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1、1 抗体研究简史抗体研究简史2 2020世纪有关抗体研究获得诺贝世纪有关抗体研究获得诺贝尔医学生理学奖的免疫学家尔医学生理学奖的免疫学家年代年代学者姓名学者姓名国家国家获奖成就获奖成就19011901E.A.Behring德国德国发现抗毒素，开创免发现抗毒素，开创免疫血清疗法疫血清疗法19081908P.Ehrlich德国德国提出体液免疫理论和提出体液免疫理论和抗体生成的侧链学说抗体生成的侧链学说19601960F.M.Burnet澳大利亚澳大利亚提出抗体生成的克隆提出抗体生成的克隆选择学说选择学说19721972G.M.EdelmanG.M.Edelman美国美国阐明抗体的本质阐明抗体的本质
2、R.R.PorterR.R.Porter英国英国阐明抗体的化学结构阐明抗体的化学结构3 2020世纪有关抗体研究获得诺贝世纪有关抗体研究获得诺贝尔医学生理学奖的免疫学家尔医学生理学奖的免疫学家年代年代学者姓名学者姓名国家国家获奖成就获奖成就19841984N. Jerne丹麦丹麦提出天然抗体选择学说和免疫提出天然抗体选择学说和免疫网络学说网络学说G. Kohler德国德国建立杂交瘤技术制备单克隆抗建立杂交瘤技术制备单克隆抗体体C. Milstein 阿根廷阿根廷单克隆抗体技术及免疫球蛋白单克隆抗体技术及免疫球蛋白基因表达的遗传调控基因表达的遗传调控19871987Tonegawa日本日本阐明抗
3、体多样性的遗传基础阐明抗体多样性的遗传基础4 Emil von Behring, 1901, antitoxinsGeoreges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibodySusumu Tonegama,1987, structure of Ig geneGerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibodyPaul Ehrlich , 1908, production of antibodyNobel Prize winners Burnet, 1960，Clo
4、nal selection Jerne, 1984,Idiotype network5 抗体抗体生物体最奇妙的分子生物体最奇妙的分子F无限的多样性（无限的多样性（diversity)F功能与结构的双重性功能与结构的双重性 可变区可变区抗原结合抗原结合 ( 特异性特异性specificity ) 恒定区恒定区生物学效应功能生物学效应功能F分泌型和膜型表达分泌型和膜型表达6 FB细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。基本概念基本概念Ag1Ab1Ag1-Ab1Ag2Ag2Ag2-Ab2F与相应抗原与相应抗原特异性特异性结合。结合。F主要存在于
5、血清中。主要存在于血清中。7 Emil von Behring (1845-1917)抗毒素（抗毒素（1888）凝集素（凝集素（1896,Gruber and Durham）沉淀素（沉淀素（1897, kraus）抗体抗体(antibody)是是介介导导体体液液免免疫疫的的重重要要效效应应分分子子，是是B细细胞胞接接受受抗抗原原刺刺激激后后增增殖殖分分化化为为浆浆细细胞所产生的糖蛋白。胞所产生的糖蛋白。 抗体一词的由来（抗体一词的由来（19世纪末）世纪末）8 1937年年 Tiselius和和Kabat 用电泳用电泳方法证实抗体的方法证实抗体的活性存在于泳动活性存在于泳动最慢的血清组分，最慢的
6、血清组分，称为称为 球蛋白球蛋白抗体与抗体与 球蛋白关系球蛋白关系抗体抗体 球蛋白球蛋白9 19681968和和19721972年年WHOWHO和国际免疫学和国际免疫学会分别决定将具有抗体活性或化会分别决定将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白为免疫球蛋白. .抗体与免疫球蛋白关系抗体与免疫球蛋白关系抗体抗体 免疫球蛋白免疫球蛋白功能功能概念概念结构结构概念概念10 一、基本概念一、基本概念B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白与相应抗原特异性结合与相应抗原特异性结合主要存在于血清中主要存在
7、于血清中又称免疫球蛋白又称免疫球蛋白 (Immunoglobulin)分泌型分泌型 sIg、膜型、膜型 mIg 11 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：五类重链：五类(isotype: 、 、 、 、 ) 轻链：两型轻链：两型( 、)一、基本结构一、基本结构VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 12 Rodney Porter 1917-1985Nobel Prize in 1972Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 197213 FabFabF
8、cFFPorterPorter主主要要致致力力于于将将抗抗体体中中负负责责与与外外来来抗抗原原结结合合的的部部分分从从抗抗体体中中分分开开，他他发发现现可可利利用用酵酵素素-木木瓜瓜蛋蛋白白(papain)(papain)，将抗体分成三部分。，将抗体分成三部分。HHLLFEdelman将抗体分子假定与其它各种 蛋 白 质 一 样 ， 由 一 些 polypeptide链所构成，而他认为polypeptide链间最可能以二硫键结合在一起，故他试图将这些键结打断来观察其中的各条polypeptide链，结果他发现这些氨基酸链单独存在时都不具有任何抗体的功用。 14 F重链（重链（Heavy cha
