细胞与分子免疫学研究生免疫球蛋白精选课件.ppt

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1、关于细胞与分子免疫学研究生免疫球蛋白第一页，本课件共有42页 概述概述1、免疫球蛋白、免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)：1968和和1972年年WHO和国际免疫学会决定，将具有抗体活性或和国际免疫学会决定，将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白称为免疫球蛋白。化学结构与抗体相似的球蛋白称为免疫球蛋白。2、抗体、抗体(antibody,Ab)：B淋巴细胞在有效的抗原淋巴细胞在有效的抗原刺激下分化为浆细胞，产生具有与相应抗原发生特异性结刺激下分化为浆细胞，产生具有与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白，这类免疫球蛋白称为抗体。合的免疫球蛋白，这类免疫球蛋白称为抗体。3、Ig与与A

2、b的区别和联系：的区别和联系：Ig是化学结构上的概是化学结构上的概念；念；Ab是生物学功能上的概念；所有的是生物学功能上的概念；所有的Ab都属于都属于Ig；并非；并非所有的所有的Ig都具有都具有Ab的活性。的活性。第二页，本课件共有42页 免疫球蛋白的基本结构免疫球蛋白的基本结构1、Ig的组成：的组成：由由4条肽链通过链间条肽链通过链间S-S双硫键连接而双硫键连接而成，其中两条分子量较大的链称重链（成，其中两条分子量较大的链称重链（Heavychain，H链），两条分子量较小链的称轻链（链），两条分子量较小链的称轻链（Lightchain，L链）。链）。2、H链：链：据氨基酸（据氨基酸（aa）

3、组成及序列的差异（抗原性）组成及序列的差异（抗原性）将将H链分为链分为5类，类，、链；链；其分别对应于，其分别对应于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五类五类Ig。第一节第一节免疫球蛋白的结构和功能免疫球蛋白的结构和功能第三页，本课件共有42页 CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulin Structure第四页，本课件共有42页3、L链：链：据据aa组成及序列的差异将组成及序列的差异将L链分为链分为2型，型，、型，型，：为为2：1（人）。（人）。天然天然Ig单体中，两条单体中，两条重链是同类的，重链

4、是同类的，两条两条轻链是同型的。轻链是同型的。4、Ig的分区：的分区：（1）可变区：）可变区：）可变区：）可变区：在在Ig近近N端端L链的链的1/2和和H链的链的1/4（、）或或1/5（、）范围内，因）范围内，因aa组成及序列变化较大，故称组成及序列变化较大，故称可可变区（变区（Variableregion，V区）。区）。（2）恒定区：）恒定区：在在Ig近近C端端L链的链的1/2和和H链的链的3/4（、）或）或4/5（、）范围内，因）范围内，因aa组成及序列变化相对稳定组成及序列变化相对稳定故称故称恒定区（恒定区（Constantregion，C区）。区）。第五页，本课件共有42页 CH1VL

5、CLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulin Structure第六页，本课件共有42页5、Ig的结构域又称功能区的结构域又称功能区(Domain)：（1 1）VH、VLVL：超变区超变区（HVR1、2、3）、互补性决定区、互补性决定区（CDR1、CDR2、CDR3），又称，又称Ig独特型决定簇独特型决定簇（Idiotype）;第七页，本课件共有42页（2）CH1CH1、CL：是各类、亚类、型、亚型是各类、亚类、型、亚型Ig遗传标记遗传标记所在部位所在部位;（3 3）IgG的的CH2：补体补体C1q的结合位点；的结合位

