疫多样性产生的机制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 免疫多样性产生的机制,第一节 免疫系统和免疫球蛋白,第二节 免疫球蛋白基因的重组和体细胞突变,第三节 免疫球蛋白重链恒定区基因,第四节,T,细胞抗原受体基因,第一节 免疫系统和免疫球蛋白,一、免疫系统,1,、组成：,免疫反应,的,互补系统,体液免疫系统：针对细菌、胞外病毒和外来蛋白,细胞免疫系统：破坏被病毒感染的宿主细胞、某,些寄生物和外来的移植组织,涉及细胞,淋巴细胞（,lymphocyte,）：造血干细胞,通过对外来物质特异的,模受体,识别抗原,B,、,T,淋巴细胞,巨噬细胞：组织特异，来源于骨髓干细胞,吞噬大颗粒和细胞、抗原呈递细胞,2,、,B,、,T,细胞,（,1,）,B,细胞：,bone marrow,中完成发育,表达独特的,抗原膜结合受体,-,一种抗体分子,遇到抗原迅速分裂成子代：,a),记忆细胞：长寿,表达与亲代细胞具有同一结合特性抗体,b),效应细胞：浆细胞，存活几天,产生分泌型的可溶性抗体,B,细胞受体单独识别抗原,但需要,T,H,细胞提供信号才能分泌抗体,（,2,）,T,细胞：,迁移到,thymus gland,中完成后期发育,表达,抗原特异的膜受体,T,细胞受体,异二聚体,或,两条蛋白链,受与,MHC,结合的抗原刺激激活分化成：,记忆,T,细胞 各种效应,T,细胞,两种：,T,助细胞或,T,H,细胞（,helper T cell,）,激活后分泌,淋巴因子,激活,B,、,Tc,和吞噬细胞等,T,胞毒细胞或,Tc,细胞（,cytotoxic,T cell,）,监视病毒感染细胞、肿瘤和外来移植组织,T,细胞识别与,MHC,结合的抗原,MHC major,histocompatibility,complex,（,3,）免疫反应分类,体液免疫反应,依赖于,B,细胞，由分泌抗体,（,Ig,）来介导,细胞免疫反应,二、免疫球蛋白（,Immunoglobulin,）,可溶性的血清糖蛋白,Ig,1,、结构：,非共价键和二硫键连接的轻、重链,两者均含可变区或,V,区,N,端,和恒定区或,C,区,C,端,两大特点,高度特异性、庞大多样性,L,链（,214aa,）,V,L,、,C,L,和,两种，对一个,Ig,唯一,H,链（,426aa,）,V,H,、,C,H,1,、,C,H,2,、,C,H,3,恒定区的序列有,、,、,、,和,五种类型,V,L,和,V,H,内有高变区,真正抗原结合部位,负责抗体分子对抗原的识别,互补决定区,CDR,IgG,、,IgA,、,IgM,、,IgD,和,IgE,（人体）,第二节 免疫球蛋白基因的重组 和体细胞突变,一、免疫球蛋白基因的组织,Ig,基因有三个独立的基因家族分别编码两个轻链（,和,）、,一个重链（小鼠,6,、,16,和,12,号染色体）,轻链基因家族的组成：,L,、,V,、,J,、,C,四类基因片段,L,leader segment V,variable segment,J,jioning,segment C,constant segment,重链家族：,L,、,V,、,D,、,J,、,C,五类片段,D,diversity segment,高变区,J,和,C,之间有增强子,种系中基因数目变动较大,Family,V Genes,C Genes,Man,Mouse,Man,Mouse,Lambda,6,4,Kappa,1000,9,8,人的重链基因簇包括了所有组织重链的基因信息（重链恒定区九种,C,片段、两个假基因）,家族,V,基因后跟随着几个以,J,片段作为前导的,C,基因,k,家族（人和老鼠）的组成：,V,基因（人,300,、鼠,1000,）、,5,个,J,（一个假基因）、,1,个,C,基因,二、免疫球蛋白基因形成过程中的重组机制,除淋巴细胞外，所有细胞免疫球蛋白基因簇的结构都是,相同的种系结构,骨髓干细胞在分化为成熟,B,淋巴细胞时出现免疫球蛋白,基因的体细胞重排,即淋巴细胞中重组产生活性基因使免疫系统为基因组,的改变提供了广泛的基础,抗体分子的多样性,1,、轻链基因,V,和,J,片段的重组,a,）,链的重组,每个,C,片段前有,J,跟随,只发生一次重组,在,V,和,J-C,之间,(V,和,J,的重组,),b,）,链的重组,基因簇只有一个,C,V,与,C,之间,5,个,J,（一个假基因）,用到的每个,J,都可以成为,V,的外元终端,整合,J,左边,的缺失掉,右边的拼接过程中作为内元,重链的可变,区由,V,和,J,基,因及第三个,D,基因片段,编码,重链的可变,区重组有两,个阶段,D-J,重组、,V,H,和,DJ,重组,2,、重链基因,V,、,D,和,J,片段的重组,所有,V,基因的组织结构上很类似,a,）第一个外元编,码信号序,（用于膜的黏附）,b,）第二个编码,可变区自身的,主要部分,c,）其他部分由,D,片段（只对,H,家族）和一条,J,片段提供,一个指定的,B,淋巴细胞产生,、,其中之一轻链同重链结合,轻链中表现为同型性项斥,（,isotypic,exclusion,）,往往只有,链基因重组失败，才发动,链基因重组,抗体中大部分轻链是,链，,链往往占少部分,人类有约,60%,的轻链是,链，约,40%,为,链。