9、in:H链）链） 大约大约500 a.a, 糖基糖基(+) 类别类别（Class ）:H链：链： , , , , . (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgEF 轻链（轻链（light chain:L链）链） 大约大约214 a.a,糖基糖基(-) 型别（型别（ type）: , 重链和轻链（重链和轻链（Heavy & light chains）VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+15 F可变区可变区(Variable region, VH/VL, Fv)：结合抗原：结合抗原 VH和和VL： 高变区高变区 HVR 抗原结合部位抗原结
10、合部位互补决定区互补决定区CDR 骨架区骨架区 FR14 (1971, Kabat)F 恒定区恒定区(Constant region, CH/CL)F 绞链区绞链区(Hinge region) The basic structure of immunoglobulins三个功能区三个功能区(Domain)16 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 5040 30 2010 0 CDR1CDR2CDR3 抗体分子的多样性抗体分子的多样性 Igl l 链链 的的 氨氨 基基
11、酸酸 序序 列列酸酸残残基基的的变变异异率率相相应应位位置置上上氨氨基基F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610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。17 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 5040 30 2010 0 CDR1CDR2CDR3 抗 体 分 子 的 多 样 性 酸酸残残基基的的变变异异率率相相应应位位置置上上氨氨基基Diversity a
12、nd Specificity18 19 抗抗原原B B细胞表位细胞表位 抗体抗体 CDR表位AbAg20 铰链区（铰链区（Hinge region）VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+F特点：特点：1)极富弹性极富弹性2)富含脯氨酸富含脯氨酸F功能功能:1) 有利于有利于 Ab 与与Ag的结合的结合2)有利于有利于 Ab 与补体的结合与补体的结合21 IgGIgG分子结合抗原前后的构象变化分子结合抗原前后的构象变化Fab段段Fc段段C1q 结结合位点合位点被屏障被屏障结合抗原之前结合抗原之前 CH1CH2暴露的暴露的C1q结结合位点合位点结合抗原
13、之后结合抗原之后22 结构域结构域 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-sheet、b b-barrel、immunoglobulin fold。 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)。23 免疫球蛋白的结构功能区免疫球蛋白的结构功能区24 “Ig-like Domain (Ig样结构域)”25 二、免疫球蛋白的其他成分二、免疫球蛋白的其他成分(1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链化学本质：浆细胞分泌的多肽链J CHAINJ CHAIN IgA dimer(
14、2)存在：存在：IgM（五聚体）（五聚体）, sIgA（双体）（双体）IgM连接链连接链（joining chain，J链）链）SecretorypieceJoining chain26 SPIgA dimer分泌片分泌片（Secretory Piece，SP)(1) 化学本质：化学本质： 多肽链多肽链(70kD)(2)来源：上皮细胞来源：上皮细胞J chain （3）作用：）作用： a.帮助帮助IgA穿越黏膜穿越黏膜 b.保护保护s IgA抵抗蛋白酶的水解作用抵抗蛋白酶的水解作用27 Secretory IgA(sIgA)Plasma cellsIgA dimerpIgRSPEpitheli
15、al Cell28 胃蛋白酶胃蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFcF(ab)2Fab 三、免疫球蛋白的水解片段三、免疫球蛋白的水解片段F木瓜蛋白酶作木瓜蛋白酶作用于用于IgG分子重分子重链间二硫键的链间二硫键的N端侧，将其裂解端侧，将其裂解为为Fab段和段和Fc段。段。胃蛋白酶则切在胃蛋白酶则切在该二硫键之该二硫键之C端端侧，产生侧，产生F(ab)2和和pFc段。段。29 F类类(Class): 重链重链C区抗原性区抗原性IgG、IgA、IgM、IgD、IgEF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 IgG1-4F型型(Type): 轻链轻链C区抗原
16、性区抗原性 、 F亚型亚型(Subtype): 轻链轻链C区区aa差异排列差异排列 114 4免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的类型免疫球蛋白的类型30 血清型血清型F免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为免疫球蛋白的血清型。免
17、疫球蛋白的血清型。31 1、同种型同种型(isotype)：同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同的抗原特异性标志。的抗原特异性标志。 由由C区决定区决定 。VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFc32 2、同种异型（、同种异型（allotype)： 同一种属不同个体间免疫球蛋白分同一种属不同个体间免疫球蛋白分子所具有的不同的抗原特异性标志。子所具有的不同的抗原特异性标志。 由由 链、链、 链、链、 链、链、 链链C区决定。区决定。 VHCH1CVLCLFabHinge regionFc33 3、独特型、独特型(idiotype,Id
