Ig及其编码基因课件
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免疫球蛋白及其编码基因
1. IgM pentameric macroglobulin 2. IgM is composed early in fetus,
and early in immune response. 3. Natural antibodies against blood
cell determinants.
IgD
u各种基因片段都有多个只有一个参与组成编码基因bcr编码基因的结构特点人类tcr胚系基因结构示意图aaaaexon1exon2exon3exon3exon3exon2exon2exon1exon1intron1intron2intron1intron2mrnaproteingermlinednaprimaryrnabcrtcr基因重排重链基因的重排recombinationu重排有关的酶u末端脱氧核苷酸转移酶tdt抗体基因表达的一些特点u等位基因排斥allelicexclusion位于一对染色体上的轻重链基因只有其中一条染色体上的基因得到表达
具有杀伤活性的细胞通过其Fc受体识别结合于 靶抗原上的抗体Fc段，直接杀伤靶细胞。NK细 胞是介导ADCC的主要细胞。
穿过胎盘和黏膜
uIgG可穿过胎盘屏障，在新生儿抗感染免疫 中起重要的作用。
u分泌型IgA的黏膜局部免疫作用
各类抗体的生物学活性
CHARACTER OF EACH CLASS
IgG IgM IgA IgE IgD
BASIC STRUCTURE
1.重链和轻链
重链 (Heavy chain,H) u分子量比较大 u据恒定区氨基酸的组成和排列顺序的不同， 可分为5类(同种型) u不同的同种型有不同的特征
免疫球蛋白分类（class）
1. IgG - Gamma (γ) heavy chain IgM - Mu (μ) heavy chain IgA - Alpha (α) heavy chain IgD - Delta (δ) heavy chain IgE - Epsilon (ε ) heavy chain
and early in immune response. 3. Natural antibodies against blood
cell determinants.
IgD
u各种基因片段都有多个只有一个参与组成编码基因bcr编码基因的结构特点人类tcr胚系基因结构示意图aaaaexon1exon2exon3exon3exon3exon2exon2exon1exon1intron1intron2intron1intron2mrnaproteingermlinednaprimaryrnabcrtcr基因重排重链基因的重排recombinationu重排有关的酶u末端脱氧核苷酸转移酶tdt抗体基因表达的一些特点u等位基因排斥allelicexclusion位于一对染色体上的轻重链基因只有其中一条染色体上的基因得到表达
具有杀伤活性的细胞通过其Fc受体识别结合于 靶抗原上的抗体Fc段，直接杀伤靶细胞。NK细 胞是介导ADCC的主要细胞。
穿过胎盘和黏膜
uIgG可穿过胎盘屏障，在新生儿抗感染免疫 中起重要的作用。
u分泌型IgA的黏膜局部免疫作用
各类抗体的生物学活性
CHARACTER OF EACH CLASS
IgG IgM IgA IgE IgD
BASIC STRUCTURE
1.重链和轻链
重链 (Heavy chain,H) u分子量比较大 u据恒定区氨基酸的组成和排列顺序的不同， 可分为5类(同种型) u不同的同种型有不同的特征
免疫球蛋白分类（class）
1. IgG - Gamma (γ) heavy chain IgM - Mu (μ) heavy chain IgA - Alpha (α) heavy chain IgD - Delta (δ) heavy chain IgE - Epsilon (ε ) heavy chain
免疫学Ig及其编码基因课件
（一）结构的多样性 （二）功能的多样性
抗体多样性的产生机制
组合多样性(combinatorial joining) 连接多样性(junctional flexibility) 体细胞高频突变(somatic hypermutation)
人Ig多样性产生的机制
多样性机制
多胚系基因数（功能性） V D J
Sidong Xiong, Ph.D.
