重新排

11、列,形成功能性的免疫球蛋白基因單位,此過程稱基因重排(Gene Rearrangement)。功能性的免疫球蛋白基因單位進(jìn)行轉(zhuǎn)錄,經(jīng)轉(zhuǎn)錄后的加工,再表達(dá)為免疫球蛋白。,30,學(xué)習(xí)交流PPT,2、可變區(qū)的基因重排: (1)重鏈可變區(qū)的基因重排:選擇一個DH與一個JH節(jié)段連接(DHJH),再選擇一個VH與DHJH相連,一旦VHDHJH重排成功且得到功能性表達(dá),其產(chǎn)物就會抑制另一條染色體上等位基因重排,此現(xiàn)象稱為等位基因排除。其產(chǎn)物同時啟動輕鏈可變區(qū)的基因重排;,31,學(xué)習(xí)交流PPT,(2)輕鏈可變區(qū)的基因重排:鏈基因優(yōu)于鏈基因重排。選擇一個V與一個J節(jié)段連接VJ,其產(chǎn)物就會發(fā)生等位基因排除,同時也

12、會抑制鏈基因重排,稱為同型排除。當(dāng)兩條染色體上的鏈基因重排都失敗時,才會啟動鏈基因重排。兩條染色體上的VH基因都是無產(chǎn)物重排,或基因和基因都是無產(chǎn)物重排,細(xì)胞凋亡(Apoptosis)。,32,學(xué)習(xí)交流PPT,(3) 可變區(qū)的基因重排1223規(guī)律和重組酶的作用:可變區(qū)的基因重排受基因節(jié)段側(cè)面的重組信號序列(RSS)控制,遵循1223規(guī)律且與DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)有關(guān)。,33,學(xué)習(xí)交流PPT,(4)重鏈類型轉(zhuǎn)換:每個CH(C除外)前都含一個S區(qū)(短的串聯(lián)重復(fù)序列),S區(qū)與重鏈類型轉(zhuǎn)換有關(guān)。 在B細(xì)胞分化過程中,V-D-J的重排及其與C的連接是不依賴抗原刺激,重排的V-D-J與C和C連接,經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工,

13、此時在B細(xì)胞表面表達(dá)mIgM和/或mIgD。 成熟的B細(xì)胞在抗原刺激下, B細(xì)胞在分泌IgM和/或IgD的同時,V-D-J從與C基因連接轉(zhuǎn)換到與C或C或C的連接,完成了類型轉(zhuǎn)換。,34,學(xué)習(xí)交流PPT,2、Ig的多樣性: (1) 組合性連接:重鏈的V-D-J連接(95個V基因、23個D基因,9個J基因);輕鏈的V-J-C(90個V基因、5個J基因、一個C基因;60個V基因、7個J基因和C基因); (2) 接合多樣性:發(fā)生在D-J、V-D-J、V-J連接時,1密碼子錯位;2框架(ORF)移位;3N-序列插入; (3) 體細(xì)胞突變:體細(xì)胞突變也可以產(chǎn)生Ig的多樣性。,35,學(xué)習(xí)交流PPT,3、重排

14、過程,36,學(xué)習(xí)交流PPT,第三節(jié) 基因工程抗體 (Genetic Engineering Antibody),概述,單克隆抗體(McAb)在臨床疾病診斷和治療中已發(fā)揮了很大的作用,但以下幾點限制了抗體的導(dǎo)向治療: (1)鼠源性McAb在人體內(nèi)易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答; (2)人的McAb制備甚為困難。,37,學(xué)習(xí)交流PPT,一、嵌合抗體(Chimeric Antibody),原理:保留鼠Ig可變區(qū)部分,將其恒定區(qū)用人Ig取代。 方法:PCR克隆鼠可變區(qū)基因和人恒定區(qū)基因,將兩 基因連接,并插入原核或真核表達(dá)載體中,并 導(dǎo)入大腸桿菌或轉(zhuǎn)染真核細(xì)胞,就可表達(dá)出嵌 合抗體分子。 優(yōu)點:親和力保持良好。 缺點

15、:含鼠Ig可變區(qū)的異源性,仍易誘導(dǎo)人免疫應(yīng)答。,38,學(xué)習(xí)交流PPT,原理:僅保留鼠Ig可變區(qū)CDR部分,將Ig其它區(qū)域都 用人Ig取代。 方法:CDR序列的獲得通常采用PCR技術(shù)。 優(yōu)點:大大降低了鼠抗體的免疫原性。 缺點:親和力不佳。,二、CDR移植抗體(CDR Grafting Antibody),又稱重構(gòu)抗體或改形抗體(Reshaped Antibody),39,學(xué)習(xí)交流PPT,原理:將鼠Ig Fv中的VH和VL兩肽鏈用不同的連接物 連接成一條多肽鏈,稱為單鏈抗體(ScFv); 將兩個相同或不同特異性的ScFv連接在一個分 子上,就獲得了雙價ScFv。 方法:DNA重組技術(shù);共價或非共價交連。 優(yōu)點:親和力保持良好,可針對2個不同的抗原表位。 缺點:容易解離或被組織酶解。,三、單鏈抗體(ScFv)和雙價ScFv,40,學(xué)習(xí)交流PPT,原理:將鼠Ig Fab基因片段與絲狀

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