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1免疫球蛋白免疫球蛋白（immunoglobulinimmunoglobulin，IgsIgs）邱晓彦教授邱晓彦教授2 经典经典Ig的概念的概念 IgIg基因重排只发生在基因重排只发生在B B细胞细胞 IgIg来源于来源于B B细胞细胞 IgIg具有基本的具有基本的4 4肽链结构肽链结构 由重链及轻链组成异源二聚体由重链及轻链组成异源二聚体 IgIg基因重排是基因重排是IgIg表达的前提表达的前提 可变区具有无限的多样性可变区具有无限的多样性 IgIg是重要的免疫分子是重要的免疫分子 作为作为BCRBCR识别抗原与发挥抗体活性识别抗原与发挥抗体活性3Ig 生物体最奇妙的分子生物体最奇妙的分子l 无限的多样性无限的多样性l 功能与结构的双重性功能与结构的双重性 可变区可变区抗原结抗原结合合 恒定区恒定区生物学生物学效应功能效应功能 l 不同的类、亚类及型别不同的类、亚类及型别l 分泌型和膜型表达分泌型和膜型表达4与与Ig Ig 有关的诺贝尔奖获得者有关的诺贝尔奖获得者 19011901von Bering von Bering（德国人）（德国人）血清治疗血清治疗19081908Ehrlich Ehrlich（德国人）（德国人）&MetchnikoffMetchnikoff（俄国人）（俄国人）抗体生成、吞噬抗体生成、吞噬19721972Edelman Edelman(美国人美国人)&Porter(Porter(英国人英国人)抗体分子结构抗体分子结构19771977YalowYalow （美国人）（美国人）放射免疫测定放射免疫测定19841984KolerKoler（德国人）德国人）Milstein Milstein(英国人英国人)&Jerne Jerne (丹麦人丹麦人)单克隆抗体单克隆抗体19871987TonegawaTonegawa(日本人）日本人）IgIg基因结构基因结构6抗体是如何产生的？（半个世纪）抗体是如何产生的？（半个世纪）抗体形成的侧链学说抗体形成的侧链学说 Paul Ehrlich（德，18541916）是体液免疫的倡导者。发生凝集、沉淀等现象。建立了血清学诊断方法。他和梅契尼可夫共获1908年的诺贝尔生理和医学奖。Ehrlich于1908年提出了侧链学说(side chain theory)。这个学说的基本含义是：机体细胞表面具有多种不同的侧链(受体)，细菌毒素可与相应的侧链结合，对细胞起到某种刺激作用，促使与该毒素相结合的侧链过剩产生。过剩产生的侧链(即抗体)释放到体液中，由于它能与毒素结合，而妨碍了毒素毒素与细胞的结合，发挥抗毒素的作用 7 抗体形成的模板学说抗体形成的模板学说 直接模板学说：在20世纪30年代Haurowitz等人认为抗体分子的结构是在抗原直接影响下形成的，并提出了抗体生成的模板学说（template theory）间接模板学说：Pauling 及Burnet等人又进一步对模板学说进行了修正，认为抗原是通过干扰胞核DNA而间接影响下形成的，并提出了抗体生成的间接模板学说 这一学说主宰了以后这一学说主宰了以后近近30年的免疫学进展年的免疫学进展。它片面地强调了抗原对机。它片面地强调了抗原对机体免疫反应的作用，而忽视了机体免疫反应的生物学过程。体免疫反应的作用，而忽视了机体免疫反应的生物学过程。8 抗体形成的免疫选择学说抗体形成的免疫选择学说 克隆选择学说克隆选择学说：Burnet于1959年提出了细胞克隆选择学说（clonal selection theory）。提出了主要观点抗原的作用是作为一个选择因素而不是作为一个指令或模板。Burnet因此获得了1960年诺贝尔奖 主要思想：主要思想：机体存在针对各种抗原的抗体产生细胞 每种细胞只能产生一种特异性抗体 抗原刺激后产生记忆细胞 未成熟的抗体产生细胞接触抗原后会发生克隆删除 突变导致了多样性抗体的产生 Frank MacFarlane Burnet 1960年获诺贝尔奖10 曾经认为所有的体细胞是抗体产生细胞1949年Astrid Fagreus发现-浆细胞为抗体产生细胞.上个世纪60年代发现-B细胞是浆细胞前体细胞 抗体产生细胞的发现：抗体产生细胞的发现：B淋巴细胞淋巴细胞浆细胞浆细胞分泌型分泌型Ig11单克隆抗体的制备（单克隆抗体的制备（19751975）Koler（德国人）德国人）Milstein(英国人英国人)&Jerne (丹麦人丹麦人)（1984年获诺贝尔奖）年获诺贝尔奖）13Edelman与Rodney.R.Porter等：20世纪50年利用多发性骨髓瘤患者的血清及尿液作为材料，用酶切等多种化学方法，研究了抗体的基本化学结构。1964年世界卫生组织将其统一命名为免疫球蛋白。1969年Edelman完成了人类免疫球蛋白全部一级结构的测定，Edelman抗体结构的发现：抗体结构的发现：Edelman&PorterEdelman&Porter发现抗体的重链发现抗体的重链和轻链结构和轻链结构;1972;1972年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖15 Ig Ig的分子结构的分子结构 IgIg基因结构和重排机制基因结构和重排机制 Ig Ig多样性的产生及类别转换的机制多样性的产生及类别转换的机制 非非B B细胞来源的细胞来源的IgIg研究进展研究进展16免疫球蛋白的分子结构免疫球蛋白的分子结构18图图.