March 25, 2014 Shanghai, China
Immunoglobulin and its genes
抗体的概念 抗体的结构 抗体异质性 抗体生物学特性 抗体的编码基因 抗体胚系基因的重排及机制 抗体的多样性及其机制 抗体的制备
一、抗体的基本概念
3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab’)2 →2XFab’、pFc’
1、基本结构
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e) 轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l)
四、抗体的主要特性及生物学功能
1、主要功能：
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)
介导过敏 介导细胞毒(ADCC) 4）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能
2、各类抗体的特性与功能
1）IgG： 4个亚类 分布广 血清含量最高 寿命长 能通过胎盘
组合多样性
H
65 27
6 1.1X104
l
30 0 4 1.2X102
总计
11000X(120+200)=3X106
连接多样性
抗体多样性的产生机制
组合多样性(combinatorial joining) 连接多样性(junctional flexibility) 体细胞高频突变(somatic hypermutation)
人Ig多样性产生的机制
多样性机制
多胚系基因数（功能性） V D J
Sidong Xiong, Ph.D.
March 25, 2014 Shanghai, China
Immunoglobulin and its genes
抗体的概念 抗体的结构 抗体异质性 抗体生物学特性 抗体的编码基因 抗体胚系基因的重排及机制 抗体的多样性及其机制 抗体的制备
一、抗体的基本概念
3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab’)2 →2XFab’、pFc’
1、基本结构
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e) 轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l)
四、抗体的主要特性及生物学功能
1、主要功能：
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)
介导过敏 介导细胞毒(ADCC) 4）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能
2、各类抗体的特性与功能
1）IgG： 4个亚类 分布广 血清含量最高 寿命长 能通过胎盘
组合多样性
H
65 27
6 1.1X104
l
30 0 4 1.2X102
总计
11000X(120+200)=3X106
连接多样性
ig分子 ppt课件
12
抗体结构的发现：
Edelman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，
每条肽链的编码基因可分为V区和C区两大部 分。
25
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。
26
27
• Ig重链基因的重排
28
• Igkappa链基因的重排
29
30
•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：
• 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
2
Ig — 生物体最奇妙的分子
无限的多样性
功能与结构的双重性
可变区——抗原结 合
恒定区——生物学 效应功能
不同的类、亚类及型别
分泌型和膜型表达
3
与Ig 有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908 1972 1977 1984
1987
von Bering （德国人）
血清治疗
Ehrlich （德国人） & Metchnikoff（俄国人）
抗体结构的发现：
Edelman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，
每条肽链的编码基因可分为V区和C区两大部 分。
25
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。
26
27
• Ig重链基因的重排
28
• Igkappa链基因的重排
29
30
•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：
• 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
2
Ig — 生物体最奇妙的分子
无限的多样性
功能与结构的双重性
可变区——抗原结 合
恒定区——生物学 效应功能
不同的类、亚类及型别
分泌型和膜型表达
3
与Ig 有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908 1972 1977 1984
1987
von Bering （德国人）
血清治疗
Ehrlich （德国人） & Metchnikoff（俄国人）
Ig基因
V
J
12 23
IGK
V
23 12
J
IGL
V
23 12
D
12 23
J
IGH
12-23规则：在重组酶(RAG)的识别下，带有12bp间隔序列 的RSS片段只能与带有23bp间隔序列的片段相结合， 以保证 V、（D）、J之间的正确重排。
Ig
基 因 重 排 序 列
