抗体重排rearrangement

（3）多样性机制之三：基因片段结合处的变化
仅仅通过基因重排和随机组合，理论上只能产生 3.5x106个不同抗原特异性的抗体，实际上抗体的数目 要远远多于这个数字。
抗体多样性主要由CDR体现，其中CDR3在三个高变区 中的变化最大。CDR1和CDR2由V区基因编码，CDR3在轻 链中是由V基因片段和J基因片段的连接处编码的，在重 链中是由D基因编码的。
12/23规则(12/23 rule) 重组信号序列(recombination signal sequence, RSS):
七核苷酸－12/23核苷酸的随机序列－九核苷酸
V区基因的重组由几种V(D)J重组酶协调完成， 负责剪切和连接工作。
包括RAG－1和RAG－2异二聚体组成的内切酶、 TdT、DNA连接酶IV，DNA－PK、Ku。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
SHM的机制
AID
cytosine
uracil
dC:dG形成 dU:dG错配
uracil-N-glycosylase（UNG)除去dU， Mismatch repair (MMR)蛋白识别错配碱基， Error-prone DNA polymerases修复，导致突变 （在胞嘧啶位置或相邻位置）
SHM的发生
（2) 多样性机制之二：重链轻链随机组合
k链：40（Vk）x 5（Jk）= 200个Vk l链：30（Vl）x 4（Jl）= 120个Vl 重链：65（VH）x 27（DH）x 6（JH）= 11000个VH
理 论 上 将 产 生 11000x(200 ＋ 120)=3.5x106 个 不 同 抗原特异性的抗体，实际上要少一些。因为并不是 所有的V基因都以同样频率使用，并不是所有的轻链 重链配对都能成功。
为什么CDR3高变区变化最大呢？
对重排后的基因和胚系基因的核苷酸序列进行测定， 发现V（D）J不是准确地连在一起的，在连接时增加和减 少数个核苷酸，连接多样性(junction diversity)。
核苷酸在连接处的增加或者减少常常导致DNA的读框 受到破坏，产生没有功能的抗体。
（4）多样性机制之四： 体细胞高突变（Somatic Hypermutation, SHM)
BCR或抗体由可变区和恒定区组成，其多样性是 由可变区决定的。
可变区多样性是怎样产生的?
抗体多样性的两种假说：
体细胞突变假说
B细胞发育过程中发生了突变，导致生成的BCR或者抗 体变成许多种
基因片段重排假说 ？
Dreyer和Bennett于1965年提出，即两个基因一条多 肽链理论。他们认为BCR由两类基因片段组成，一类编 码BCR的V区，一类编码BCR的C区。V区基因含有多个基 因片段，只有其中一个片段与C区形成抗体。
重排和高突变的发育控制
重排：抗体基因片段在 与抗原无关的情况下装 配起来，这样的抗体对 抗原具有低亲和力。
体细胞突变：一旦抗原 被找到了，对该抗原具 有低亲和力的B细胞就 会发生体细胞突变，形 成高亲和力的B细胞。
问题： 为什么免疫系统要用两种机制改变
纯系三组BALB/c小鼠免疫 抗原后对特异性抗体可变 区的序列分析
抗体的亲和力成熟 (affinity maturation)
SHM在抗体的可变区发生
小鼠和人类的SHM的频率是10-5至10-3，比其他 基因的自发突变高1百万倍。
需要AID （Activation-induced cytidine deaminase）
淋巴细胞抗原识别受体的编码基因 及
受体多样性的产生
淋巴细胞抗原识别特点：
1. TB细胞都用其抗原识别受体识别抗原
B细胞：B cell receptor (BCR) T细胞：T cell receptor (TCR)
2. 一种淋巴细胞仅表达一种抗原受体
究竟什么样的病原微生物能够突破机体 的天然免疫屏障并不能预料。为了能够防御 所有可能的病原微生物的感染，特异性免疫 应答系统必须能够识别所有可能的外来抗原 物质，因此BCR和TCR必须形成一个巨大的抗 原受体库。
Susumu Tonegawa（利根川进） b.1939
人免疫球蛋白胚系基因图
l轻链基因位于22号染色体上，k轻链基因位于2号染色体上， 重链基因位于14号染色体上。
V区基因和C区基因。V、D、J基因片段。 信号肽L(leader)将各条肽链导入内质网腔后被切去。
小结： • 抗体或BCR的多样性是由它们的可变区决定的 • 引起抗体多样性的基因重排假说和体细胞突变假说 • 基因重排假说的证实 • J和D基因片段的发现 • 胚系免疫球蛋白的基因结构
人可以表达的抗原受体约为1012个， 人的基因总数仅为3－5万个。
问题： 为什么人产生的抗体比他自身携带
的总的基因数还要多？
内容： 一、BCR重排的发现及BCR胚系基因结构 二、产生BCR多样性的机制 三、BCR基因表达的一些特点 四、TCR的基因结构和多样性的产生
一、 BCR重排的发现及其胚系基因结构
Tonegawa的设想：
BCR胚系基因
X
经过重排的基因 X
XX X
X 限制性内切酶酶切位点
重排现象的实验证明
对小鼠胚系DNA和骨髓瘤细胞V和C基因的DNA 做序列分析，发现在重排后的V区和C区基因不 是直接拼接在一起的，由此发现了J (joining) 基因片段和D（diversity）基因片段。
二、产生BCR多样性的机制
(1) 多样性机制之一：基因片段的重排
每条编码轻链和重链可 变区的基因都由数个基 因片段组成。
k链：40（Vk）x 5（Jk）= 200个Vk l链：30（Vl）x 4（Jl）= 120个Vl 重链：65（VH）x 27（DH）x 6（JH）= 11000个VH
基因片段重排方式：
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1987 “For his discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity"
Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA