抗体抗体的多样性及其产生机制_gaobo-优秀PPT文档

IgA dimer SP J chain
Secretory IgA(sIgA) SP
Plasma cells
IgA dimer
pIgR Epithelial Cell
三、免疫球蛋白的水解片段
木瓜蛋白酶
胃蛋白酶
木瓜蛋白酶作用于 IgG分子重链间二硫键 的N端侧，将其裂解为 Fab段和Fc段。胃蛋白 酶则切在该二硫键之C 端侧，产生F(ab’)2和 pFc段。
Fc pFc
免疫球蛋白的异质性
免疫球蛋白的类型
类(Class): 重链C区抗原性
IgG、IgA、IgM、IgD、IgE
亚类(Subclass): 重链抗原性/二硫键数目位置 IgG1-4 型(Type): 轻链C区抗原性 k、l
亚型(Subtype): 轻链C区aa差异排列 l1～4
血清型
免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫应答，因而也 是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗 原性也有差异。利用血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称 为免疫球蛋白的血清型。
二、免疫球蛋白的其他成分
连接链（joining chain，J链）
(1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链
IgM J CHAIN
(2)存在：IgM（五聚体）, sIgA（双体）
IgA dimer
Secretory piece
Joining chain
分泌片（Secretory Piece，SP)
(1) 化学本质： 多肽链(70kD) (2)来源：上皮细胞 （3）作用： a.帮助IgA穿越黏膜 b.保护s IgA抵抗蛋白酶的水解作用
Jerne, 1984, Idiotype network
Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody
Nobel Prize winners
Susumu Tonegama,1987, structure of Ig gene
Effector cell
ADCC
Target cell Ab
Target cell
FcR
➢表达Fc受体的组织细胞(NK、M、中性粒细胞）通过识别抗体的Fc段直 接杀伤被抗体包被的的靶细胞。
免疫球蛋白的功能 介导 ADCC
NK
靶细胞
调理吞噬作用
抗体的抗病毒效应
C1qr2s2 经典途径激活补体
各类免疫球蛋白的特点和功能
IgG1
IgG2 IgG3
20
6
4
23
7
23
+ +++ +++
+ +++
–
– +++
+
IgG4
特性
a) 血清中含量第三
b) 出现最早的Ig
c) 分布局限，主要在血管内 d) 通过经典途径激活补体 e)分子量最大 f)凝集细菌 e) 结合细胞 –
巨噬细胞,单核细胞-调理 NK细胞,巨噬细胞-介导ADCC
IgM
J链
功能：
•抗感染的先锋抗体
抗菌作用最强 (500—1000×IgG)
抗病毒 抗外毒素 •介导 II,III型超敏反应 • 介导自身免疫 •天然血型抗体
抗体——生物体最奇妙的分子
无限的多样性（diversity) 功能与结构的双重性
可变区——抗原结合 ( 特异性specificity ) 恒定区——生物学效应功能 分泌型和膜型表达
基本概念
B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。
主要存在于血清中。
与相应抗原特异性结合。
Ag1
Ab1
Ag1-Ab1
结构域
1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体(V/C/H)。 2）b-sheet、b-barrel、immunoglobulin fold。 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)。
免疫球蛋白的结构功能区
“Ig-like Domain (Ig样结构域)”
The basic structure of immunoglobulins
抗体分子的多样性
相应 50
位置
上氨 基
40
CDR3
30
酸
CDR1 CDR2
残 20
基
的 10 变
异
率
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
1971年 Kabat基因嵌入模型
抗体的多样性(I及g其)产I生g机A制, IgG, IgM
AG C T GAG C GATAT
d, IgD,
e. IgE
Hinge region
- ALLELIC EXCLUSION
primary antigen
Recombination signal sequences - conserved sequences in regions just upstream or downstream of gene segments.