CG D23 环出 CG J1 AT AT AT AT AT CG AT 23bp 12bp C C TA GC AT 剪切 CG 5' 3' T A CG D1 D2 J2 J3 C
12-23规则：
在重组酶识别和作用下，带有12 bPRSS的基因片段只能和带有23-bP-RSS的基因 片段相结合，这种现象称为12-23规则，它 保证基因片段之间的正确重组和连接。
Ig基因的重信号序列
7 核苷酸
CACAGTG
9 核苷酸
ACAAAAACC
9 核苷酸
GGTTTTTGT
7 核苷酸
CACAGTG
5，
3
重链基因： 位于第14号染色体，包括重链V区基因和C区基因 V区基因:可变区基因（Variabel segment）简称VH （95） 多样性基因（Diversity segment ）简称DH（27） 连接基因（Joining segment ）简称JH（6） C区基因（Constant）简称CH（9）
（一）基因重排的方式：
重排的方式：通过一组重组酶识别V、D、J 基因片段两侧的保守序列——重组信号序列 （rearrangement signal sequence,RSS)。切 断以及修复DNA
(二）重排和重组信号序列
最新医学免疫学4Igppt课件
免疫球蛋白的铰链区及其功能
免疫球蛋白结构和功能的关系
Ag Binding
Binding to Fc Receptors
Complement Binding Site Placental Transfer
3.免疫球蛋白的其它成分
①、连结链（Joining chain,J链） ──由浆细胞合成分泌20KD的多肽，将Ig单体连
异种
抗异种Ig抗体
独特型抗原决定簇
同种异体
抗非己Ig抗体
自身体内
抗独特型抗体
• 免疫球蛋白具有二重性
抗体活性
抗原性
四、免疫球蛋白的生物学功能
IgV区功能 IgC区功能
四、免疫球蛋白的生物学功能
1.结合特异性抗原──互补决定簇区（CDR，超变 区）
①抗毒素免疫：
抗体 ＋ 毒素中和
②抗菌体、病毒免疫:
人类遗传标志，多次输入与自己遗传形状不同的Ig可导致 超敏反应
㈢、免疫球蛋白的血清型
3.独特型（Idiotype，Id)——同一个体内，每个抗 体形成细胞克隆产生的Ig，V区的互补决定簇（超 变区）抗原性不同──独特型抗原决定簇。
㈢、免疫球蛋白的血清型
从结构上看：
Ig互补决定簇（超变区）＝抗原结合部位＝独特型抗原决定 簇
F(ab’)2
Fc Peptides
2、免疫球蛋白的酶水解片段
Poter提出：IgG是有相同的两条重链通过二 巯键连接成Y型,两条相同的轻链通过二巯键 连接在重链Y型双臂的两侧。
电镜观察支持Poter的推测，并发现Y型Ig的两 臂可伸展成180°，提出分子中存在绞链区
研究水解片段的意义：
理论上理解抗体的结构和抗原抗体反应的原理； 实践中用于精制抗毒素；
免疫球蛋白最新医学免疫学PPT课件
丙种球蛋白(G-γ) ≠ 抗体 ≠ Ig
编辑版ppt
3
Emil Adolf von Behring
1901 NobeΒιβλιοθήκη prize(the first)
编辑版ppt
4
与抗体有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908 1972 1977 1984 1987
von Behring
Ehrlich & Metchnikoff Edelman &
Ig分子中的同一结构部位
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12
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13
骨架区（framework region,FR）
稳定CDR的空间构型
以利CDR与抗原表位
精细的特异性结合
VH或VL各有 FR1、FR2、FR3、FR4 四个骨架区
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14
➢ 恒定区（C区） N 氨基酸组成 在同一物种的 同一类Ig中 相对稳定
Poter Yalow
Koler,Milstein & Jerne
Tonegawa
血清治疗 抗体生成、吞噬
抗体分子结构 放射免疫测定
单克隆抗体 Ig基因结构
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5
第一节 免疫球蛋白的结构
Gerald Edelman 1929 --
Rodney Porter 1917-1985
Nobel Prize in 1972
8
根据Ig重链
抗原性的差异
分五类：
γ- IgG
μ- IgM
α- IgA
δ- IgD
ε- IgE
编辑版ppt
9
轻链（light
chain，H链）
重链的1/2 214个氨基酸残基
免疫球蛋白(Ig)PPT课件
调理吞噬
免疫球蛋白与抗原结合后， 能被吞噬细胞吞噬，从而 清除外来抗原。
免疫调节
调节免疫细胞的活性
免疫球蛋白可以调节T细胞、B细胞等 免疫细胞的活性，影响免疫应答的强 度和持续时间。
调节细胞因子的产生
调节免疫记忆
免疫球蛋白可以调节免疫记忆细胞的 增殖和分化，影响二次免疫应答的效 果。
免疫球蛋白可以调节细胞因子的产生， 影响免疫细胞的分化、增殖和功能。
免疫球蛋白治疗的效果取决于多种因素，包括免疫球蛋白的来源、纯度、剂量以及患者的个 体差异等。目前，免疫球蛋白治疗已经取得了一定的疗效，但仍存在一些问题需要解决。
免疫球蛋白治疗展望
1. 新型免疫球蛋白分子的研发
通过基因工程技术，可以设计和生产具有特定功能的免疫球蛋白分子，提高免疫球蛋白 治疗的疗效和安全性。
利用电泳技术将Ig分离，再通过抗原抗体反 应进行检测。
酶联免疫吸附法(ELISA)
荧光免疫分析法
通过酶标记的抗体与抗原的特异性结合， 再利用底物显色反应，对Ig进行定量检测。
利用荧光物质标记抗体，通过荧光信号的 强度检测Ig的含量。
临床应用
感染性疾病的诊断
通过检测Ig水平，有助于诊断 感染性疾病，如细菌性感染、 病毒性感染等。
功能
识别并清除外来抗原，如细菌、 病毒等，维持机体的内环境平衡 和免疫稳定。
