四抗体多样性的产生

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1、第六节第六节 IgIg的基因结构与的基因结构与AbAb多样性的产生多样性的产生 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 二、二、IgIg的基因结构的基因结构 三、三、IgIg基因重排和表达基因重排和表达 四、抗体多样性的产生机四、抗体多样性的产生机 制制 根据抗原抗体反应的特异性，针对于某一种特 定抗原，就会有特异的抗体与之相对应。也就 是说，外界存在有多少种抗原，在体内就会产 生相应的抗体。据估计，在人体内具有产生超 过1亿种抗体的潜在能力。 如此多的抗体类型是如何产生的呢？ AbAb多样性和特异性是如何产生的？多样性和特异性是如何产生的？ 抗体是如何产生的？抗体是如何产生的？ 预先储备抗原特

2、异性预先储备抗原特异性 抗原诱导抗体特异性抗原诱导抗体特异性 抗体多样性的产生？抗体多样性的产生？ 一个基因编码一个蛋白一个基因编码一个蛋白 一个基因编码多个蛋白一个基因编码多个蛋白 上帝之谜：上帝之谜：GODGOD（Generation of Diversity Generation of Diversity ） 一、抗体学说的发展 侧链学说 抗原诱导学说 n直接模板 学说 n折叠学说 n间接模板 学说 选择学说 n自然选择 学说 n克隆选择 学说 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 抗体形成机制的研究：抗体形成机制的研究： 侧链学说（ 1897年， Ehrlich ） 细胞具有多种膜侧链

3、， 毒素可以特异与相应侧 链结合 细胞可产生多量而过剩 的侧链，并将其释放的 血液中，即成为抗体， 这种游离的抗体，在血 液中与毒素结合，便可 将其中和，从而达到免 疫效果。 一个细胞克隆具备针对 多种抗原的多种膜侧链 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 直接模板学说：抗原为模板合成抗体（1930 年，Breinl和Haurowits） 前提：蛋白质的合成要以蛋白质为模板。 抗体的产生必需以抗原为模板，抗体的抗原结合 部位是以抗原决定簇为模板而形成的。 折叠学说：抗原诱导抗体折叠（1940年， Pauling ） 所有抗体的初级结构完全相同，即氨基酸的排列 顺序，其决定于基因。 球蛋白的高级

4、结构取决于多肽链的折叠方式，高 级结构决定抗体的特异性。 如在形成球蛋白处附着有抗原时，即球蛋白的高 级结构即按抗原折叠，因而可使抗体获得特异性。 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 间接模板学说：抗原对基因发生影 响（1949年，Burnet和Fenner） 抗原进入细胞核中，干扰DNA的合成 ，指导抗体的特异性。 抗原在细胞内继续存在，而且可随细 胞而增殖，所以抗原不存在也能产生抗体 。 对于自身与非自身的识别上，认为一 切属于自身的物质，均有自身的标记（ self-marker），识别单位可以对其加以 识别，因此对自身物质不能发生免疫反应 。 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 自然

5、选择学说（1955年，Jerne） 机体对任何抗原早已准备下了相似的抗体 （自然抗体），外来的抗原如与某种自然抗 体相对应时，便可与之结合。 抗原抗体复合物被巨噬细胞吞噬后，抗原 被酶溶解，剩下的抗体便可在巨噬细胞内诱 导产生与其具有同样特异性的抗体。 在抗体的形成上，起主要作用的是体内早 已存在的抗体。这种抗体在特异性抗原的选 择作用下，才能诱导吞噬细胞产生抗体。 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 克隆选择学说（Clone selective theory） n 受到Jerne的自然选择学说的影响，澳大利亚免疫 学家Burnet毅然放弃其间接模板学说，并且引进 了他在间接模板学说所主张的

6、基因致使细胞特异 性的概念 n 1957年发表了以“A modification of Jerne theory of antibody production using the concept of clone selection”为题的论文。 n 1959年出版了题为The clonal selection theory of aquired immunity的专著，创立了举世闻名的克 隆选择学说。 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 克隆选择学说（Clone selective theory） n n基本思想基本思想 l动物体内存在大量的淋巴细胞克隆，每一 克隆表面都带有特异性的SIg

