免疫球蛋白遗传.ppt

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1、免疫球蛋白遗传现在学习的是第1页，共49页与抗体有关的诺贝尔奖获得者与抗体有关的诺贝尔奖获得者19011901von Beringvon Bering血清治疗血清治疗19081908Ehrlich & Ehrlich & MetchnikoffMetchnikoff抗体生成、吞噬抗体生成、吞噬19721972Edelman & PoterEdelman & Poter抗体分子结构抗体分子结构19771977YalowYalow放射免疫测定放射免疫测定19841984Koler,Milstein & Koler,Milstein & JerneJerne单克隆抗体单克隆抗体19871987Ton

2、egawaTonegawaIgIg基因结构基因结构现在学习的是第2页，共49页抗体生物体内最奇妙的分子 无限的多样性（无限的多样性（diversity) 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合抗原结合 恒定区恒定区生物学效应功能生物学效应功能 分泌型和膜型表达分泌型和膜型表达现在学习的是第3页，共49页一抗体的基本结构分类及功能区Ig是血液和组织液中的一类糖蛋白。其主体是体液免疫应答的主要效应分子抗体(Ab)。机体能产生Ab的种类是十分惊人的。现在学习的是第4页，共49页1、抗体的基本结构现在学习的是第5页，共49页抗体的基本结构Ig分子基本结构是由四个肽链组成的。包括二条

3、较小的轻链和二条较大的重链。轻链与重链之间是由二硫键连接形成Ig分子单体。 现在学习的是第6页，共49页2、Ig的肽链及其分类 轻链有两种： 链和链。一个Ig分子只能具有两种链中的一种。 重链分5种： 、链。它们决定了Ig或Ab的类别或同种型，即IgM、IgD 、IgG 、IgA 和IgE。现在学习的是第7页，共49页 其中有些类别还再分为亚类。 例如： 人的链有4种：1、2、3、4。 小鼠的链也有4种：1、2a、2b和3。人的链还分为1、 2两种。 因此人类免疫球蛋白的类别包括亚类共有9种，小鼠有8种。现在学习的是第8页，共49页Diversity - Diversity - Differe

4、nt Classes and SubclassesDifferent Classes and SubclassesIgM IgmIgG IggIgA IgaIgE IgeIgD IgdDiversity - Diversity - Different Sequences and SpecificityDifferent Sequences and Specificity现在学习的是第9页，共49页各类免疫球蛋白的生物学活性现在学习的是第10页，共49页3、可变区和恒定区 可变区和抗原识别有关，决定抗体识别的特异性，而恒定区和效应功能相关。 此外在Y形分子伸出的两臂和主干之间还有个可弯曲的铰链区

5、(hinge R)，能改变两个结合抗原的Y形臂之间的距离。 两臂之间的角度可有自0到90的变化，这样有利于两臂同时结合位于抗原上分布于不同位置的表位。现在学习的是第11页，共49页 分泌型的IgM和IgA可具有多聚体的形式。 IgM分子是五聚体，在粘膜分泌液中的IgA是二聚体，它们的单体以二硫键和称为J链的多肽链彼此相联。现在学习的是第12页，共49页IgM和SIgA结构示意图现在学习的是第13页，共49页铰链区现在学习的是第14页，共49页Ig的铰链区及其功能现在学习的是第15页，共49页 Ig中只有IgD、IgG、IgA有铰链区，IgM和IgE没有，但其还有相对的弯曲性(在相应于铰链区的部

6、位为其他结构)。 各类抗体的铰链区的长度及氨基酸的顺序也有不同；人IgD的可伸展的距离最大， IgG4和两种IgA的弯曲度就没有这么大。现在学习的是第16页，共49页4功能性抗体片段 免疫球蛋白的分子还有一个特点，即其中有些部分容易酶解，所以在一定条件下，可以解离为各种片段。 常用的酶为木瓜蛋白酶(papain)和胃蛋白酶(pepsin)。现在学习的是第17页，共49页IgG分子的基本结构及其片段VL，CL分别代表轻链的V区和C区；VH，CH1，CH2，CH3重链的V区和C区的3个结构；FvVHVL；SS二硫键；虚线代表酶切位置现在学习的是第18页，共49页抗体分子片段抗体分子片段木瓜蛋白酶现

7、在学习的是第19页，共49页名称由来：有抗原结合的功能(fragment antigen biding)，由一个轻链和部分重链(VH+CH1)构成。Fc片段很快就能结晶(fragment crystalizable)，相应于CH2、CH3、CH4的部分。Fc介导抗体的效应功能，和细胞或其他效应分子起作用，如结合细胞和补体等。现在学习的是第20页，共49页抗体分子片段抗体分子片段胃蛋白酶现在学习的是第21页，共49页F(ab)2由两个Fab和联结的铰链区组成。由于F(ab)2是双价的，能同时结合两个表位，因而能起沉淀和凝集反应。现在学习的是第22页，共49页Fv是保留抗体结合能力的最小单位是保留

