1、,免疫球蛋白及其編碼基因 Immunoglobulin and its genes,Institute for Immunobiology Fudan University Center for Gene Immunization & Vaccine Research,March 25, 2014 Shanghai, China,Sidong Xiong, Ph.D.,1,抗體的概念 抗體的結(jié)構(gòu) 抗體異質(zhì)性 抗體生物學(xué)特性 抗體的編碼基因 抗體胚系基因的重排及機(jī)制 抗體的多樣性及其機(jī)制 抗體的制備,Immunoglobulin and its genes,2,一、抗

2、體的基本概念 抗原刺激B細(xì)胞產(chǎn)生的一類可與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合并產(chǎn)生各種免疫效應(yīng)的糖化球蛋白，亦稱免疫球蛋白 (Immunoglobulin),3,二、抗體的結(jié)構(gòu) 1、基本結(jié)構(gòu) 2、輔助結(jié)構(gòu) 3、結(jié)構(gòu)域(Domain),4,1、基本結(jié)構(gòu) 1）四肽鏈通過鏈間二硫鍵組成H2L2 重鏈：450aa, Mr.5X104,五類(a、g、m、d、e) 輕鏈：214aa, Mr.2.5X104 ,兩型(k、l) 2）分三個(gè)功能區(qū)： 可變區(qū)(Variable region, VH/VL, Fv)：結(jié)合抗原 恒定區(qū)(Constant region, CH/CL)：次級(jí)反應(yīng)、抗原性 絞鏈區(qū)(Hinge region

3、)CH1-CH2間, 30aa,2-5鏈間二硫鍵 3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc,5,6,7,1、基本結(jié)構(gòu) 1）四肽鏈通過鏈間二硫鍵組成H2L2 重鏈：450aa, Mr.5X104,五類(a、g、m、d、e) 輕鏈：214aa, Mr.2.5X104 ,兩型(k、l) 2）分三個(gè)功能區(qū)： 可變區(qū)(Variable region, VH/VL, Fv)：結(jié)合抗原 恒定區(qū)(Constant region, CH/CL)：次級(jí)反應(yīng)、抗原性 絞鏈區(qū)(Hinge region)CH1-CH2間, 30aa,2-

4、5鏈間二硫鍵 3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc,8,9,1、基本結(jié)構(gòu) 1）四肽鏈通過鏈間二硫鍵組成H2L2 重鏈：450aa, Mr.5X104,五類(a、g、m、d、e) 輕鏈：214aa, Mr.2.5X104 ,兩型(k、l) 2）分三個(gè)功能區(qū)： 可變區(qū)(Variable region, VH/VL, Fv)：結(jié)合抗原 恒定區(qū)(Constant region, CH/CL)：次級(jí)反應(yīng)、抗原性 絞鏈區(qū)(Hinge region)CH1-CH2間, 30aa,2-5鏈間二硫鍵 3）蛋白酶可酶解 木瓜蛋白

5、酶(papain)：Fab、 Fc 胃蛋白酶(pepsin)： F(ab)2 2XFab、pFc,10,11,2、輔助結(jié)構(gòu) 1）J鏈(Joining chain)： 20KD、10%糖、Cys、二硫鍵連接IgH 2）分泌片(Secretory piece,SP)： 70KD、6糖、上皮細(xì)胞合成,12,13,14,3、結(jié)構(gòu)域(Domain) 1）Ig分子中由鏈內(nèi)二硫鍵構(gòu)成的致密立體球體(V/C/H) 2）b-strain、b-sheet、b-barrel、immunoglobulin fold 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions

6、),15,16,17,18,19,三、抗體的異質(zhì)性 抗體的特異性和類型的不同，稱為異質(zhì)性heterogeneity ） 不同抗原表位刺激機(jī)體所產(chǎn)生的免疫球蛋白分子重鏈類別和輕鏈型別不同 不同抗原表位刺激機(jī)體所產(chǎn)生的免疫球蛋白分子識(shí)別抗原的特異性不同 不同抗原表位誘導(dǎo)的同一類型的免疫球蛋白（IgG），其識(shí)別抗原的特異性不同,20,三、抗體的異質(zhì)性 內(nèi)源性因素 外源性因素,21,三、抗體的異質(zhì)性 1、類型： 類(Class): 重鏈C區(qū)抗原性,IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 亞類(Subclass): 重鏈抗原性/二硫鍵數(shù)目位置,IgG1-4 型(Type): 輕鏈C區(qū)抗原性, k、l 亞

