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1、INSTITUTE FOR IMMUNOBIOLOGY免疫球蛋白及其编码基因免疫球蛋白及其编码基因Immunoglobulin and its genesInstitute for ImmunobiologyFudan UniversityCenter for Gene Immunization & Vaccine ResearchMarch 25, 2014 Shanghai, ChinaSidong Xiong, Ph.D.021-1优质课件抗体的概念抗体的概念抗体的概念抗体的概念 抗体的结构抗体的结构抗体的结构抗体的结构抗体异质性抗体异质性抗体异质性抗体异质性抗体生物学特性抗体生物学特性
2、抗体生物学特性抗体生物学特性抗体的编码基因抗体的编码基因抗体的编码基因抗体的编码基因抗体胚系基因的重排及机制抗体胚系基因的重排及机制抗体胚系基因的重排及机制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多样性及其机制抗体的多样性及其机制抗体的多样性及其机制抗体的制备抗体的制备抗体的制备抗体的制备Immunoglobulin and its genes2优质课件一、抗体的基本概念一、抗体的基本概念 抗抗原原刺刺激激B细细胞胞产产生生的的一一类类可可与与相相应应抗抗原原特特异异性性结结合合并并产产生生各各种种免免疫疫效效应应的的糖糖化化球球蛋蛋白白，亦亦称称免免疫疫球球蛋蛋白白 (Immuno
3、globulin) 3优质课件二、抗体的结构二、抗体的结构 1、基本结构、基本结构2、辅助结构、辅助结构3、结构域、结构域(Domain) 4优质课件 1、基本结构、基本结构1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：重链：450aa, Mr.5X104,五类五类(a a、g g、m m、d d、e e) 轻链：轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型两型( 、)2）分三个功能区：）分三个功能区：可变区可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原：结合抗原 恒定区恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性
4、：次级反应、抗原性 绞链区绞链区(Hinge region)CH1-CH2间间, 30aa,2-5链间二硫键链间二硫键3）蛋白酶可酶解）蛋白酶可酶解木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc5优质课件6优质课件7优质课件 1、基本结构、基本结构1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：重链：450aa, Mr.5X104,五类五类(a a、g g、m m、d d、e e) 轻链：轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型两型( 、)2）分三个功能区：）分三个功能区：可变区可变区(Va
5、riable region, VH/VL, Fv)：结合抗原：结合抗原 恒定区恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性：次级反应、抗原性 绞链区绞链区(Hinge region)CH1-CH2间间, 30aa,2-5链间二硫键链间二硫键3）蛋白酶可酶解）蛋白酶可酶解木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc8优质课件9优质课件 1、基本结构、基本结构1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：重链：450aa, Mr.5X104,五类五类(a a、g g、m
6、m、d d、e e) 轻链：轻链：214aa, Mr.2.5X104 ,两型两型( 、)2）分三个功能区：）分三个功能区：可变区可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原：结合抗原 恒定区恒定区(Constant region, CH/CL)：次级反应、抗原性：次级反应、抗原性 绞链区绞链区(Hinge region)CH1-CH2间间, 30aa,2-5链间二硫键链间二硫键3）蛋白酶可酶解）蛋白酶可酶解木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc10优质课件11优质课件2、辅助结构、辅
7、助结构1）J链链(Joining chain)：20KD、10%糖、糖、Cys、二硫键连接、二硫键连接IgH2）分泌片）分泌片(Secretory piece,SP)：70KD、6糖、上皮细胞合成糖、上皮细胞合成12优质课件13优质课件14优质课件 3、结构域、结构域(Domain) 1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体分子中由链内二硫键构成的致密立体球体(V/C/H) 2）b b-strain、b b-sheet、b b-barrel、immunoglobulin fold 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)15优
8、质课件16优质课件17优质课件18优质课件19优质课件三、抗体的异质性三、抗体的异质性抗体的特异性和类型的不同，称为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（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其识别抗原的特异性不同 20优质课件三、抗体
9、的异质性三、抗体的异质性内源性因素内源性因素外源性因素外源性因素21优质课件三、抗体的异质性三、抗体的异质性1、类型：、类型：类类(Class): 重链重链C区抗原性区抗原性,IgG、IgA、IgM、IgD、IgE亚类亚类(Subclass): 重链抗原性重链抗原性/二硫键数目位置二硫键数目位置,IgG1-4 型型(Type): 轻链轻链C区抗原性区抗原性, 、 亚型亚型(Subtype): 轻链轻链C区区aa差异排列差异排列, 1 14 422优质课件三、抗体的异质性三、抗体的异质性内源性因素内源性因素23优质课件 血清型：血清型：同种型同种型(Isotype)： C区决定，非遗传标志。类、
10、亚类、型和亚型区决定，非遗传标志。类、亚类、型和亚型同种异型同种异型(Allotype)：个体等位基因，遗传标志个体等位基因，遗传标志: Gm 独特型独特型(Idiotype, Id)：IdiotopeAnti-Id24优质课件25优质课件26优质课件三、抗体的异质性三、抗体的异质性外源性因素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，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。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，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