重链和轻链重链和轻链V V区中的高变区区中的高变区19 2 2、可变区、可变区 可变区可变区（variable region,V区）区）：免疫球蛋白轻免疫球蛋白轻链和重链中靠近链和重链中靠近N端氨基酸序列变化较大的区域称端氨基酸序列变化较大的区域称为可变区，分别占重链的为可变区，分别占重链的1/4和轻链的和轻链的1/2。20相关的概念相关的概念CD（complementarity-determining region,CDR）：互补决定区）：互补决定区FR（framework region,FR）：骨架区）：骨架区Epitope:表位表位Paratope:旁位旁位Idiotopes：独特位：独特位Idiotype：独特型：独特型213 3、恒定区（、恒定区（constant region)constant region)同种型（同种型（isotype）：）：同种间所有正常个体都具有的Ig抗原特异性，称同种型(isotype)。同种异型（同种异型（isotype）：）：同种异型指同一种属不同个体间Ig的抗原特异性，又称遗传标志。主要表现在Ig分子上的CH和CL上一个或数个氨基酸的差异。任何一种Ig类别在同一个体，及同一种属间都具有相同的序列。224、人体的Ig主要有五类：IgM、IgA、IgG、IgD、IgE 24 IgIg的基因结构及重排的基因结构及重排 25编码编码Ig的基因分别位于不同的染色体，在人类的基因分别位于不同的染色体，在人类重链（重链（heavy chain)基因位于基因位于14号染色体；号染色体；链（链（kappa chain）基因位于）基因位于2号染色体；号染色体；链（链（lamda chain)基因位于基因位于22号染色体。号染色体。每条肽链的编码基因可分为每条肽链的编码基因可分为V区区和和C区区两大部两大部分。分。26早在60年代Dreyer和Bennet等曾提出一假设，他们认为编码Ig肽链的基因是由二种基因组成。并且在胚胎期是彼此分隔的，在B细胞分化发育过程中才彼此拼接在一起。28 IgIg重链基因的重排重链基因的重排29 IgkappaIgkappa链基因的重排链基因的重排31 Ig Ig基因可变区重排的两个必要条件基因可变区重排的两个必要条件（1 1）重组信号序列（重组信号序列（recombination signal recombination signal sequences,RSSsequences,RSS）:由七聚体、九聚体以及两者间的间隔序列组成由七聚体、九聚体以及两者间的间隔序列组成 在各基因片段两侧存在在各基因片段两侧存在（2 2）重组活化酶重组活化酶(recombinase)(recombinase)由重组活化基因（由重组活化基因（RAGRAG）编码编码 有有RAG-1RAG-1和和RAG-2RAG-2两种两种 RAGRAG出现于出现于B B细胞发育早期细胞发育早期32“12-2312-23规则规则”:V-12 23-J:V-12 23-J:V-23 12-J:V-23 12-JH:V-23 12-D-12 23-JH:V-23 12-D-12 23-JRAG1RAG1RAG2RAG233重组信号序列重组信号序列(RSS)RSS)V regionJ region34通过通过RSSRSS形成茎襻状结构形成茎襻状结构353637 IgIg基因同型排斥基因同型排斥（isotypeisotype exclusionexclusion）38 Ig基因等位排斥（基因等位排斥（Allelic exclusion）39 Ig Ig产生多样性的机制产生多样性的机制40 1 1、重排造成的多样性、重排造成的多样性一、抗原诱导前（天然发生的）一、抗原诱导前（天然发生的）412 2、连接造成的多样性：即、连接造成的多样性：即V(D)JV(D)J重组时接重组时接头处的变化，出现头处的变化，出现N N区和区和P P核苷酸的插入核苷酸的插入V-region N1 P D-region N2 J-region tgtgcgaga.tgggatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtgcgaga.tgggatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtgcgaga.tgggatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtgcgaga.tgg .gatgttatgattggat.ttcatacagc.tgactactgg tgtgcgaga.tgg .gatgttatgattggat.tctatacagc .tgactattgg tgtgcgaga.tggaatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtgcgaga.tgggatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtgcgaga.tgggatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtgcgaga.tgggatg .ttatgattggattttata.cagc .tgactactgg tgtacca.caaacctga ac gtattactatggttcggggaccga.accccc .gactactggtgtacca.caaacctga ac gtattactatggttcggggaccga.accccc .gactactggtgtgcgaaag.tg c ggtatagtgagagttacta.tgactcttgg tgtgcgaaag.tg c ggtatagtgagagttacta.tgactcttgg 423 3、D D基因形成的多样性基因形成的多样性D-DD-D融合融合 10%10%D D 反向连接反向连接 7%7%VDDJCVDJCDVDJC43 体细胞高突变体细胞高突变:成熟成熟B B细胞经抗原刺激后发生的序列细胞经抗原刺激后发生的序列高频率随机突变高频率随机突变，局限于，局限于V V区，多发生于区，多发生于CDRCDR区，其中区，其中RGYWRGYW（R RA/GA/G，Y YC/TC/T，W WA/TA/T）基序是突变的一个规律；）基序是突变的一个规律；与与IgIg亲和力成熟相关。亲和力成熟相关。1 1、体细胞高突变、体细胞高突变(somatic somatic hypermutation)hypermutation)二、抗原诱导的二、抗原诱导的V V区序列的改变区序列的改变 活化诱导胞嘧啶核苷脱氨酶（activation-induced deaminase，AID）脱去基因组胞嘧啶的氨基后，起始了体细胞高频突变；突变反应的最后，进行尿嘧啶错配和碱基剪切修复。这种突变的频率很高，修复的机制又很容易出错。44FR1FR2FR3FR4CDR1CDR2CDR3Variability Index257550100氨基酸残基150100500体细胞高突变体细胞高突变45基因转换基因转换:指指IgVIgV区基因的核苷酸置换；主区基因的核苷酸置换；主要是通过要是通过IgVIgV区区 5 5端的端的假基因假基因VLVL（VLVL）和和VH(VH)VH(VH)取代结构相似的重排后的取代结构相似的重排后的V-J-LV-J-L和和V-D-J-HV-D-J-H基因中的基因中的VLVL和和VHVH基因，有时也是基因，有时也是插入或删除，发生在单个插入或删除，发生在单个B B细胞发育早期，细胞发育早期，是抗体多样性产生的基因调节机理之一；是抗体多样性产生的基因调节机理之一；可产生更高亲和力的抗体可产生更高亲和力的抗体。2 2、基因转换、基因转换(gene conversion)gene conversion)46此种基因转换机制在鸡和兔是此种基因转换机制在鸡和兔是B B细胞中细胞中IgIg多样性产生的多样性产生的主要机制，但在人和小鼠中还未得到论证。而关于基因主要机制，但在人和小鼠中还未得到论证。而关于基因转换的具体机制也还未清楚阐明。转换的具体机制也还未清楚阐明。47 抗原受体的编辑：借抗原受体的编辑：借IgIg基因二次重排基因二次重排对对B B细胞细胞抗原受体进行修正，即清除对自身抗原应答抗原受体进行修正，即清除对自身抗原应答或不适合的抗原受体的过程。二次重排可发或不适合的抗原受体的过程。二次重排可发生于生于V-D-JV-D-J与其与其5 5上游的其它上游的其它V V片段片段之间，和之间，和V-D-JV-D-J与其与其3 3下游的其它下游的其它J J片段片段之间；也可发之间；也可发生于生于轻链轻链V V基因基因，引起抗体多样性的发生。，引起抗体多样性的发生。3 3、受体编辑、受体编辑(receptor editing)receptor editing)48再再次次重重组组49小鼠和人的重链恒定区的结构小鼠和人的重链恒定区的结构三、三、IgIg C C区序列的改变区序列的改变 -类别转换类别转换(class switching)class switching)50S S-S S重重组组AID induced DSBsAID induced DSBs51细胞因子诱导类别转换细胞因子诱导类别转换52 分泌型分泌型IgIg分子分子,行使体液免疫行使体液免疫1 1、天然自身抗体（、天然自身抗体（autoantibody)autoantibody)为低亲和力抗体，参与天然免疫及生理性自身免疫反为低亲和力抗体，参与天然免疫及生理性自身免疫反 应。比如：应。比如：IgM;IgG3IgM;IgG3。2 2、亲和力成熟抗体、亲和力成熟抗体(affinity maturate antibody)(affinity maturate antibody)为高亲和力抗体，主要参与获得性免疫及病理性免疫为高亲和力抗体，主要参与获得性免疫及病理性免疫 应答，比如：应答，比如：IgG1IgG1；IgA;IgEIgA;IgE。经典经典Ig的生物学意义的生物学意义531 1、维持、维持B B细胞的生存与增殖细胞的生存与增殖,IgM;IgD,IgM;IgD2 2、活化、活化B B细胞细胞,IgM;IgD,IgM;IgD3 3、维持、维持B B细胞的记忆细胞的记忆,IgM;IgG;IgE;IgA,IgM;IgG;IgE;IgA 膜型膜型IgIg分子分子,行使信号转导作用行使信号转导作用54思考题1.Ig基因重排过程及必要的条件基因重排过程及必要的条件2.Ig多样性产生的机制多样性产生的机制