抗体、基因重排及B细胞发育

C2 C2 C2 C2 C2 C2
VCAM-1
-S-S-
-S-S-S-S-
V
-S-S-
C2 C2
V
-S-S-
-S-S-
-S-S-
V
CD3
g
-S-S-
CD8
-S-S-S-S-
V V
ICAM-2 C2
-S-S-
LAF-3
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
d
-S-S-
e
-S-S-
M603 A G A G A T
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
S107
Arg
Asp
Try
Gly
Ser
Ser
Tyr
Trp
Tyr
M603
M167
Arg
Arg
Asn
Asp Asp
Tyr
Asp
Try
Try
Gly
Gly
Ser
Asn Ser
Thr
Tyr Phe
Trp
Gly
Tyr
Tyr
Light chain
Germ line DNA
diversity
created
by variable recombination
CCCCCC TGG
CCCCCC TGG
CCCCCC TGG
Recombined DNA
V V V V
>1.85M b
0.85M b
IGL
V V
（位于染色体 22q11）
60个 IGLV
VPREB1 V V
7个 IGLJ 与 7个 IGLC 交替排列
J1 L1 J2 L2 J3 L3 J4 L4 J5 L5 J6 L6 J7 L7
3个 IGLL 基因座
IGLL1 IGLL2 IGLL3
6.成熟mRNA 7.Igm前体多肽
L
VH
Cm
L
VH
Cd
Susumu Tonegama Nobel Prize 1987
7-4
IGH
Ig基因及其重排
免 疫 球 蛋 白 基 因 结 构
（位于染色体 14q32）
95个 IGHV 23个 IGHD
V V D D D D V V
9个 IGHD
D D D D
-S-S-
-S-S-
V C2
C2 C2
C2 C2
C2 C2
-S-S-
-S-S-
C2
C2
C2
V
V
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
C2
-S-S-
7-3
五类抗体分子的主要特点
IgM
IgG IgA IgE IgD
Igm
Igg Iga Ige Igd
IgG 分 子 的 四 种 亚 型
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 L VHn DH1 DH7 DH13 JH Cµ Cd Cg3 Cg 1 Cg 2b Cg2a Ce Ca
50 40 30 20 CDR1 CDR2 CDR3
10
0
0
源自文库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
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。
免 疫 球 蛋 白 超 家 族
免疫球蛋白 （IgM）
Ig Superfamily
Iga/b
-S-S-S-S-S-S-
CL CL CL
CL CL CL
TCR
-S-S-S-S-
MHC-I
-S--S-
MHC-II
-S--S-
-S-S-S-S-S-S-
-S-S-S-S-S-S-
-S-S-
V CL
V CL CL
V1
重
链
基
因
重
排
Cm Cd Cg Ce Ca
V2
V3
Vn
D1
D2
D3
Dn
J1 J2 J3 J4
2.基因重排
V1 V2 D2 J3 J4
Cm Cd Cg Ce Ca
3.重排基因
V1
V2 D2 J3
J4
Cm Cd Cg
Ce Ca
4.RNA转录本
J4
V2D2J3
J 4 Cm Cd
J4
Cm
5.mRNA剪切
V2D2J3 Cm V2 D2 J3 Cm Cd V2D2J3 V2 D2 J3 Cd Cd
50 40 30 20 10 0 CDR1 CDR2
CDR3
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
CDR1 CDR2
HV4
NH2
CDR3
COOH
B
细
表位
胞 表 位
抗原
抗体 CDR
Ag
“Ig-like Domain (Ig样结构域)”
IgG1
IgG2
IgG3
IgG4
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。 四种亚类的IgG分子 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 IgM
抗
体
结
构
膜 型 IgM
V2
V3
V
V J1 J2 Jn nucleotides
V mutation
J1 J2 Jn
V4 V5 V6 Vn V J2
V
J2
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
IGH
VDJ 基因片段的组合 V D J VxDxJ 50 12 6 3600
IGK
IGL
9个 IGHJ
J J J J M
11个 IGHC
D G3 G1 EP1 A1 GP G2 G4 E1 A2
900 kb
240Kb
22Kb
35Kb
300Kb
IGK
V V
（位于染色体 2p12-p11）
多于90个 IGKV
V V V V V V
5个 IGKJ
J J J J J
IGKC
K
11个 IGKV orphons 着丝粒
剪切
3' J2 J3 C
5'
Heavy chain