11、物质基础。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。和应答。27优质课件28优质课件四、抗体的主要特性及生物学功能四、抗体的主要特性及生物学功能1、主要功能：、主要功能：1）与相应抗原特异性结合：）与相应抗原特异性结合：Fv2）激活补体：）激活补体：3）结合）结合FcR：促吞噬：促吞噬(opsonization)介导过敏介导过敏介导细胞毒介导细胞毒(ADCC)4）穿过胎盘和粘膜）穿过胎盘和粘膜5）调节免疫功能）调节免疫功能29优质课件30优质课件31优质课件32优质课件2、各类抗体的特性与功能、各类抗体
12、的特性与功能1）IgG：4个亚类个亚类分布广分布广血清含量最高血清含量最高寿命长寿命长能通过胎盘能通过胎盘33优质课件34优质课件35优质课件2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能2）IgM：5单体单体J链连接链连接最大最大最早最早 寿命短、可诊断宫内及近期感染。寿命短、可诊断宫内及近期感染。 SmIg: BCR，C多多41aa(25aa疏水，末端疏水，末端3aa亲水亲水)36优质课件37优质课件3）IgA：单：单：血清血清双：双：外分泌液，外分泌液，SIgA(J和和SP) 38优质课件39优质课件40优质课件2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能4）IgD：含量低含量低绞链区
13、长不稳定绞链区长不稳定与超敏反应与超敏反应/自身免疫病有关自身免疫病有关SmIgD 为为BCR成分，成分， B细胞成熟标志细胞成熟标志41优质课件42优质课件未成熟未成熟B细胞细胞 成熟成熟B细胞细胞 活化或记忆活化或记忆B细胞细胞mIgM mIgD 43优质课件2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能5）IgE；含量少含量少寿命短寿命短热敏感热敏感亲细胞亲细胞进化最晚进化最晚含量最低含量最低与超敏反应与超敏反应/寄生虫免疫有关寄生虫免疫有关44优质课件45优质课件 五、抗体的编码基因五、抗体的编码基因抗体的胚系基因（抗体的胚系基因（germline genesgermline gene
14、s）重链：重链： V V基因片段（基因片段（variable segmentvariable segment）D D基因片段（基因片段（diversity segmentdiversity segment）J J基因片段（基因片段（joining segmentjoining segment）C C基因片段基因片段(constant segment)(constant segment)轻链：轻链： V V基因片段（基因片段（variable segmentvariable segment）J J基因片段（基因片段（joining segmentjoining segment）C C基因片段基因
15、片段(constant segment)(constant segment)46优质课件 抗体编码基因的染色体定位抗体编码基因的染色体定位 肽链肽链 所在染色体所在染色体 基因片段基因片段及排列及排列 人人 小鼠小鼠 22q11.2 16 Vn(JC)n 2 p11-12 6C2 VnJnC H H 14q32.3 12F1 VnDnJnCn 47优质课件48优质课件 六、抗体胚系基因的重排及机制六、抗体胚系基因的重排及机制抗体的重链胚系基因的重排抗体的重链胚系基因的重排抗体的轻链胚系基因的重排抗体的轻链胚系基因的重排抗体胚系基因重排的机制抗体胚系基因重排的机制49优质课件免疫球蛋白胚系基因状
16、态下的免疫球蛋白胚系基因状态下的V V、（、（D D）、）、J J基因片段成基因片段成簇存在，要编码完整的功能性的簇存在，要编码完整的功能性的IgIg多肽链必须在这些多肽链必须在这些成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组合，成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组合，这一过程之。这一过程之。在V、D、J、C基因群中各选择一个基因片段，组成单个Ig的编码基因，进而转录和翻译，产生功能性Ig基因重排（基因重排（gene rearrangementgene rearrangement）50优质课件51优质课件52优质课件53优质课件54优质课件55优质课件 七、抗体的多样性及其机制七、抗体
17、的多样性及其机制（一）结构的多样性（一）结构的多样性 （二）功能的多样性（二）功能的多样性56优质课件抗体多样性的产生机制抗体多样性的产生机制组合多样性组合多样性(combinatorial joining)(combinatorial joining)连接多样性连接多样性(junctional flexibility)(junctional flexibility)体细胞高频突变体细胞高频突变(somatic hypermutation)(somatic hypermutation)57优质课件58优质课件59优质课件60优质课件61优质课件人人Ig多样性产生的机制多样性产生的机制多样性机制
18、多样性机制 H H 多胚系基因数（功能性）多胚系基因数（功能性） V V 65 65 30 30 4040 D D 27 27 0 0 0 0 J J 6 6 4 45 5组合多样性组合多样性 1.1X101.1X104 4 1.2X10 1.2X102 2 2X10 2X102 2总计总计 11000X(120+200)=3X1011000X(120+200)=3X106 6连接多样性连接多样性 共共100100 核苷酸插入核苷酸插入 300300 / / / /体细胞突变体细胞突变 + + + + +62优质课件 IgIg多样性数目多样性数目Ig的的V区基因组合数区基因组合数3.4 106
19、连接多样性连接多样性 100核苷酸插入多样性核苷酸插入多样性 300Ig的多样性总计约的多样性总计约 1010 1011 63优质课件 八、抗体的制备八、抗体的制备1、多克隆抗体（、多克隆抗体（polyclonal antibody，PcAb）2、单克隆抗体（、单克隆抗体（monoclonal antibody，McAb ）3、基因工程抗体（、基因工程抗体（engineering antibody）64优质课件抗血清（多克隆抗体）的制备抗血清（多克隆抗体）的制备65优质课件66优质课件67优质课件Humanization （Chimeric/Reshaped Antibody)68优质课件思考题思考题1.以HBsAg分别免疫小鼠和兔，均获得了特异性的IgM和IgG类anti-HBs，请分析这些抗体结构和功能的异同点。2.以杂交瘤技术制备鼠单克隆抗体技术上已十分成熟和稳定，工作机理也很简单，但迄今以该技术制备人单克隆抗体仍很困难。请分析可能的原因及解决路径。69优质课件
