抗体、基因重排及B细胞发育

V1
V2
V4 V5
V6
V3 Vn
DNA
2 variable recombination
3 nucleotide addition
V J1 J2 Jn
V J2
V J1 J2 Jn nucleotides
V J2
4 mutation V
mutation
V
V-region proteins
Ig 基因的体细胞高频突变与抗体分子的亲和力成熟
V V
23 23
J
12
D
12
12
J
23
V、D和J基因片段两端的重组信号序列按图中所示方式组成，以保
证V、（D）、J之间的正确重排。
Ig 基 因 重 排 序 列
D4
D23
D3
J1
CG
CG
AT
AT
AT
AT
AT
CG
AT
23bp
12bp
CC
TA
GC
AT CG
剪切
5'
AT CG
3'
D1 D2
J2 J3 C
一个IGHD（如IGHD2） 和一个IGHJ （如IGHJ2）
Fc pFc
抗体分子的酶切片段
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。
Diversity and Specificity
酸相 残应 基位 的置 变上 异氨 率基
Germ line DNA CCCCCC TGG CCCCCC TGG CCCCCC TGG
Recombined DNA C C C T G G
CCCCGG
CCCCCG
Protein
Pro Trp
Pro Arg
Pro Pro
Generation of antibody diversity
1 multiple genes
0.85M b
3个 IGLL 基因座
IGLL1 IGLL2 IGLL3
800K b
14K b
60K b
670Kb 30Kb 150Kb
Ig 基 因 的 重 信 号 序 列
IGK
7 核苷酸
CACAGTG
V
12
9 核苷酸
ACAAAAACC
9 核苷酸
GGTTTTTGT
7 核苷酸
CACAGTG
J
23
IGL IGH
g de
C2
C2 C2
C2
CD4
V
V C2
-S-S- -S-S- -S-S-
-S-S-
C2
Ig 受体
C2
VCAM-1
V
C2
C2
CD8
V
C2
C2
V
C2 ICAM-2 C2
LAF-3
V
C2
C2 C2
C2
-S-S-S-S-
V
V
C2
C2
C2 C2
C2
-S-S-
7-3 五类抗体分子的主要特点
IgM Igm IgG Igg IgA Iga IgE Ige IgD Igd
T A C T A CGG T AG T A
GC T A C T GG T A C
M603 A G A G A T
T A C T A CGG T AG T A C
C T GG T A C
M167 A G A G A T G C G G A C T A C G G T A G T A G C T A C T T T G G G T A C
CL
CL
-S-S-
-S-S-S-S-
CL
CL
-S-S-
-S-S-S-S-
CL
CL
-S-S-
TCR
-S-S-S-S-
V
V
-S-S-
-S-S-S-S-
CL CL
-S-S-
MHC-I
MHC-II
-S--S-
-S--S-
-S-S-S-S-
b2m
CL CL
-S-S-
-S-S-S-S-
CL CL
-S-S-
ICAM-1
白蛋白
球蛋白
a1 a2
b
g
（a）
（b）
（c）
对健康人用疫苗进行主 动免疫，免疫前（a）和 免疫后10天 （b）分别 采血并对血清蛋白进行 凝胶电泳分析。免疫前 血清中的g 球蛋白条带较 宽，免疫之后则相对集 中。Bruton 氏病患者血 清蛋白中的 g 球蛋白条 带缺失（c）。
Diversity - Different Classes and Subclasses IgM Igm IgG Igg IgA Iga IgE Ige IgD Igd
IgG 分 子 的 四 种 亚 型
IgG1
IgG2
g1，g2，g3 和 g4
等Igg 链分别参与
组成IgG1、IgG2、
IgG3和IgG4等分子。
IgG3的铰链区最长，
IgG2铰链区较短。
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四种亚类的IgG分
IgG3
IgG4
子在血清中的浓度
不同，所发挥的生
物学特性亦不相同。
IgM
分 泌 型 IgM
基因片段通过其两侧的 23bp-RSS和12bp-RSS被 拉拢在一起。它们之间的 DNA片段形成环状并被剪
除，IGHD2和IGHJ2之间
被修复酶连接在一起。
Heavy chain diversity created by variable recombination
VH
D
JH
S107 A G A G A T
S107 Arg Asp
Try Gly Ser Ser Tyr Trp Tyr
M603 Arg Asn
Tyr Try Gly Ser
Thr
Trp Tyr
M167 Arg Asp Asp Asp Try Gly Asn Ser Tyr Phe Gly Tyr
Light chain diversity created by variable recombination
Chapter 7
Antibody Molecules, Their Genes and B Cell Development
抗体分子、基因和 B 细胞发育
获得性免疫系统的 “五项基本原则”
1 Lymphocytes and lymphoid organs 2 One clone，one receptor 3 Clonal selection and expansion 4 Clonal deletion and self-tolerance 5 Antigen processing and presentation（MHC）
VL
CL
1.胚系基因
Ig 重 链 基 因 重 排
V1
V2 V3
Vn D1 D2 D3 Dn J1 J2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca
2.基因重排 3.重排基因 4.RNA转录本 5.mRNA剪切 6.成熟mRNA 7.Igm前体多肽
V1 V2
D2
J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca
50 40
30
CDR1
CDR2
20
10
抗体分子的多样性
CDR3
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
抗体分子的抗原结合部位
HV4
NH2
CDR1 CDR3
CDR2
COOH
B 细胞表位
多于90个 IGKV
V V V V VV VV
5个 IGKJ
JJ JJJ
IGKC
K
着丝粒
11个 IGKV orphons
VV VV
>1.85M b
IGL （位于染色体 22q11）
60个 IGLV
7个 IGLJ 与 7个 IGLC 交替排列
VV
VPREB1 V V
J1 L1 J2 L2 J3 L3 J4 L4 J5 L5 J6 L6 J7 L7
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。
7-2 Basic Structure of Ab
Molecules
抗体分子的基本
结构
IgG分子由两条H 链和两条L链共价 结合而成。轻链 包括VL和CL两个 结构域，重链含 有1个VH和3个CH 结构域。VH和VL 共同组成抗原结 合部位。Ig分子中 线对称，具有两 个相同的抗原结 合部位。
VDJ 基因片段的组合 V D J
VxDxJ
IGH/IGK(IGL) Imprecise Joining
Nucleotide Addition
Potential Variation Somatic
hypermutation
IGH
IGK
IGL
50
60
30
12
6
5
7
3600
300
210
3600x(300+210)=1.6x106
Diversity - Different Sequences and Specificity
酸 相 50 残 应 40 基位 的 置 30 变上 异 氨 20 率基
10
0
抗体分子的多样性
CDR3
CDR1
CDR2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列
IgM
抗体结构
膜 型 IgM
sIgM
J链
Iga Igb
Iga Igb
IgE 分 子 的 结 构
IgD 分 子 的 结 构
IgA dimer
分泌链 J链
抗体类别 重链类别 重链亚类 轻链类别 分子式
分子量（kDa） 固定补体能力 血清浓度 (mg/100ml) 血清半衰期(天) 穿过胎盘 肥大细胞和嗜碱 性细胞脱颗粒 裂解细菌能力 抗病毒能力
表 7-1 人抗体分子的特性
IgG
IgA
IgM
g
a
m
g g g g
a a
和 l
gl2 或 g2
150
和 l
al2 或al2)5SCJ a2 或a2)5SCJ
160 或 400
和 l
ml2)5J 或 m2)5J
900
+
0
++++
1000
200
120
23
6
5
＋
0
0
？
0
0
+
+
+++
+
+++
+
IgD
IgE
d
V1
V2 D2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca
V2D2J3 J4
V2D2J3
Cm Cd
V2 D2 J3 Cm
J4 Cm Cd
J4
Cm
V2D2J3
Cd
V2 D2 J3 Cd
L
VH
Cm
L
VH
Cd
Susumu Tonegama Nobel Prize 1987
7-4 Ig基因及其重排
免疫球蛋白基因结构
多样性至少增加 100 倍
多样性增加 2000 倍
1010-1011 突变频率是其它基因的百万倍以上。 使抗体对抗原的亲和力增加 100-1000 倍。
7-5 Class switching
L VH1
5’
L VHn
DH1 DH7 DH13
JH
Cµ Cd Cg3 Cg 1 Cg 2b Cg2a Ce Ca
表位
抗原
抗体 CDR
Ag
“Ig-like Domain (Ig样结构域)”
Ig Superfamily
Ig分子超家族的成 员多数为细胞膜表 面分子。图中显示 的是Ig分子超家族 的一些主要成员及 其分子结构。
免疫球蛋白超家族
免疫球蛋白 （IgM）
-S-S-S-S-
Iga/b
-S-S-
-S-S-S-S-
3’
L VH1 L VH201 L VHn
5’
DH1 DH DH JH Cµ Cd Cg 3 Cg 1 Cg2b Cg2a Ce Ca
Adaptive Immunity
Three Representatives MHC
Antibodies TCRs
Three Topics Diversity Specificity Memory
7-1 Immunoglobulin and Antibody (抗体分子与免疫球蛋白）
Diversity of Ab (抗体分子的多样性)
IGH （位于染色体 14q32）
95个 IGHV 23个 IGHD
V V DD DD V V
9个 IGHD
D D DD
9个 IGHJ
JJ JJ
11个 IGHC
M D G3 G1 EP1 A1 GP G2 G4 E1 A2
900 kb
240Kb
22Kb
35Kb
300Kb
IGK （位于染色体 2p12-p11）
e
和 l d l2 或d2
180
0
3
和 l
el2 或 e2
190
0
0.05
3
2
0
0
0
++++
?
?
?
?
7-4
GOD
Generation of Diversity
Ig and TCR Gene Rearrangement
染色体DNA 完整基因 RNA转录本
mRNA 蛋白质多肽链
基 因 的 结 构、 转 录 与 翻 译
基因1
基因2
基因3
基因4
内含子
内含子
内含子
外显子1
外显子2
外显子3
外显子4
前 B 细胞 DNA
V1
V2
V3
Vn
J1 J2 J3 J4 J5
C
基因重排
成熟 B 细胞 DNA 初级转录本 RNA 剪切 mRNA
V1
V2
J4 J5
C
V1
V2 J4 J5
C
V1
V2 J4 J5
C
V2 J4
J5
C
V2 J4 C
-S-S- -S-S-S-S- -S-S- -S-S- -S-S- -S-S-
-S-S- -S-S-S-S- -S-S- -S-S- -S-S- -S-S- -S-S- -S-S-
-S-S- -S-S- -S-S- -S-S- -S-S-
-S-S-S-S-S-S-
-S-S- -S-S-
CD2
CD3
C2