18、)： 每个免疫球蛋白分子所特有的抗原每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志。特异性标志。由超变区特殊的氨基酸序列及其构型决定。由超变区特殊的氨基酸序列及其构型决定。 VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFc34 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) 免疫调理免疫调理 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VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabFcCOONH3+免疫球蛋白的功能
19、免疫球蛋白的功能35 36 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能a.37 b.免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能38 FcR Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity(抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用)Target cellAbEffector cellTarget cell表达表达Fc受体的组织细胞受体的组织细胞(NK、M 、中性粒细胞）、中性粒细胞）通通过识别抗体的过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。ADCC免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能39 抗体的抗病毒效应抗体的抗病毒效应NK靶细胞介导 ADCC经典
20、途径激活补体C1qr2s2调理吞噬作用免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能40 IgGIgMIgAIgEIgD各类免疫球蛋白的特点和功能各类免疫球蛋白的特点和功能41 出生后出生后3 3个月开始合成，个月开始合成，3 35 5岁接近成人岁接近成人含量最多含量最多 占血清总占血清总IgIg的的 75%75%产生比较晚，是再次应答的主要抗体产生比较晚，是再次应答的主要抗体半衰期最长半衰期最长( (t =23=23天天) )分布最广，血管外的主要抗体分布最广，血管外的主要抗体唯一能通过胎盘的唯一能通过胎盘的IgIg激活补体激活补体 IgG1 IgG13 3（经典），（经典），IgG4IgG4（替代）（替
21、代）结合细胞结合细胞 巨噬细胞，单核细胞巨噬细胞，单核细胞调理作用调理作用 NKNK细胞，巨噬细胞细胞，巨噬细胞介导介导ADCCADCC 结合结合SPASPA协同凝集实验协同凝集实验特性：特性：IgG42 IgG功能：功能：抗感染的主要抗体抗感染的主要抗体 介导介导 II,IIIII,III型超敏反应型超敏反应介导自身免疫介导自身免疫 调理调理 介导介导 ADCCADCC 固定补体固定补体中和病毒和毒素中和病毒和毒素 抗菌抗菌 抗病毒抗病毒抗外毒素抗外毒素43 IgG四个亚类的特点四个亚类的特点IgG1IgG2IgG3IgG4血清含量血清含量(占占IgG的百分比）的百分比） 70 20 6 4
22、 血清半衰期血清半衰期(天天) 23 23 7 23通过胎盘通过胎盘 + + + +固定补体固定补体 + + + 结合结合Fc受体受体 + + +44 特性a)血清中含量第三b)出现最早的Igc)分布局限，主要在血管内d) 通过经典途径激活补体e)分子量最大f)凝集细菌e) 结合细胞 巨噬细胞,单核细胞-调理 NK细胞,巨噬细胞-介导ADCC IgM J J 链链 45 IgM抗感染的先锋抗体抗感染的先锋抗体 介导介导 II,IIIII,III型超敏反应型超敏反应 介导自身免疫介导自身免疫天然血型抗体天然血型抗体 调理作用调理作用 ( (最强最强 ) ) 激活补体激活补体中和病毒和外毒素中和病
23、毒和外毒素 凝集微生物凝集微生物 介导介导 ADCCADCC功能：功能： 抗菌作用抗菌作用最强最强 (500(50010001000IgG)IgG) 抗病毒抗病毒 抗外毒素抗外毒素46 IgA特点特点: :血清中含量第二血清中含量第二 ( (血清型血清型 IgAIgA，serum IgA)serum IgA)主要以分泌型存在主要以分泌型存在( ( 外分泌液中）外分泌液中）. .(secretory IgA,sIgA)(secretory IgA,sIgA) sIgAsIgA通过初乳被动转移给新生儿通过初乳被动转移给新生儿 唾液唾液, , 眼泪眼泪, , 乳汁乳汁, , 鼻黏膜鼻黏膜, , 支气
24、管分泌液支气管分泌液, , 生殖生殖 道分泌物道分泌物, , 前列腺液前列腺液, , 小肠黏膜分泌液小肠黏膜分泌液. . SCJ chainIgA dimer47 sIgA功能：功能：粘膜局部抗感染的主要抗体粘膜局部抗感染的主要抗体 阻止病原体粘阻止病原体粘附于粘膜细胞附于粘膜细胞中和病毒和外中和病毒和外毒素毒素 伤寒沙门氏杆菌伤寒沙门氏杆菌, , 奈瑟氏淋球菌奈瑟氏淋球菌 脊髓灰质炎病毒，流感病毒脊髓灰质炎病毒，流感病毒 抗菌作用抗菌作用 抗病毒作用抗病毒作用 抗外毒素作用抗外毒素作用48 IgD 分分 子子 的的 结结 构构IgD 分分 子子*在膜表面的表达是在膜表面的表达是B 细细胞成熟
