細(xì)胞與分子免疫學(xué)_2研究生免疫球蛋白課件

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