7、。 l抗原选择的不是游离的抗体，而是事先存 在于淋巴细胞膜表面的抗原受体，即表面免疫 球蛋白（SIg）。 l抗原能够选择性的激活带有相应受体的淋 巴细胞克隆，使其分化增殖，产生相应抗体。 l决定抗体结构的是淋巴细胞的基因，抗原 不能改变修饰产生抗体的基因。 克隆选择学说（Clone selective theory） n n对抗体产生多样性的解释：对抗体产生多样性的解释： l动物出生后，体内约有107个免疫细胞克隆，能产 生各种抗体，足够抗原选择。 l抗原与特异淋巴细胞的抗原受体结合，相应的克 隆即被选择，进而增殖分化，产生抗体。 n n抗原的作用：抗原的作用： l抗原的作用只是启动，与枪机的

8、扳机相似。相应 的克隆一旦被选出，即便没有抗原的存在，也能 继续产生抗体。 l决定抗体特异性的是DNA，抗原对其无影响 克隆选择学说（Clone selective theory） n n对免疫记忆现象的解释：对免疫记忆现象的解释： l细胞克隆在分化过程中，一部分淋巴细胞 停留在中间阶段，与再次同相应的抗体接触时 ，立刻发育成熟而产生抗体，呈现免疫记忆现 象。 n n对免疫耐受现象的解释：对免疫耐受现象的解释： l在胚胎后期，自身抗原已经齐备，于是凡 能与自身抗原特异性结合的相应克隆，便可受 到阻抑，最后被清除，构成自身免疫耐受。 取被卵白蛋白、牛血清蛋白免疫的A兔的淋巴细 胞（能产生抗卵白蛋

9、白、牛血清蛋白的抗体） 玻璃珠（附有牛血清蛋白）亲和淋巴细胞，收 集非结合淋巴细胞。（玻璃珠附有牛血清白蛋 白，同产生抗牛血清白蛋白的B细胞克隆发生结 合而清除；抗卵白蛋白的淋巴细胞未被清除） 用X射线处理B兔子，破坏骨髓，杀死原有的淋 巴细胞；注入经玻璃珠处理的A兔淋巴细胞 卵白蛋白、牛血清蛋白免疫B兔，只产生抗卵白 蛋白的抗体 克隆选择学说（Clone selective theory） 实验证据1： Wigzell实验 A抗原偶联放射性元素，免疫动物，清除能与A 抗原结合的淋巴细胞，不能分泌抗A抗体 识别其他抗原的细胞则不受影响，能产生抗体 。 克隆选择学说（Clone selectiv

10、e theory） 实验证据2：Humphrey放射自杀实验 A 产生抗产生抗A A 及抗及抗B B抗体抗体 抗原 A抗原 B B 产生抗产生抗B B抗体抗体 不产生抗不产生抗A A抗体抗体 + + 结论结论 一、抗体学说的发展一、抗体学说的发展 抗体是如何产生的？抗体是如何产生的？ 预先储备抗原特异性预先储备抗原特异性 一个一个B B细胞克隆对应一种抗体细胞克隆对应一种抗体 抗体多样性的产生？抗体多样性的产生？ 一个基因编码一个蛋白一个基因编码一个蛋白 一个基因编码多个蛋白一个基因编码多个蛋白 未完待未完待 续续 面对自然界中无穷无尽的抗原，就要求机体必须产生无限面对自然界中无穷无尽的抗原，

11、就要求机体必须产生无限 多的相应的特异性抗体与之针锋相对，但怎样才能使机体多的相应的特异性抗体与之针锋相对，但怎样才能使机体 内为数不多的内为数不多的基因基因产生如此多的抗体呢？产生如此多的抗体呢？ 二、二、IgIg的基因结构的基因结构 以重链为重点以重链为重点 二、二、IgIg的基因结构的基因结构 1.H基因库（重链基因连锁群）第14号染色体 2.基因库（链基因连锁群）第2号染色体 3.基因库（链基因连锁群）第22号染色体 （一）人类胚系（一）人类胚系IgIg基因及其定位基因及其定位 （二）人类胚系（二）人类胚系IgIg基因结构基因结构 二、二、IgIg的基因结构的基因结构 n n H H链

12、：包括链：包括V V、D D、J J、C C 基因片段。基因片段。 l lC C基因片段的排列顺序是：基因片段的排列顺序是：5-C5-C - - C C - C- C 3 3 -C-C 1-1- C C 1-1- C C 2-C2-C 4-C4-C -C-C 2 2 -3-3 n n L( L( / / ) )链：包括链：包括V V、J J、C C 基因片段。基因片段。 重链重链V V区的基因区的基因 由由V V、D D、J J三个三个 基因片段组成基因片段组成 轻链轻链V V区基因由区基因由 V V、J J两个基因片两个基因片 段组成。段组成。 HH链的编码链的编码 V区： V、D、J基因编

13、码 V基因：CDR1、 CDR2 D基因及V-D：大部分 CDR3 D-J基因：CDR3其余 部分及骨架区 C区：C C基因编码 了解 H链胚系基因结构 C区基因（CH）:9个 V区基因 V基因片段（VH）:65个 D基因片段（DH）:27个 J基因片段（JH）:6个 了解 三、三、IgIg基因重排和表达基因重排和表达 编码一条Ig重链、轻链的基因 是由胚系中多个分开的DNA片 段经剪切重排而成的。 Ig基因表达的特点 （一）Ig基因重排 （二）等位排斥与同种型排斥 （三）Ig的类别转换 （四）分泌型和膜型Ig （五）mIgM与mIgD的共表达 n Ig基因重排：Ig胚系基因中，V、（D）、J

14、基因 片段之间由内含子隔开，通过基因片段的随机 重排，形成V（D）J连接，再与基因片段连 接，才能编码完整的Ig多肽链。Ig基因重排主要 通过重组酶（recombinase）的作用实现。 n Ig胚系基因重排程序 l首先是重链发生基因重排，随后是轻链重排。 l重链：胚系基因 D-J连接 V-DJ连接 三、三、IgIg基因重排和表达基因重排和表达 （一）Ig基因重排重点 三、三、IgIg基因重排和表达基因重排和表达 等位排斥（allelic exclusion）：一条染色体上Ig 重链基因的有效重排，抑制另一条同源染色体重 链基因重排。 B细胞中位于一对染色体上的轻链 或重链基因，其中只有一条染

15、色体上的基因得到 表达。保证了一个B细胞只表达一种轻链和一种 重链，也即只表达一种特异抗原受体。 同种型排斥（isotype exclusion）：是指两种轻链 之间的排斥，轻链有链和链，但一个Ig分子只 能表达其中的一种，或是链，或是链。(注意： 二者在非同源的染色体) 三、三、IgIg基因重排和表达基因重排和表达 （二）等位排斥与同种型排斥 类别转换（class switching）：指B细胞在受抗原 刺激后，首先合成IgM，然后转为合成IgG、IgA 和IgE等的现象。由于Ig的类型由重链决定，所以在重 链重排时，在V区基因不变的情况下，C基因发生重排， 使得最终的基因产物的V区相同，而

16、C区不同；也就是说 抗体识别的特异性相同，但Ig分子的类型却发生了改变。 三、三、IgIg基因重排和表达基因重排和表达 （三）Ig的类别转换重点 IgGIgG IFN-IFN- IL-4IL-4 IgEIgE IL-5 IgA IgM B cell 抗原 举例 （三）Ig的类别转换（图解） cmcdcg3 VJCg3DVJD V-D-J cm V-D-JCg3 CmCd IgMIgG cmcdcg3 VJD VJCg3D DNADNA 初始初始 RNARNA mRNAmRNA DNADNA重排重排 重排后重排后DNADNA 丢失的丢失的DNADNA RNARNA选择剪切选择剪切 Ig的类别转换 比较比较IgIg基因重排与类别转换基因重排与类别转换 V区基因重排类别转换 性质DN