6、点；IgG借助借助CH2通过胎盘，发挥被动免疫作用；通过胎盘，发挥被动免疫作用；（4 4）CH3：IgG的的CH3与中性粒、巨噬细胞表面表达的与中性粒、巨噬细胞表面表达的Fc R结合，完成免疫调理作用；结合，完成免疫调理作用；与与NK细胞细胞表面表达的表面表达的Fc RIII结合，完成结合，完成ADCC作用；作用；（5 5）IgEIgE的的的的CH4：IgE的的CH4与肥大和嗜碱性粒细胞表与肥大和嗜碱性粒细胞表面表达的面表达的Fc R结合，完成结合，完成I型超敏反型超敏反应；应；（6 6）绞）绞）绞）绞链区（链区（链区（链区（HingeregionHingeregion）：）：）：）：TY第八

7、页，本课件共有42页 CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulin Structure第九页，本课件共有42页Fab（Fragment of antigen-binding）Ag bindingValence=1Specificity determined by VH and VLPapainFcFabFc（Crystalizable fragment）Effector functions6、Ig的水解片段的水解片段(木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶)第十页，本课件共有42页F(ab)2Ag bindingValence

8、=2pFcNo effector functionsPepsinpFcPeptidesF(ab)26、Ig的水解片段的水解片段(胃蛋白酶胃蛋白酶)第十一页，本课件共有42页第十二页，本课件共有42页7、Ig的其他成分的其他成分（1 1）J链链：（：（joiningchain）由浆细胞合成，功能是将由浆细胞合成，功能是将单体单体Ig分子连接为多聚体。如分子连接为多聚体。如2个个IgA单体形单体形成二聚体；成二聚体；5个个IgM单体是形成五聚体。单体是形成五聚体。第十三页，本课件共有42页7、Ig的其他成分的其他成分（2）分泌片）分泌片：（：（secretorypiece,SPsecretoryp

9、iece,SP）由黏膜上皮细胞由黏膜上皮细胞合成和分泌，功能是保护分泌型合成和分泌，功能是保护分泌型IgA或或的的IgM铰链区免受蛋白酶的降解。铰链区免受蛋白酶的降解。第十四页，本课件共有42页 五类五类IgIg的特点的特点第十五页，本课件共有42页 Ig Ig的生物学活性的生物学活性1、特异性结合抗原、特异性结合抗原2、激活补体、激活补体3、与细胞、与细胞Fc受体结合发挥生物效应受体结合发挥生物效应（1）免疫调理作用）免疫调理作用（2）ADCC（3）介导）介导I型超敏反应型超敏反应（4）人）人IgG的的Fc段与段与SPA结合结合4、选择性传递、选择性传递第十六页，本课件共有42页第十七页，本

10、课件共有42页Ab的生物学活性的生物学活性第十八页，本课件共有42页第二节第二节免疫球蛋白编码基因和抗体的多样性免疫球蛋白编码基因和抗体的多样性 概述人类人类B淋巴细胞存在三个编码淋巴细胞存在三个编码Ig的基因库，即的基因库，即重链重链H基因库及基因库及轻链轻链、基因库，它们分别基因库，它们分别位于位于第第14、2及及22号染色体上。号染色体上。第十九页，本课件共有42页一、胚系一、胚系B细胞中细胞中Ig轻链基因的结构轻链基因的结构由由3个基因所编码：个基因所编码：V基因、基因、J基因编码可变基因编码可变区；区；C基因编码恒定区，即基因编码恒定区，即V-J-C。第二十页，本课件共有42页（一）

11、（一）链基因结构链基因结构1 1、VV：V基因节段有基因节段有90个，呈簇状串联排列个，呈簇状串联排列（V1Vn，n=90），其中含），其中含30个假基因（指无功能性表达个假基因（指无功能性表达或只表达无功能产物的缺陷基因，但它可通过突变、置换及重或只表达无功能产物的缺陷基因，但它可通过突变、置换及重排形成新的功能性基因，为可变区的多样性提供后备基因）。排形成新的功能性基因，为可变区的多样性提供后备基因）。V编码编码V区区110aa中的中的196aa；第二十一页，本课件共有42页2 2、L L序列：序列：每个每个V前都有一个前都有一个L序列（序列（Leader），编码产），编码产物为前导肽，对