7、型(Subtype): 輕鏈C區(qū)aa差異排列, l14,22,三、抗體的異質(zhì)性 內(nèi)源性因素,23,血清型： 同種型(Isotype)： C區(qū)決定，非遺傳標(biāo)志。類、亞類、型和亞型 同種異型(Allotype)： 個(gè)體等位基因，遺傳標(biāo)志: Gm 獨(dú)特型(Idiotype, Id)： IdiotopeAnti-Id,24,25,26,三、抗體的異質(zhì)性 外源性因素 含多種不同抗原表位的抗原刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致免疫細(xì)胞的活化，產(chǎn)生多種不同特異性的抗體。 多樣性抗原的存在是導(dǎo)致免疫球蛋白異質(zhì)性的外源因素，是免疫球蛋白異質(zhì)性的物質(zhì)基礎(chǔ)。 抗體的這種異質(zhì)性，反映出機(jī)體對(duì)抗原精細(xì)結(jié)構(gòu)的識(shí)別和應(yīng)答。,27,28

8、,四、抗體的主要特性及生物學(xué)功能 1、主要功能： 1）與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合：Fv 2）激活補(bǔ)體： 3）結(jié)合FcR：促吞噬(opsonization) 介導(dǎo)過敏 介導(dǎo)細(xì)胞毒(ADCC) 4）穿過胎盤和粘膜 5）調(diào)節(jié)免疫功能,29,30,31,32,2、各類抗體的特性與功能 1）IgG： 4個(gè)亞類 分布廣 血清含量最高 壽命長(zhǎng) 能通過胎盤,33,34,35,2、各類抗體的特性與功能 2）IgM： 5單體J鏈連接 最大 最早 壽命短、可診斷宮內(nèi)及近期感染。 SmIg: BCR，C多41aa(25aa疏水，末端3aa親水),36,37,3）IgA： 單：血清 雙：外分泌液，SIgA(J和SP),38,

9、39,40,2、各類抗體的特性與功能 4）IgD： 含量低 絞鏈區(qū)長(zhǎng)不穩(wěn)定 與超敏反應(yīng)/自身免疫病有關(guān) SmIgD 為BCR成分， B細(xì)胞成熟標(biāo)志,41,42,未成熟B細(xì)胞 成熟B細(xì)胞 活化或記憶B細(xì)胞,mIgM,mIgD,43,2、各類抗體的特性與功能 5）IgE； 含量少 壽命短 熱敏感 親細(xì)胞 進(jìn)化最晚 含量最低 與超敏反應(yīng)/寄生蟲免疫有關(guān),44,45,五、抗體的編碼基因 抗體的胚系基因（germline genes） 重鏈： V基因片段（variable segment） D基因片段（diversity segment） J基因片段（joining segment） C基因片段(con

10、stant segment) 輕鏈：V基因片段（variable segment） J基因片段（joining segment） C基因片段(constant segment),46,抗體編碼基因的染色體定位 肽鏈 所在染色體 基因片段及排列 人 小鼠 22q11.2 16 Vn(JC)n 2 p11-12 6C2 VnJnC H 14q32.3 12F1 VnDnJnCn,47,48,六、抗體胚系基因的重排及機(jī)制 抗體的重鏈胚系基因的重排 抗體的輕鏈胚系基因的重排 抗體胚系基因重排的機(jī)制,49,免疫球蛋白胚系基因狀態(tài)下的V、（D）、J基因片段成簇存在，要編碼完整的功能性的Ig多肽鏈必須在這些

11、成簇存在的基因簇中選擇某些基因片段進(jìn)行重新組合，這一過程之。 在V、D、J、C基因群中各選擇一個(gè)基因片段，組成單個(gè)Ig的編碼基因，進(jìn)而轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生功能性Ig,基因重排（gene rearrangement）,50,51,52,53,54,55,七、抗體的多樣性及其機(jī)制 （一）結(jié)構(gòu)的多樣性 （二）功能的多樣性,56,抗體多樣性的產(chǎn)生機(jī)制 組合多樣性(combinatorial joining) 連接多樣性(junctional flexibility) 體細(xì)胞高頻突變(somatic hypermutation),57,58,59,60,61,人Ig多樣性產(chǎn)生的機(jī)制,多樣性機(jī)制 H l k

12、多胚系基因數(shù)（功能性） V 65 30 40 D 27 0 0 J 6 45 組合多樣性 1.1X104 1.2X102 2X102 總計(jì) 11000X(120+200)=3X106 連接多樣性 共100 核苷酸插入 300 / / 體細(xì)胞突變 + +,62,Ig多樣性數(shù)目 Ig的V區(qū)基因組合數(shù)3.4106 連接多樣性 100 核苷酸插入多樣性 300 Ig的多樣性總計(jì)約 1010 1011,63,八、抗體的制備 1、多克隆抗體（polyclonal antibody，PcAb） 2、單克隆抗體（monoclonal antibody，McAb ） 3、基因工程抗體（engineering antibody）,64,抗血清（多克隆抗體）的制備