BCR TCR的编码基因

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1、第十一章 BCR/TCR编码基因及多样性的产生nB细胞和T细胞的抗原识别受体分别是BCR和TCR。nT和B 淋巴细胞在表达抗原识别受体上具有“一个细 胞（克隆），只表达一种受体”的特点，人体内T和B 细胞克隆的总数在1012 以上，至少可以表达1012 种独 具识别特异性的TCR和BCR，此即淋巴细胞抗原识别受 体的多样性。nBCR即mIg，由四条多肽链组成；TCR由两条多肽链组 成 链或 链。BCR和TCR都有可变区和恒定区组 成，不同克隆T、B细胞的BCR恒定区可以相同，但可 变区是不同的第一节 BCR、TCR基因结构一、胚系BCR基因结构nIg的基因由3组不连锁的基因群控制，即 轻 链基

2、因群、 轻链基因群和重链基因群。n各基因群中含有许多基因节段（segment）。n在未分化的胚系B细胞和其他有核体细胞的染 色体中，编码Ig分子可变区和恒定区各个部分 的基因节段是相互分离的。n在B细胞发育过程中，一部分基因节段互相接 近、重新排列，形成功能性的Ig基因单位，这 一过程称为基因重排（gene rearrangement） 。n编码人Ig基因在染色体上的分布：H链（14q32.3 ）、链（2p12）、链（22q11）。其在染色体上 的总长度为80万至200万个bp（碱基对），是普通 基因长度的50倍以上。n根据WHO命名委员会关于Ig分子多肽链及其编码基 因写法规则，抗体分子重、

3、轻链分别写为IgH、 Ig 和Ig，相应的编码基因簇分别以大写斜体 IGH、IGK和IGL代表。IGH中的V、D、J、和C基因 片断分别写为IGHV、IGHD、IGHJ和IGHC。IGK和 IGL基因簇中的V、J、C基因片断分别写为IGKV（ 或IGLV）、IGKJ（或IGLJ）、IGKC（或IGLC）。（一）胚系B细胞中Ig重链基因的结构n胚系B细胞中重链基因结构：（1）可变区由V （variable）基因、D（diversity）基因和J （joining）基因3个基因编码；（2）编码重 链恒定区各亚类的C基因在可变区的下游呈簇 状串联排列；（3）每个亚类（链除外）的重 链恒定区基因节段上

4、游都有一个转换区，基因 节段中编码Ig各功能区的外显子之间有内含子 分隔，在功能区外显子下游有控制免疫球蛋白 分泌或膜结合的元件。n人IGH基因总长约1.3Mb，包括95个V、23个D、 6个J和11个C基因节段。n1Ig重链可变区（V）基因 （1）VH基因： VH基因节段编码重链可变区的疏 水前导肽和N端的96 101个氨基酸，其中包括 CDR1和CDR2。人的VH基因节段至少有95个，只有 50个是功能基因，其余为假基因。 （2）DH和JH 基因：CDR3由DH和JH基因共同编码 。DH基因位于VH和JH 基因之间。重排后的DH基因 在序列和长度上变化很大，约编码1 15个氨基 酸。人的D

5、H节段数目为23个。 JH 基因在DH基因的下游，位于CH基因上游。人的 JH 基因有9个节段，其中3个是假基因。JH 基因 节段编码重链V区的其余氨基酸部分。n2Ig重链恒定区（C）基因 （1）C区基因片段 编码重链各亚类的CH基因在 JH基因的下游成簇状依次排列。人的CH基因有11 个。CH基因节段在染色体上的排列与其编码的免 疫球蛋白在体内成熟的顺序相似；C 基因和C 基因离JH基因最近，其次是各亚类C 基因，最后 是C基因和C 基因。 Ig的重链恒定区分为2 4个功能区和铰链区，在 每个CH基因节段中同样含有分别编码各功能区的 外显子。 除C 以外，其他CH基因节段前都有一个转换区。

6、转换区与免疫应答过程中的类型转换有关。 （2）控制膜结合型或分泌型Ig的基因（二）胚系B细胞中Ig轻链基因的结构n完整的轻链由3个基因编码：V（variable）基因和J （joining）基因编码可变区，C（constant）基因编 码恒定区。n1链基因 人的IGK基因簇总长2Mb，包括70个V（约半数为 假基因,5个J 基因和一个C 基因。 V 基因编码Ig轻链V区110个氨基酸的主要部分（ 1 96）。每一个V 基因节段的5 都有一个编码 前导肽的前导序列（leader）。 J 基因位于V 基因的下游，也串联排列。V基 因和J 基因中间有内含子（intron）分隔。J 基因编码轻链V区的

7、其余部分。 只有1个C基因，位于J基因的下游。编码 链 恒定区。n2链基因 IGL基因总长约880kb，包括60个V（约20个 为假基因）、7个J基因节段和7个C（4个功 能基因）基因节段。此外，IGL基因群中还包括2个VpreB和3个 IGLL基因节段，分别在B细胞发育早期编码 PreBCR组成成分VpreB和IGLL（相当于小鼠 的5）。二、胚系TCR基因结构nT细胞抗原识别受体(T cell receptor, TCR)的 、 四条肽链均由多个基因编码组成,在胚 胎期以生发系(germline)形式存在于染色体上。 随T 细胞的祖细胞（pro-T）在胸腺在的发育， TCR、 的各个基因节

8、段先后发生重排， TCR功能性的基因完全重排，则转录为 mRNA，进 而转译为多肽链，分别构成TCR 及TCR 两肽 链，再与CD3复合分子组装，表达于T细胞膜上， 与此同时，T细胞亦发育为免疫功能细胞。（一）TCR 链基因结构n 链基因的结构与Ig重链的结构相似，也是由 V（variable）、D（diversity）和J（ joining）基因编码可变区，由C基因编码恒定 区。nV 基因位于D 和J 基因的上游。各V基因 节段（segment）随机排列。人的V基因约有 50 100个节段，分为30个亚家族，各亚家族 含有1 9个成员。其中V30基因节段位于C2 基因节段的下游，也可以通过反

9、转录和插入机 理形成功能性的V区。n人有2个D 基因片段，12 14bp长，分别位于 J1和J2的上游，J1和J2各含有7个J 节段， C1和C2分别位于J1和J2的下游。两个C节段 高度同源。nC基因节段有4个外显子：第一个外显子编码Ig样 的C功能区和小部分TCR胞外区与穿膜区之间的连 接氨基酸；第二个外显子编码连接氨基酸的中间 部分；第三个外显子编码连接氨基酸的其余部分 和全部穿膜区；第四个外显子编码56个胞质内尾 肽和3非翻译区。两个C节段的选用率相等，产生 的蛋白质结构也相同。nTCR基因群位于人的染色体7q32。（二）TCR链基因的结构nTCR 链基因有三组：V、J 和C。各组基因

10、中 的节段成簇状串联排列在染色体上。n人胚系V 基因的节段数约在50 100个之间。J 基因含有至少50个节段。C 基因只有一个节段， 此节段分为四个外显子：第一个外显子编码类似 于Ig的C功能区。第二个外显子编码TCR胞外区与 穿膜区之间的连接氨基酸部分；第三个外显子编 码全部穿膜区和胞浆内尾肽。第四个外显子的产 物是3非翻译区。C 基因中也没有与分泌相关的 片段。nTCR 基因群位于人的染色体14q11区带。（三）TCR 链基因的结构nTCR的链也是由三组基因编码：V、J 和C。n人的功能性V 基因节段已发现了8个。n人的C 只有2个节段。在C1上游有3个J1节段， 在C2上游有2个J2节

11、段。nTCR 基因群位于人染色体7p15。（四）TCR 链基因的结构n 基因位于V 基因节段的3端，在V 基因簇与J 基因簇之间。人的V 基因节段有3个；D 基因节段 和J 基因节段各有3个和（或）2个。nTCR 基因群位于人的染色体14q11。第二节 淋巴细胞分化成熟过程中BCR/TCR 基因的重排一、B细胞分化过程中的基因重排（一）可变区基因的重排nV区基因重排的顺序：在V区基因重排时，先分两个 阶段构建重链可变区基因，即选择一个DH节段与一 个JH节段连接在一起，然后选择一个VH节段与DH-JH 相连。一旦VH-DH-JH重排成功并且得到功能性表达 ，其产物就会抑制另一条染色体上等位基因