分类与结构
分类
根据重链类型的不同，免疫球蛋白分 为五类，分别为IgG、IgA、IgM、 IgD和IgE。
结构
免疫球蛋白由两条相同的重链和两条 相同的轻链通过二硫键连接而成，具 有Y字形的结构。
分布与来源
分布
免疫球蛋白广泛分布于体液中，如血清、唾液、眼泪、肠道 分泌液等。
Ig基因
◘ 单特异性－－单个B细胞只产生一种抗体基因
◘ 淋巴细胞为二倍体－－H、κ和λ都有两个等位基 因 －－－重组表现为等位基因排斥（allelic exclusion） ◘ 轻链中表现为同型性项斥（isotypic exclusion） 往往只有κ链基因重组失败，才发动λ链基因重组 ◘ 抗体中大部分轻链是κ 链，λ链往往占少部分 人类有约60%的轻链是κ链，约40%为链。老 鼠 有95% 的B细胞表达κ类型的轻链
5，
3
重链基因： 位于第14号染色体，包括重链V区基因和C区基因 V区基因:可变区基因（Variabel segment）简称VH （95） 多样性基因（Diversity segment ）简称DH（27） 连接基因（Joining segment ）简称JH（6） C区基因（Constant）简称CH（9）
320X10530=3.3X106 多样性增加100倍
N核苷酸插入
多样性预期 体细胞突变
多样性增加300倍
~1011
IgH基因突变率是其它基因的百万 倍以上，显著增加了抗体分子的多样性 及其与抗体的亲和力
Ig多样性的意义：
1.生物体的基因库中仅储存少量的信息，即可 对付自然界千变万化的抗原刺激。 2.了解Ig多样性的产生机制，利用分子生物学 技术，用少量的基因片段组合成千变万化的特 异性抗体的可变区。
D4 D3
“12-23”规则
一个D（如D2）和一个 J （如J2）基因片段 通过其两侧的23bpRSS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，D2和J2之间被 修复酶连接在一起。
V L
L V
a) RAG1/RAG2识别的二级 结构 ◘ 不同的V片段与J-C的重组
《医学免疫学IG》PPT课件
Ig M
Ig M 由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，占 Ig 总 的5 ～ 10％ Ig M 在个体发生及免疫应答中产生最早 Ig M 分子量最大，为五聚体 天然抗体为 Ig M 类抗体 Ig M 调理作用最强，在体内有重要的免疫保护 作用 Ig M 不能通过胎盘，如在新生儿体内检出，则 表明有垂直感染 SmIg M 为 B 细胞表面主要的抗原识别受体
五、五类 Ig 的特性与功能
Ig G
血清中含量最高，占血 Ig 总量的 75％ 主要由脾脏及淋巴结中的浆细胞合成，出生后
3 个月开始, 3 ～ 5 岁达成人水平 半衰期最长，为 20 ～ 23 天 经经典途径活化补体 是唯一可以穿过胎盘的抗体 是体内最重要的保护性抗体 参与 ADCC 及 SPA 协同凝集作用 参与某些自身免疫病及超敏反应
IMMUNOGLOBULIN
免疫球蛋白
一、概念
抗体（antibody，Ab）：是B细胞识 别抗原后增殖分化为浆细胞，所合成分泌的 一类能与相应抗原特异性地结合，具有免疫 功能的球蛋白
免疫球蛋白（immunoglobulin， Ig）：具有抗体活性或化学结构与抗体相似 的球蛋白
二、免疫球蛋白的结构
三、免疫球蛋白的生物学功能
（一）V区的功能 与抗原特异性结合
特异性 可逆性 交叉反应性
（二）C区的功能 1 活化补体 2 结合Fc受体
（1）调理作用（opsonization） （2） ADCC（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)作用 （3）介导Ⅰ型超敏反应
Ig D
主要由脾脏及扁桃体中浆细胞产生，占 Ig 的 1％左右
SmIg D 是 B 细胞表面主要受体，B 细胞表达 SmIg D 时是 B 细胞成熟的标志
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三、抗体的异质性
内源性因素
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血清型：
同种型(Isotype)： C区决定，非遗传标志。类、亚类、型和亚型 同种异型(Allotype)： 个体等位基因，遗传标志: Gm 独特型(Idiotype, Id)： Idiotope→Anti-Id
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三、抗体的异质性
外源性因素
含多种不同抗原表位的抗原刺激机体免疫系统， 导致免疫细胞的活化，产生多种不同特异性的抗体。 多样性抗原的存在是导致免疫球蛋白异质性的外源因素， 是免疫球蛋白异质性的物质基础。 抗体的这种异质性，反映出机体对抗原精细结构的识别 和应答。
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三、抗体的异质性
内源性因素 外源性因素
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三、抗体的异质性
1、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
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3、结构域(Domain)
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-strain、b-sheet、b-barrel、immunoglobulin fold 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)
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Байду номын сангаас