12、轻链蛋白合成至关重要；物为前导肽，对轻链蛋白合成至关重要；3 3、JJ：位于位于VV下游，也呈串联排列，含下游，也呈串联排列，含5 5个基因节段，个基因节段，编码编码V V区区110aa110aa中的中的9797110aa110aa；4 4、C C：只含单个外显子，编码只含单个外显子，编码C C区蛋白。区蛋白。第二十二页，本课件共有42页（二）（二）链基因结构链基因结构1 1、VV：V基因节段有基因节段有60个，呈簇状串联排列（个，呈簇状串联排列（V1Vn，n=60），其中含），其中含30个假基因个假基因；2 2、L L序序列列：每每个个V前前都都有有一一个个L序序列列（Leader），编编码

13、码产物为前导肽，对轻链蛋白合成至关重要；产物为前导肽，对轻链蛋白合成至关重要；第二十三页，本课件共有42页3、J1C1，J2C2J7C7：C1C7代表各个亚型代表各个亚型链的基因节段，其中含链的基因节段，其中含4个功能个功能基因节段和基因节段和3个假基因。个假基因。第二十四页，本课件共有42页二、胚系二、胚系B细胞中细胞中Ig重链基因的结构重链基因的结构由四个基因所编码：由四个基因所编码：V基因、基因、D基因、基因、J基因编基因编码可变区；码可变区；C基因编码恒定区，即基因编码恒定区，即V-D-J-C。第二十五页，本课件共有42页（一）（一）重链重链V区基因区基因1、VH：VH基因节段有基因节

14、段有95个，成簇状串联排列个，成簇状串联排列（VH1VHn，n=95），其中含），其中含45个假基因。每个个假基因。每个VH前都前都有一个有一个L序列（序列（Leader），其作用是在合成重链时将重链），其作用是在合成重链时将重链固定在粗面内质网膜上。固定在粗面内质网膜上。LnVHn编码疏水前导肽和编码疏水前导肽和CDR1及及CDR2；C DH(1-23)第二十六页，本课件共有42页2、DH，JH：DH有有23个节段，成簇状串联排列；个节段，成簇状串联排列；JH有有9个个节段，其中节段，其中6个功能基因和个功能基因和3个伪基因。个伪基因。DHJH编码编码CDR3，JH编码可变区的骨架部分（编码

15、可变区的骨架部分（Frameworkregion）。）。C DH(1-23)第二十七页，本课件共有42页（二）（二）重链重链C区基因区基因1、CH：CH基因节段在染色体上的排列顺序与其编码的基因节段在染色体上的排列顺序与其编码的Ig在体内成熟的顺序相似，分别是在体内成熟的顺序相似，分别是CC C3C1C1C2C4CC2。除。除C 以外，其他以外，其他CH基因节基因节段都有一个转换区（段都有一个转换区（Switchregion，S区），其作用是控区），其作用是控制制Ig类型转换；类型转换；C DH(1-23)第二十八页，本课件共有42页2、控制膜结合或分泌型、控制膜结合或分泌型Ig的基因：的基因

16、：每个每个CH基因节基因节段后分别排列着段后分别排列着S和和M两基因，两基因，S即分泌型，即分泌型，M即膜结合即膜结合型，如型，如CSM、C S M。C DH(1-23)第二十九页，本课件共有42页三、三、B细胞分化过程中的基因重排细胞分化过程中的基因重排1、基因重排定义：、基因重排定义：在在B细胞分化和发育过程中，一细胞分化和发育过程中，一部分基因节段互相接近、重新排列，形成功能性的免部分基因节段互相接近、重新排列，形成功能性的免疫球蛋白基因单位，此过程称疫球蛋白基因单位，此过程称基因重排基因重排（GeneRearrangement）。功能性的免疫球蛋白基因单位进）。功能性的免疫球蛋白基因单