Hinge region
VH CH1
NH3+
VL
Fab
CL
CH2
CH3
Fc
CH4
COO–
Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972
Rodney Porter 1917-1985 Nobel Prize in 1972
HH
LL
Fab Fab
Fc
Edelman将抗体分子假定与其它各种蛋白质一 样，由一些 polypeptide链所构成，而他认 为polypeptide链间最可能以二硫键结合在一 起，故他试图将这些键结打断来观察其中的 各条polypeptide链，结果他发现这些氨基酸 链单独存在时都不具有任何抗体的功用。
结构 概念
B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白 与相应抗原特异性结合 主要存在于血清中 又称免疫球蛋白 (Immunoglobulin) 分泌型 sIg、膜型 mIg
一、基本结构
免疫球蛋白的结构
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：五类(isotype: a、、m、d、e) 轻链：两型(k、l)
•IgG •IgM •IgA •IgE
•IgD
IgG
特性：
• 出生后3个月开始合成，3～5岁接近成人 • 含量最多 占血清总Ig的 75% • 产生比较晚，是再次应答的主要抗体 • 半衰期最长(t ½ =23天) • 分布最广，血管外的主要抗体 • 唯一能通过胎盘的Ig • 激活补体 – IgG1～3（经典），IgG4（替代） • 结合细胞 –巨噬细胞，单核细胞——调理作用
NH3+
VL
Fab
CL
Hinge region
CH2
特点：
1)极富弹性 2)富含脯氨酸
CH3 CH4
COO–
Fc
功能:
1) 有利于 Ab 与Ag的结合
2)有利于 Ab 与补体的结合
IgG分子结合抗原前后的构象变化
结合抗原之前
结合抗原之后
Fc段
CH1 CH2
C1q 结合 位点被屏 障
暴露的 C1q结合 位点
Ag2
Ag2
Ag2-Ab2
抗体一词的由来（19世纪末）
Emil von Behring (1845-1917)
抗毒素（1888） 凝集素（1896,Gruber and Durham） 沉淀素（1897, kraus） 抗体(antibody)
是介导体液免疫的重要效应分子， 是B细胞接受抗原刺激后增殖分化 为浆细胞所产生的糖蛋白。
轻链（light chain:L链） 通过DNA修复，断端连接，恢复双键结构
类(Class): 重链C区抗原性 IgG、IgA、IgM、IgD、IgE
B细胞接受抗①原刺大激后约增殖2分1化4成浆a细.a胞,产糖生的基糖蛋(-白)。
② 型别（ type）: k ,l
VH CH1
NH3+
VL Fab
CL
CH2
CH3
Байду номын сангаасFc
CH4
COO–
三个功能区(Domain)
可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 VH和VL： 高变区 HVR － 抗原结合部位－互补决定区
CDR 骨架区 FR1－4
(1971, Kabat)
恒定区(Constant region, CH/CL)
绞链区(Hinge region)
Igl 链 的 氨 基 酸 序 列
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6－10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），参与抗原结合部位的组成。
Diversity and Specificity
酸相 残应 基位 的置 变上 异氨 率基
50
抗体分子的多样性
40
CDR3
30
20
CDR1
CDR2
10
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
B细胞表位
表位
抗
抗体
原
CDR
Ag
铰链区（Hinge region）
VH CH1
介导过敏 介导细胞毒(ADCC) 免疫调理 4）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能
VH CH1
NH3+
VL
Fab
CL
CH2
CH3
Fc
CH4
COO–
免疫球蛋白的功能
a.
免疫球蛋白的功能
b.
免疫球蛋白的功能
Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity
(抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用)
NK细胞，巨噬细胞——介导ADCC
功能：
•抗感染的主要抗体
抗菌 抗病毒 抗外毒素
•介导 II,III型超敏反应 •介导自身免疫
IgG
调理 介导 ADCC 固定补体 中和病毒和毒素
IgG四个亚类的特点
血清含量(占IgG的百分比） 血清半衰期(天)
通过胎盘 固定补体 结合Fc受体
70 23
+++ + +++
20世纪有关抗体研究获得诺贝尔医学生理 学奖的免疫学家
年代 1901 1908 1960 1972
学者姓名 E.A.Behring
P.Ehrlich F.M.Burnet G.M.Edelman R.R.Porter
国家 德国
德国 澳大利亚 美国 英国
获奖成就
发现抗毒素，开创免疫血清 疗法 提出体液免疫理论和抗体生 成的侧链学说 提出抗体生成的克隆选择学 说
阐明抗体的本质
阐明抗体的化学结构
20世纪有关抗体研究获得诺贝尔医学生理 学奖的免疫学家
年代
学者姓名
国家
获奖成就
1984
N. Jerne
丹麦
提出天然抗体选择学说和免疫网络学说
1987
G. Kohler C. Milstein Tonegawa
德国 阿根廷 日本
建立杂交瘤技术制备单克隆抗体
单克隆抗体技术及免疫球蛋白基因表达的 遗传调控 阐明抗体多样性的遗传基础
Emil von Behring, 1901, antitoxins
Paul Ehrlich , 1908, production of antibody
Burnet, 1960， Clonal selection
Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody
1、同种型(isotype)：同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同的抗原特异性标志。 由C区决定 。
Hinge region
VH CH1
VL
Fab
CL
CH2
CH3
Fc
CH4
2、同种异型（allotype)： 同一种属不同个体间免疫球蛋白分子所具有的不同的抗原 特异性标志。 由链、a链、e链、k链C区决定。
Porter主要致力于将抗体中负责与外 来抗原结合的部分从抗体中分开，他发 现可利用酵素--木瓜蛋白(papain)，将 抗体分成三部分。
重链和轻链（Heavy & light chains）
重链（Heavy chain:H链）
① 大约500 a.a, 糖基(+)
② 类别（Class ）:
H链：a, , 突变率比细胞中正常基因高数百万倍 m ,
Hinge region
VH CH1
VL
Fab
CL
C
Fc
3、独特型(idiotype,Id)： 每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志。由超变区 特殊的氨基酸序列及其构型决定。
Hinge region
VH CH1
VL
Fab
CL
CH2
CH3
Fc
CH4
免疫球蛋白的功能
1）与相应抗原特异性结合：Fv 2）激活补体： 3）结合FcR：促吞噬(opsonization)
抗体与球蛋白关系
1937年 Tiselius和 Kabat 用电泳方法证实 抗体的活性存在于泳动 最慢的血清组分，称为 球蛋白
抗体≠球蛋白
抗体与免疫球蛋白关系
1968和1972年WHO和国际免疫学会分别决定 将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球 蛋白统称为免疫球蛋白.
抗体 免疫球蛋白
功能 概念