8、抗体结合能力的最小单位，由VHVL构成。现在学习的是第23页，共49页5Ig基因和抗体的多样性 Ig不同于其他蛋白在于其肽链由两部分构成，V区和C区。 它们是由两个基因编码的。 基因重排(gene rearrangement)： V基因由几个分隔在不同位置的基因片段在B细胞发育过程中被带到一起拼接而成。但为何会有如此多的V基因？现在学习的是第24页，共49页 编码人和小鼠轻重链的Ig基因分别位于不同的染色体上，总体分为编码V区和C区的两大部分。 重链的胚系基因中有许多基因片段(gene segment) 包括：众多的V基因片段(variable segment)，多个D基因片段(diversi

9、ty segment)和几个J基因片段(joining segment)。现在学习的是第25页，共49页 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 5040 30 2010 0 CDR1CDR2CDR3 抗 体 分 子 的 多 样 性 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列酸残基的变异率相应位置上氨基对来自不同B细胞克隆的Ig轻链氨基酸序列进行比较，发现V区的变化主要集中在3个分别由610个氨基酸残基组成的狭小区域内。这3个区又被称作高可变区或互补决定区（CDR），参与抗原结合部

10、位的组成。现在学习的是第26页，共49页（一）重链基因（一）重链基因 人重链可变区基因定位在第14条染色体长臂上，跨度约有1100kb。 约包括95个VH基因片段，在不同的单元型中VH基因片段的数目可以有些不同，这主要因为有一些VH 基因片段的插入或缺失。现在学习的是第27页，共49页 这些VH 基因片段对分为7个家族VH 1 VH 7，其中VH 3是最大的家族，其次为VH 1、 VH 4家族。 同一家族中核苷酸序列的同源性至少为80，同一家族的片段并不群集在一起，而是混杂分布。 VH片段中有些是不表达的非功能性片段，功能性片段有65个。现在学习的是第28页，共49页重链的基因结构：人重链的基

11、因结构：人现在学习的是第29页，共49页功能性片段 是指具有开放阅读框(ORF)，并在B细胞发生过程中重排过的片段。 人的D基因片段接在VH基因片段之后约有27个功能性片段；其后为6个功能性JH片段。但人的VH 和D基因片段，除了在第14条染色体外，根据染色体定位和杂交等方法发现在其他染色体上也有，在第15、16条染色体共检出24个VH 片段，在第15条染色体上还检出D片段，然而它们都不属于VH功能性基因。现在学习的是第30页，共49页重链的基因结构：鼠重链的基因结构：鼠现在学习的是第31页，共49页小鼠的重链基因 小鼠的重链基因位于第12条染色体上，其VH基因片段数变化很大，从100到100

12、0以上，这是随着检测方法和小鼠品系变化而不同。 根据同源性可分为14个家族，不同于人的是很多家族的片段集群在一起。现在学习的是第32页，共49页（二）链基因现在学习的是第33页，共49页链的基因结构及重组链的基因结构及重组现在学习的是第34页，共49页（三）链基因现在学习的是第35页，共49页链的基因结构链的基因结构现在学习的是第36页，共49页二免疫球蛋白基因重排 免疫球蛋白基因重排(Ig gene rearrangement)是通过一组V(D)J重组酶(recombinase)的作用而实现的。 其作用包括识别位于V、(D)、J基因片段两侧的保守序列，切断以及修复DNA等。 这保守序列称为重

13、组信号序列(recombination signal sequence,RSS)。现在学习的是第37页，共49页一、重组信号序列一、重组信号序列(recombination signal sequences, RSS)现在学习的是第38页，共49页二、重链可变区的二、重链可变区的VDJ重组重组现在学习的是第39页，共49页可变区可变区V(D)J重组机制重组机制现在学习的是第40页，共49页通过通过RSS形成茎襻状结构形成茎襻状结构现在学习的是第41页，共49页12/23 base pair role (1+2 turn role): V-12 23-J: V-23 12-JH: V-23 12

14、-D-12 23-J现在学习的是第42页，共49页V(D)J重组的缺失机制重组的缺失机制(a) 和倒转机制和倒转机制(b)现在学习的是第43页，共49页抗体多样性的来源抗体多样性的来源 胚系基因所携带的信息胚系基因所携带的信息 VH D JH VK JK502564051.5106现在学习的是第44页，共49页2. B细胞个体发生过程中细胞个体发生过程中, 重组时重组时CDR3所形成的多样性所形成的多样性(不依赖不依赖抗原）抗原）接头处的多样性接头处的多样性现在学习的是第45页，共49页 VCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCCCCTCCC JTGGACG TGGACG

15、TGGACGTGGACGTGGACGTGGACG 95PPPPPP96A-P96-WRPPW97TTTTTTVJ重组时接头处的变化重组时接头处的变化现在学习的是第46页，共49页V(D)J重组重组时接头处的时接头处的变化：变化：P核苷酸和核苷酸和N区的形成区的形成现在学习的是第47页，共49页D基因形成的多样性基因形成的多样性6种阅读框架种阅读框架D-D融合融合 10%DIR基因基因 7%估算估算: 1014现在学习的是第48页，共49页3. 体细胞突变体细胞突变: 成熟成熟B细胞经细胞经抗原刺激后产生抗原刺激后产生局限于局限于V区的高频率随机突变区的高频率随机突变亲和力成熟亲和力成熟现在学习的是第49页，共49页