25、的主要标志；胞成熟的主要标志；*膜型膜型IgD 作为作为BCR的组的组成部分，发挥信号传导作成部分，发挥信号传导作用用49 50 Structure of IgE moleculeIgE特性特性1)含量最少含量最少2)与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的Fc R受体结合受体结合亲细胞性抗体亲细胞性抗体:不与不与Ag结合，即可与肥大细胞结合，即可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的和嗜碱性粒细胞表面的FcR牢固结合牢固结合3)不能激活补体不能激活补体51 IgE参与过敏反应参与过敏反应( I型超敏反应型超敏反应) 结合肥大细胞结合肥大细胞 和嗜碱性粒细胞和嗜碱性粒细胞 导致各种
26、生物活性的导致各种生物活性的介质的释放介质的释放嗜酸性粒细胞有嗜酸性粒细胞有IgE的的FcR，嗜酸性粒细胞通过此受体结合嗜酸性粒细胞通过此受体结合包被在蠕虫上的包被在蠕虫上的IgE的的Fc段，段，最终杀死寄生虫最终杀死寄生虫抗寄生虫感染抗寄生虫感染作用作用52 人抗体分子的特性人抗体分子的特性抗体类别抗体类别 IgG IgA IgM IgD IgE重链类别重链类别 重链亚类重链亚类1, 2, 3, 41, 2, 3, 4 1, 2 1, 2轻链类别轻链类别 和和 和和 和和 和和 和和 分子式分子式 2 2 2 或或 2 2 2 2 2 2或或(2 2 2)5SCJ 2 2 2或或(2 2 2
27、)5SCJ ( (2 2 2)5J或或 ( (2 2 2)5J 2 2 2 或或 2 2 2 2 2 2 或或 2 2 2分子量分子量（kDakDa） 150 160或或400 900 180 190固定补体能力固定补体能力 + 0 + 0 0血清浓度血清浓度(mg/100ml)(mg/100ml) 1000 200 120 3 0.05血清半衰期血清半衰期 ( (天天) ) 236 5 3 2穿过胎盘穿过胎盘 0 0 0 0肥大细胞和嗜碱肥大细胞和嗜碱性细胞脱颗粒性细胞脱颗粒？ 0 0 0 +裂解细菌能力裂解细菌能力 + + + ? ?抗病毒能力抗病毒能力 + + + ? ?53 2014-
28、10-1354 抗体的多样性及其产生机制抗体的多样性及其产生机制F抗体的多样性F抗体的多样性产生的机制F抗体的类别转换55 1897年年Paul Ehrlich 提出提出侧链学说侧链学说1930年年Haurowitz 提出提出直接模板学说直接模板学说1941年年Pauling提出提出间接模板学说间接模板学说1955年年Niels Jerne 提出提出自然选择学说自然选择学说1958年年FM Burnet 提出提出克隆选择学说克隆选择学说抗体生成理论的发展史抗体生成理论的发展史56 57 （一）抗体的多样性（一）抗体的多样性F抗体抗体/ /免疫球蛋白的基因结构免疫球蛋白的基因结构F抗体基因的重排
29、抗体基因的重排F抗体基因的重排机制抗体基因的重排机制58 抗体的多样性早期假说一：生殖细胞学说抗体的多样性早期假说一：生殖细胞学说抗体的多样性早期假说一：生殖细胞学说抗体的多样性早期假说一：生殖细胞学说抗体的多样性早期假说二：体细胞突变学说抗体的多样性早期假说二：体细胞突变学说抗体的多样性早期假说二：体细胞突变学说抗体的多样性早期假说二：体细胞突变学说The genome contains many loci encoding antibody molecules.B cell express one of these loci.Different B cells express differ
30、ent loci.There are a small number of antibody genes which undergo mutation as the B cell matures , thus giving rise to B cells expressing antibody of different specificity.59 1971年年 Kabat基因嵌入模型基因嵌入模型利根川进：抗体的基因重排理论利根川进：抗体的基因重排理论60 免疫球蛋白的基因结构免疫球蛋白的基因结构61 62 63 In heavy chains, the V, D and J segments
31、encode the variable domain while the C segment encodes the constant domain.In light chains, the V and J segments encode the variable domain while the C segment encodes the constant domain.64 抗体基因的重排抗体基因的重排65 During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement.66 During B cell matura
32、tion, immunoglobulin genes undergo rearrangement.67 During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement.68 During B cell maturation, immunoglobulin genes undergo rearrangement.69 The kappa and lambda loci undergo similar rearrangement.Since there are no D segments, there is a single