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四、抗体的主要特性及生物学功能
1、主要功能：
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)
介导过敏 介导细胞毒(ADCC) 4）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能
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木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc
胃蛋白酶(pepsin)： 学习F交(流aPbPT’)2 →2XFab’、pFc’
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2、辅助结构
1）J链(Joining chain)：
20KD、10%糖、Cys、二硫键连接IgH
2）分泌片(Secretory piece,SP)：
70KD、6％糖、上皮细胞合成
轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l)
2）分三个功能区：
可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性 绞链区(Hinge region)CH1-CH2间, 30aa,2-5链间二硫键 3）蛋白酶可酶解
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2、各类抗体的特性与功能
1）IgG： 4个亚类 分布广 血清含量最高 寿命长 能通过胎盘
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2、各类抗体的特性与功能
一、抗体的基本概念
抗原刺激B细胞产生的一类可与相 应抗原特异性结合并产生各种免疫 效应的糖化球蛋白，亦称免疫球蛋 白 (Immunoglobulin)
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二、抗体的结构
1、基本结构 2、辅助结构 3、结构域(Domain)
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1、基本结构
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e)
木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc
胃蛋白酶(pepsin)： 学F习交(a流bPP’T)2 →2XFab’、pFc’
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1、基本结构
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e)
轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l)
2）分三个功能区：
可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性 绞链区(Hinge region)CH1-CH2间, 30aa,2-5链间二硫键 3）蛋白酶可酶解
木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc
胃蛋白酶(pepsin)： 学习F交(流aPbPT’)2 →2XFab’、pFc’
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1、基本结构
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：450aa, Mr.5X104,五类(a、g、m、d、e)
轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型(k、l)
2）分三个功能区：
可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原 恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性 绞链区(Hinge region)CH1-CH2间, 30aa,2-5链间二硫键 3）蛋白酶可酶解
INSTITUTE FOR IMMUNOBIOLOGY
免疫球蛋白及其编码基因 Immunoglobulin and its genes
Institute for Immunobiology Fudan University
Center for Gene Immunization & Vaccine Research
Sidong Xiong, Ph.D.
March 25, 2014 Shanghai, China
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1
Immunoglobulin and its genes
抗体的概念
抗体的结构
抗体异质性
抗体生物学特性
抗体的编码基因
抗体胚系基因的重排及机制
抗体的多样性及其机制
抗体的制备
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三、抗体的异质性
抗体的特异性和类型的不同，称为异质性 heterogeneity ）
不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子重链类 别和轻链型别不同 不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子识别抗 原的特异性不同 不同抗原表位诱导的同一类型的免疫球蛋白（IgG）， 其识别抗原的特异性不同