VH
S107 AGAGA T
diversity
created
D
by variable recombination
JH
GC T AC TGGT AC C TGGT AC
T A C T A CGGT AGT A T A C T A CGGT AGT AC
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
表 7-1 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 IgG g g g g g 和 l gl2 或 g2 150 + 1000 23 ＋ ？ + +
Diversity - Different Classes and Subclasses
IgM
IgG IgA IgE IgD
Igm
Igg Iga Ige Igd
Diversity - Different Sequences and Specificity
抗 体 分 子 的 多 样 性
酸 残 基 的 变 异 率 相 应 位 置 上 氨 基
-S-S-
-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-
b2m CL
-S-S-
-S-S-
CL
CL
-S-S-
-S-S-
-S-S-
-S-S-
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。
CD2
C2 C2
ICAM-1
-S-S-
C2
Ig 受体 CD4
-S-S-
800K b
14K b
60K b
670Kb 30Kb 150Kb
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
IGK IGL
V
V V
12
23
J
23
12
J
D
23 12 12 23
J
IGH
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
IgE e 和 l el2 或 e2 190 0 0.05 2 0 ++++ ? ?
7-4
GOD
Generation of Diversity
Ig and TCR Gene Rearrangement
基 因 的 结 构、 转 录 与 翻 译
染色体DNA
基因1
基因2
基因3
基因4
内含子
内含子 外显子2
抗 体 分 子 的 酶 切 片 段 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。
木瓜蛋白酶 胃蛋白酶
Fc
pFc
Diversity and Specificity
抗 体 分 子 的 多 样 性 酸相 残应 基位 的置 变上 异氨 率基
Three Topics Diversity
Antibodies
TCRs
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)
白蛋白
a1 a2
球蛋白
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）。
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）
Adaptive Immunity
Three Representatives MHC
人抗体分子的特性 IgA IgM a m a a 和 l 和 l ml2)5J al2 或al2)5SCJ 或 m2)5J a2 或a2)5SCJ 900 160 或 400 0 ++++ 200 120 6 0 0 + +++ 5 0 0 +++ +
IgD d 和 l d l2 或d2 180 0 3 3 0 0 ? ?
证V、（D）、J之间的正确重排。
Ig 基 因 重 排 序 列
D4
D3 CG CG AT AT AT AT AT CG AT
D23
J1
23bp CC TA GC AT CG AT CG D1 D2
12bp
一个IGHD（如IGHD2）和一 个IGHJ （如IGHJ2）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，IGHD2和 IGHJ2之间被修复酶连接在 一起。
CCC TGG
CCCCGG
CCCCCG
Protein
Pro
Trp
Pro
Arg
Pro
Pro
Generation
of
antibody
DNA
diversity
1 multiple genes
2 variable recombination
3 nucleotide addition
4 mutation
V1
内含子 外显子3 外显子4
完整基因
外显子1
RNA转录本
mRNA
蛋白质多肽链
前 B 细胞 DNA
V1
V2
V3
Vn
J1
J2
J3
J4
J5
C
基因重排
V1
V2
J4
J5
C
成熟 B 细胞 DNA
V1
V2 J4
J5
C
初级转录本
V1
V2 J4 J5
J5
C
RNA 剪切
V2 J4
C
mRNA
V2
J4
C
VL
CL
Ig
1.胚系基因
60 5 300 3600x(300+210)=1.6x106 多样性至少增加 100 倍 多样性增加 2000 倍
30 7 210
IGH/IGK(IGL) Imprecise Joining Nucleotide Addition Potential Variation Somatic hypermutation
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。