33、 V-J rearrangement.In both heavy and light chain rearrangement, a number of J segments mayremain between the V(D) and C segments.These are included in the RNA transcript but are spliced out during RNAprocessing.The final light chain mRNA contains one VJC unit.Kuby Figure 5-470 Kuby Figure 5-471 72 抗
34、体基因重排的机制73 （1）重组信号序列）重组信号序列(recombination signal sequence, RSS)在VH和VL基因3端、J基因5端和D基因两端有高度保守的核苷酸序列，包括一个7核苷酸组成的七聚体(heptamer)和一个9核苷酸组成的九聚体(nonamer)，两者间隔121或231个核苷酸，称为RSS。74 只只有有间间隔隔12个个碱碱基基对对和和间间隔隔23个个碱碱基基对对的的RSS之之间间发发生生重重组组，而而间间隔隔长长度度相相等等的的RSS之之间间不不发发生生重重组组，这这就就是是12/23碱碱基基对对规规律律(12/23 base pair rule)，也
35、也叫叫做做1+2圈圈规规律律(1+2 turn rule)。75 Kuby Figure 5-376 Recombination signal sequences - conserved sequences in regions just upstream or downstream of gene segments.Consist of a conserved heptamer and nonamer with a 12 or 23 bp spacer.Kuby Figure 5-377 The one-turn/two-turn rule (12/23 rule) - recombinat
36、ion occurs onlybetween a segment with a 12 bp spacer and a segment with a 23 bp spacer.Recombination Signal Sequences Direct Recombination78 Recombination Activating Genes (encode RAG-1 and RAG-2)RAG-1 and RAG-2 mediate recognition of signal sequences and rearrangement of DNA segments.Mice deficient
37、 in RAG-1 or RAG-2 are unable to rearrange heavy or light chain genes.These mice have no mature B cells.- B cells will not mature if they cannot express a BCR. （2）重组活化基因）重组活化基因Recombination Activating Genes79 RAG-deficient mice also lack mature T cells.- The T cell receptor is also encoded by loci c
38、ontaining gene segments that must be rearranged before the TCR can be expressed.T cells will not mature if they cannot express a TCR.SCID (severe combined immune deficency) mice also have a defect that affects rearrangement of BCR and TCR loci.They also have no mature T or B cells.80 Flow cytometry
39、of normal vs. RAG-1 deficient mice:Lymph node cellsFITC anti-CD19 (B cell marker) and PE anti-CD3 ( T cell marker)Normal miceRAG-1 - deficient mice81 How recombination in the V regions of antibody happens?82 83 84 85 A G C TT A T A86 Terminal deoxynucleotidyl transferase (Tdt)An enzyme that randomly
40、 adds in nucleotides during joining of heavychain (NOT light chain) segments.87 Read Kuby pages 113-115: Gene Segments Are Joined by Recombinases88 Productive and nonproductive rearrangementsJoining of segments is not precise and may result in loss of the correct reading frame.This may lead to intro
41、duction of stop codons - nonproductiverearrangements.89 RSSRSSRSS: recombination signal sequenceRAG: recombination activating gene90 P-核苷酸和核苷酸和N-核苷酸的加入核苷酸的加入片段断端形成发夹结构片段断端形成发夹结构TCAGDTAATJ内切酶切开发夹结构产生内切酶切开发夹结构产生P-核苷酸核苷酸T C G ADA T A TJTdT酶加入酶加入N-核苷酸核苷酸T C G A C T CDG A G C G A T A TJ通过通过DNA修复，断端连接，恢复双