12、的重排 ，此现象称为等位基因排除（allelic exclusion） 。同时，基因产物触发VL基因重排。 基因优于 基因。一个V 节段与一个J 连接成为功能性V- J基因后，其产物就会发生等位基因排除，同时也 会抑制 基因重排，称为同型排除。n如果一条染色体上重排的VH或VL基因不能获得功 能性表达，即重排不成功，称为无产物重排，细 胞就会启动另一条染色体上等位基因重排。如果 两条染色体上VH基因都是无产物重排，或者 基 因和 基因都是无产物重排，细胞即死亡。n在VDJ节段重排时，对各JH节段的选择基本上是随 机的。但是，对VH或DH节段的选择并不随机，一 些VH节段和一些DH节段会被优先选

13、用。这种优先 选用特定节段可能与某些疾病有关，其生理或病 理学意义尚待进一步研究。（二）V（D）J重排的调控nVDJ基因重排的启动需要重组活化基因（ recombination activating genes, RAG）的表 达。此基因的产物RAG-1和RAG-2介导VDJ重排的 起始步骤。两种蛋白主要表达于未成熟的pro-B 和pre-B细胞核内。 n在未成熟的淋巴细胞中，RAG-1的表达与活性在 整个细胞增殖周期中很稳定；而RAG-2的表达与 活性有周期性，在G1期表达增多，半寿期延长 ，活性稳定，在G1向S期过渡时RAG-2被迅速降 解，至M期甚至不能检出。n当RAG-1及RAG-2同

14、时存在发挥协同作用时，方 能启动V（D）J重排，故V（D）J重排仅发生于 G1期。增加内源性RAG1和RAG2基因转录时， VDJ重排的频率也伴随增加。n在RAG1或RAG2基因缺损的纯合子小鼠，T细胞 和B细胞的功能缺如，也不发生VDJ重排。一旦 VH基因重排成功并转录表达，RAG的表达就被 抑制。n其他与启动VDJ重排有关的基因产物还有LyF- 1/lkaros、LEF-1、OCT-1和OCT-2，其中OCT-2 是B细胞特有的。（三）基因节段间连接的1223bp规律 n核苷酸序列分析发现，在BCR基因的VDJ基因节段的侧 面都有重排信号序列。n在基因节段侧面存在的这种特殊的、相互关联的侧

15、翼 序列（flanking sequence）或称共有序列，能触发 VDJ节段的重排并决定节段间的连接，又称重组信号片 段（recombination signal segment, RSS）。n每个侧翼序列含有一个7核苷酸的回文序列（ palindromic sequence）和一个9核苷酸的保守序列， 两者之间有一段固定数目（121和231）的随机核苷 酸序列分隔。nRSS的重要特点是，分隔7核苷酸和9核苷酸的随机 核苷酸序列数目是固定的12 bp或23 bp。这个数 目代表DNA双螺旋的一个或两个完整螺旋，说明围 绕每个待连接基因节段的侧翼序列在空间上和方 位上也是精确互补的，很可能因此

16、决定或控制了 重排的发生。nRSS位于V基因的下游，J基因的上游，D基因的两 侧。n一个侧面有12 bp分隔序列的基因节段只能与一个 侧面有23 bp 分隔序列的基因节段重组或连接， 反之亦然。这一现象称为1223 bp 规律。二、TCR基因重排nTCR基因重排在胸腺中完成。T细胞中TCR基 因的重排顺序与B细胞中Ig基因重排顺序相 似。在前T细胞中，TCR的链或链VDJ基因 节段的D和J首先连接在一起，然后在胸腺细 胞中再与V连接，形成VDJ基因。VDJ基因或 VJ基因（ 链和 链）重排完成后，再与 C基因节段连接成为功能性基因。TCR基因重 排的次序在胸腺中受到严格的控制。（一）基因重排的顺序n在V区基因重排时，先选择一个DH节段与一个JH节段 连接在一起，然