17、位进行转录，经转录后的加工，再表达为免疫球蛋白。行转录，经转录后的加工，再表达为免疫球蛋白。第三十页，本课件共有42页2、可变区的基因重排：、可变区的基因重排：（1）重链可变区的基因重排：）重链可变区的基因重排：选择一个选择一个DH与一个与一个JH节段连接（节段连接（DHJH），再选择一个），再选择一个VH与与DHJH相相连，一旦连，一旦VHDHJH重排成功且得到功能性表达，其重排成功且得到功能性表达，其产物就会抑制另一条染色体上等位基因重排，此现象称产物就会抑制另一条染色体上等位基因重排，此现象称为等位基因排除。其产物同时启动轻链可变区的基因重为等位基因排除。其产物同时启动轻链可变区的基因重

18、排；排；C DH(1-23)第三十一页，本课件共有42页（2）轻链可变区的基因重排：）轻链可变区的基因重排：链基因优于链基因优于链基链基因重排。选择一个因重排。选择一个V与一个与一个J节段连接节段连接VJ，其产，其产物就会发生等位基因排除，同时也会抑制物就会发生等位基因排除，同时也会抑制链基因重排，称链基因重排，称为同型排除。当两条染色体上的为同型排除。当两条染色体上的链基因重排都失败时，链基因重排都失败时，才会启动才会启动链基因重排。两条染色体上的链基因重排。两条染色体上的VH基因都是无基因都是无产物重排，或产物重排，或基因和基因和基因都是无产物重排，细胞凋亡基因都是无产物重排，细胞凋亡（A

19、poptosis）。）。第三十二页，本课件共有42页（3 3）可变区的基因重排可变区的基因重排12122323规律和重组酶的作规律和重组酶的作用：用：可变区的基因重排受基因节段侧面的重组信号序列（可变区的基因重排受基因节段侧面的重组信号序列（RSS）控制，遵循控制，遵循1223规律且与规律且与DNA损伤修复系统有关。损伤修复系统有关。第三十三页，本课件共有42页（4 4）重链类型转换）重链类型转换：每个每个CH（C除外）前都含一个除外）前都含一个S区（短的串联重复序列），区（短的串联重复序列），S区与重链类型转换有关。区与重链类型转换有关。在在B细胞分化过程中细胞分化过程中，V-D-J的重排及

20、其与的重排及其与C的连接是不依赖的连接是不依赖抗原刺激，重排的抗原刺激，重排的V-D-J与与C和和C连接，经转录加工，此时连接，经转录加工，此时在在B细胞表面表达细胞表面表达mIgM和和/或或mIgD。成熟的成熟的B细胞在抗原刺激下细胞在抗原刺激下，B细胞在分泌细胞在分泌IgM和和/或或IgD的的同时，同时，V-D-J从与从与C基因连接转换到与基因连接转换到与C或或C或或C的连接，的连接，完成了类型转换。完成了类型转换。C DH(1-23)第三十四页，本课件共有42页2、Ig的多样性：的多样性：（1）组合性连接：组合性连接：重链的重链的V-D-J连接（连接（95个个V基因、基因、23个个D基因

21、，基因，9个个J基因）；轻链的基因）；轻链的V-J-C（90个个V基因、基因、5个个J基因、一个基因、一个C基因；基因；60个个V基因、基因、7个个J基因和基因和C基因）；基因）；（2）接合多样性：接合多样性：发生在发生在D-J、V-D-J、V-J连接时，连接时，1密码子错位；密码子错位；2框架（框架（ORF）移位；）移位；3N-序列插入；序列插入；（3）体细胞突变：体细胞突变：体细胞突变也可以产生体细胞突变也可以产生Ig的多样性。的多样性。第三十五页，本课件共有42页3、重排过程第三十六页，本课件共有42页第三节第三节基因工程抗体基因工程抗体（GeneticEngineeringAntibo