42、键结构修复，断端连接，恢复双键结构T C G A C T C G C T A T AT C G A C T C G C T A T AA G C T G A G C G A T A TA G C T G A G C G A T A TDJP N P91 Two alleles are available at each locus (maternal and paternal).A B cell expresses only one heavy and light chain allele.- ALLELIC EXCLUSION92 First, one allele of the heavy
43、 chain is rearranged.If the rearrangement is successful, the other allele will not be rearranged.If the rearrangement is nonproductive, the other allele will be rearranged.Once a heavy chain allele rearrangement is productive, light chain rearrangement will begin.If rearrangement of both heavy chain
44、 alleles is nonproductive, the B cell will not mature further but will die of apoptosis within the bone marrow. 93 If a heavy chain allele is successfully rearranged, light chain rearrangement begins.In humans, the kappa locus is rearranged first.Rearrangement occurs at one allele at a time and cont
45、inues until a productive rearrangement occurs.If both kappa alleles rearrange nonproductively, rearrangement will begin at the lambda locus.If all 4 alleles (both kappa alleles and both lambda alleles) rearrangements are nonproductive, the B cell will not mature but will instead die of apoptosis wit
46、hin the bone marrow.If either both heavy chain alleles, or all four light chain alleles, rearrange nonproductively, the B cell will not mature.94 Allelic exclusionAllelic Exclusion Ensures a Single Antigenic Specificity95 组合多样性（combinatorial diversity）连接多样性（junctional diversity）体细胞高频突变（somatic hyper
47、mutation） （二）抗体多样性产生机制96 （1）组合多样性包括多副本的包括多副本的V基因、基因、D基因、基因、J基因及轻链重链等随基因及轻链重链等随机配对所形成的多样性机配对所形成的多样性97 以以IgH 为为例例，按按50个个VH基基因因、30个个D基基因因、6个个JH基基因因、40个个V 基基因因、5个个J 基基因因计计算算，固固有多样性可达：有多样性可达：503064051.810698 （2）接头处的变化所产生的多样性）接头处的变化所产生的多样性（junctional diversity）这这种种变变化化不不依依赖赖于于抗抗原原，发发生生在在CDR3，包包括括重重组组时时编编码
48、端核苷酸的删除、添加、码端核苷酸的删除、添加、P核苷酸和核苷酸和N区的形成等区的形成等有有些些是是在在原原有有遗遗传传信信息息基基础础上上的的变变化化，如如接接头头处处不不准准确确连连接接所所造造成成的的编编码码框框架架的的变变化化、D段段阅阅读读框框架架的的变变化化、P核苷酸的形成等核苷酸的形成等有些与基因有些与基因DNA中携带的信息无关，如中携带的信息无关，如N区的形成区的形成估计估计CDR3的多样性可达的多样性可达101499 （3）体细胞高频突变）体细胞高频突变（somatic hypermutation）亲亲和和力力成成熟熟过过程程中中的的体体细细胞胞突突变变仅仅发发生生于于重重组组
49、后后的的可可变变区区基基因因及及其其3端端和和5端端300个个左左右右碱碱基基以以内内，而而不不见见于于恒恒定定区区，主主要要是是点点突突变变，也也可可能能有有插插入入和和缺缺失失，相相当当于于“微调微调”突变率比细胞中正常基因高数百万倍突变率比细胞中正常基因高数百万倍发生在生发中心（发生在生发中心（germinal center）100 HV(D)J基因片段的组合VDJ组合多样性652761100040052003004120重链/轻链11000(200+120)3.5106不准确连接多样性增加100倍核苷酸插入多样性增加300倍多样性预期10101011IGH基因超突变突变频率是其它基因的百万倍以上抗体分子的多样性101 （三）（三）抗体抗体类别转换类别转换(class switch)102 104