老鼠有,95%,的,B,细胞表达,类型的轻链,单特异性,单个,B,细胞只产生一种抗体基因,淋巴细胞为二倍体,H,、,和,都有两个等位基因,重组表现为等位基因排斥,（,allelic exclusion,）,3,、重组的分子机制,利根川进（,Tonegawa,S,）,1987 Nobel prize,1,）,重组位点,轻重链重组涉及相同的机理（特异位点）,V,下游、,J,上游、,D,两侧存在保守的,重组信号序列,（,RSS,）,RSS:,共同的回文七核苷酸,CACAGTG,（与基因连接）,固定长度的间隔序列,12bp,或,23bp,共同的富含,A,的九核苷酸,ACAAAAACC,轻链中：,链,V,下游,与,J,上游的,RSS,方向相反,(,间隔序列,12,、,23),D,下游和,J,上游的,RSS,也有同样关系（,12,、,23,）,重链中：,V,下游,与,D,上游的,RSS,方向相反,(,间隔序列,23,、,12),链,(,间隔序列,12,、,23),2,）,重组机制,涉及链的断裂和重接,重组酶基因,rag(recombination,activating gene),编码蛋白质,RAG1,和,RAG2,RAG1,和,RAG2,识别,RSS,之间所形成的二级结构,重组只发生在间隔为,12bp,与,23bp,的不同,RSS,之间,12,23,规则,V L,L V,V,L,9Nt 9Nt,12Nt 23Nt,7Nt 7Nt,V J,L,a)RAG1/RAG2,识别的二级,结构,不同的,V,片段与,J-C,的重组,（,H,链,V,与,D,、,D,与,J-C,）,导致,Ig,多样性,b)RAG1/RAG2,复,合物切开七核苷酸,与基因接头处的一,条链（,3,OH,、,5,P,）,c),基因片段末端形成,发夹结构,游离,3,OH,攻击,另一条链的酯键,（双链断裂）,d),连接反应导致序列,的变化插入、缺失,（影响编码蛋白）,连接位点不同,导致,Ig,的多样性,3)V,基因只有和,C,连接,后才有活性,涉及启动子和增强子,的作用,V-C,连接后,V,的启动子,接近增强子后才有活,性,增强子只在,B,细胞内,才有活性（组织,）,4),重排中的等位相斥,轻、重链中都涉及,Ig,0,未经重排的种,系构型,Ig,无效基因,Ig,+,有效基因,活性链的生成抑制,了进一步的重排,三、体细胞突变,在体细胞原型球蛋白基因序列上发生的单个碱基突变,、,轻链和重链都发现有体细胞突变,总结：产生抗体多样性的机制,a,）,性细胞内含有多个,V,基因,b,）,V-J,和,V-D-J,的重组,c,）,重组部位的差异性,d,）,体细胞突变,e,）,重链和轻链的随机重组,各种机制相伴随,因此,Ig,多样性以乘积的方式增加,L（,）,300(,V,)5(,J,)1500 （L(,)）,H,n 100(,V,)20(,D diversity,)4(,J,)10(,C,),n 80000,L,V-L,多位点连接,10,H,V-L,多位点连接,100,Ig,种类,1500 80000 10 100,n 12 10,10,远远多于抗原的种类（数百万种）,第三节 免疫球蛋白重链 恒定区基因,B,细胞分化之出,轻重链重排后经转录和拼接加工成成熟,mRNA,后翻译成免疫球蛋白膜型,IgM,、,IgD,成熟,B,细胞经抗原刺激分泌型抗体,IgM,再次抗原刺激后第二次重排,出现重链基因改变恒定区（,C,片段），即,类型转换,抗原特异性不变,IgG,或,IgA,或,IgE,类型转换后的,B,细胞浆细胞,分泌大量单特异性的抗体,一、免疫球蛋白重链恒定区基因,2,、,重链基因,C,片段的转换发生在转换区,switch region,S,区每个,C,片段的,5,端（,除外,）,成熟的抗体形成细胞使用同一系列的可变区基因，,通过,C,区变化转变抗体类型,(,可能与染色体间的交换有关,),1,、一个细胞同时产生两种以上,Ig,通过选择性拼接,（不同的加尾位点）,C,区导致的抗体类型的转换,二、膜型和分泌型球蛋白的产生,通过,C,区基因不同方式,的转录而产生的,免疫球蛋白产生的总结图,1,、,DJ,重组,重链,2,、,VDJ,重组,3,、,VDJ,转录,4,、翻译,和,轻链,5,、,VJ,重组,6,、转录,VJ,或,VJ,7,、翻译,或,8,、膜,IgM,膜,IgD,9,、分泌型,IgM,第一次抗原,T,依赖抗原抗原、,TH,10,、换成,IgG,或,IgA,或,IgE,第四节,T,细胞抗原受体基因,T,细胞,抗原受体,TCR,的,抗原,MHC,结合部位,由四组不,同的基因编码：,和,、,和,TCR,基因重排和,Ig,的重链重,排十分相似,TCR,的,基因位于,基因座的,内部,TCR,多样性的程度：,V,、,D,和,J,的重组,连接部位的差异,多个,D,区的存在,本章结束,!,复习题,1,、免疫球蛋白基因的组织形式如何？,2,、免疫球蛋白轻重链基因中的,V,基因表达机制,3,、免疫球蛋白轻重链基因的重组机制,4,、免疫球蛋白多样性产生的机制,