22、dy）概述单克隆抗体单克隆抗体(McAb)在临床疾病诊断和治疗中在临床疾病诊断和治疗中已发挥了很大的作用，但以下几点限制了抗体的已发挥了很大的作用，但以下几点限制了抗体的导向治疗：导向治疗：（1）鼠源性）鼠源性McAb在人体内易诱导免疫应答；在人体内易诱导免疫应答；（2）人的）人的McAb制备甚为困难。制备甚为困难。第三十七页，本课件共有42页一、嵌合抗体一、嵌合抗体（ChimericAntibody）原理：原理：保留鼠保留鼠IgIg可变区部分，将其恒定区用人可变区部分，将其恒定区用人IgIg取代。取代。方法：方法：PCR克隆克隆鼠鼠可变区基因和可变区基因和人人恒定区基因，恒定区基因，将两将两

23、 基因连接，并插入原核或真核表达载体中，并基因连接，并插入原核或真核表达载体中，并 导入大肠杆菌或转染真核细胞，就可表达出嵌导入大肠杆菌或转染真核细胞，就可表达出嵌 合抗体分子。合抗体分子。优点：优点：亲和力保持良好。亲和力保持良好。缺点：缺点：含鼠含鼠IgIg可变区的异源性，仍可变区的异源性，仍易诱导人免疫应答易诱导人免疫应答。第三十八页，本课件共有42页原理：原理：仅保留鼠仅保留鼠IgIg可变区可变区CDR部分，将部分，将IgIg其它区域都其它区域都 用人用人IgIg取代。取代。方法：方法：CDR序列的获得通常采用序列的获得通常采用PCR技术。技术。优点：优点：大大降低了鼠抗体的免疫原性。

24、大大降低了鼠抗体的免疫原性。缺点：缺点：亲和力不佳。亲和力不佳。二、二、CDR移植抗体移植抗体（CDRGraftingAntibodyCDRGraftingAntibody）又称重构抗体或改形抗体（又称重构抗体或改形抗体（ReshapedAntibody）第三十九页，本课件共有42页原理：原理：将鼠将鼠IgFv中的中的VH和和VL两肽链用不同的连接物两肽链用不同的连接物连接成一条多肽链，称为单链抗体（连接成一条多肽链，称为单链抗体（ScFv）；）；将两个相同或不同特异性的将两个相同或不同特异性的ScFv连接在一个分连接在一个分子上，就获得了双价子上，就获得了双价ScFv。方法：方法：DNA重组

25、技术；共价或非共价交连。重组技术；共价或非共价交连。优点：优点：亲和力保持良好，可针对亲和力保持良好，可针对2 2个不同的抗原表位。个不同的抗原表位。缺点：缺点：容易解离或被组织酶解。容易解离或被组织酶解。三、三、单链抗体（单链抗体（ScFv）和）和双价双价ScFv第四十页，本课件共有42页原理：原理：将鼠将鼠IgFab基因片段与丝状噬菌体基因片段与丝状噬菌体FUSE5载体连接，产载体连接，产物转化大肠杆菌，使物转化大肠杆菌，使Fab与噬菌体外壳蛋白基因与噬菌体外壳蛋白基因III以融以融合蛋白表达的形式表达在丝状噬菌体表面，构建成噬菌合蛋白表达的形式表达在丝状噬菌体表面，构建成噬菌体表面肽库（体表面肽库（Phagepeptidelibrarydisplay）；再用特）；再用特异性抗原对该肽库进行筛选，获得具有高度抗原亲和力异性抗原对该肽库进行筛选，获得具有高度抗原亲和力的的Fab，最后进行体外重建。，最后进行体外重建。方法：方法：DNA重组技术；重组技术；ELISA。优点：优点：亲和力保持良好。亲和力保持良好。缺点：缺点：容易解离或被组织酶解。容易解离或被组织酶解。四、噬菌体肽库技术构建抗体片段四、噬菌体肽库技术构建抗体片段第四十一页，本课件共有42页感谢大家观看第四十二页，本课件共有42页