4章-免疫球蛋白基因分析课件.ppt
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- 免疫球蛋白 基因 分析 课件
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1、第四章第四章 免疫球蛋白基因免疫球蛋白基因免疫球蛋白免疫球蛋白是指具有与抗原决定簇特异性结合的许是指具有与抗原决定簇特异性结合的许许多多球蛋白分子的总称。许多多球蛋白分子的总称。因为因为抗原的种类极多抗原的种类极多,每种抗原上有不同的抗,每种抗原上有不同的抗原决定簇,免疫球蛋白分子的种类可以原决定簇,免疫球蛋白分子的种类可以多达百多达百万以上。万以上。人的基因组总数也人的基因组总数也不过不过l0万万-20万万。研究发现,不同免疫球蛋白的数量如此庞大是研究发现,不同免疫球蛋白的数量如此庞大是由于由于基因重排基因重排的结果。的结果。免疫球蛋白的基因库免疫球蛋白的基因库 1.1.H基因库(重链基因连
2、锁群)第基因库(重链基因连锁群)第1414号染色体号染色体 2.2.基因库(基因库(链基因连锁群)第链基因连锁群)第2 2号染色体号染色体 3.3.基因库(基因库(链基因连锁群)第链基因连锁群)第2222号染色体号染色体免疫球蛋白基因结构免疫球蛋白基因结构 轻链有两种,即轻链有两种,即K链和链和链。链。l 胚系胚系DNA的的K链基因由链基因由Vk,Jk,和,和Ck三类基因片段组成三类基因片段组成;l每个每个v区基因上游都有一个区基因上游都有一个L基因编码的信号肽基因编码的信号肽;lJ基因片段由基因片段由5个基因组成个基因组成,其中,其中JK3是无效基因;是无效基因;lJ基因之间相距基因之间相距
3、较近较近,J基因编码的氨基酸也基因编码的氨基酸也属于属于V区肽段区肽段的的 一部分,称为连接片段;一部分,称为连接片段;l只有只有一个一个C基因基因,编码,编码K链链C区肽段区肽段。K K链基因结构链基因结构l胚系胚系DNA的的链由链由V、J和和C三类基因组成;三类基因组成;小鼠小鼠的的链基因只有链基因只有Vl和和V2两个两个V基因,两个基因,两个L基因即基因即Ll,L2在在V基因的上游;基因的上游;J基因基因片段有片段有4个个基因,基因,C基因基因片段也有片段也有4个个基因,但其中基因,但其中J4和和C4为无效基因,为无效基因,其余基因成簇排列;其余基因成簇排列;V基因基因编码编码链的链的V
4、区,区,J区基因区基因编码编码链的链的V区。区。C基因基因编码编码链全部链全部C区。区。l重链基因结构更为重链基因结构更为复杂复杂,编码可变区的基因片段除,编码可变区的基因片段除V,J 和和C基因片段外,还有基因片段外,还有D基因片段基因片段。D片段位于片段位于VH和和JH之间之间,编码的氨基酸位于,编码的氨基酸位于CDR3,与,与抗体的多样性有关,抗体的多样性有关,故称故称D基因基因。VDJ-C IgM VDJ-C 3IgG3 IgMIgG3?IgM其他类别或亚类其他类别或亚类Ig的现象的现象,称为类别转换称为类别转换C基因的基因的5端一段重复性端一段重复性DNA序列序列,称为转换区称为转换
5、区(switch region)5C,C 免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白基因的重排 轻链(轻链(K K)基因重排)基因重排免疫球蛋白基因,是免疫球蛋白基因,是在在B细胞发育到小前细胞发育到小前B细胞时才开始发生细胞时才开始发生重排,重排,使分布在胚系使分布在胚系DKA上上不同区域的不同区域的V、J和和C基因片段中的基因片段中的基因重排组合在一起,成为一个成熟的基因重排组合在一起,成为一个成熟的Ig基因,基因,进而转录翻译进而转录翻译为成熟的轻链。为成熟的轻链。l K基因可以通过基因可以通过Vk区基因片段区基因片段缺失、倒位的方式随机与一缺失、倒位的方式随机与一 个相隔一定距离的个相隔一定距离的
6、任何一个任何一个Jk基因片段相连接基因片段相连接;l 重排后的重排后的Vk Jk片段再与片段再与Ck连接形成完整连接形成完整K链链DNA,其中还其中还 有少数内含子,转录后通过拼接除去;有少数内含子,转录后通过拼接除去;l 经加工修饰,在经加工修饰,在RNA前体的前体的5和和3 端分别加上帽结构和端分别加上帽结构和 PolyA 尾,成为成熟的尾,成为成熟的K链链mRNA;l mRNA从细胞核转移到细胞质中,翻译为从细胞核转移到细胞质中,翻译为K肽链。肽链。重链基因重排与表达重链基因重排与表达 重链基因是通过重链基因是通过两次重排两次重排形成的。形成的。第一次基因重排是第一次基因重排是D基因片段
7、与基因片段与JH基因片段的重排连基因片段的重排连接,接,得到得到DJH基因片段基因片段;第二次基因重排是第二次基因重排是VH基因片段与基因片段与DJH片段重排和连接,片段重排和连接,得到得到VH DJH的连接片段的连接片段;经过两次重排的经过两次重排的DNA仍有一仍有一内含子内含子,经过转录以后得,经过转录以后得到初转录的到初转录的RNA,再修饰成为成熟的,再修饰成为成熟的H链链mRNA,翻,翻译出译出H链蛋白。链蛋白。体细胞基因突变体细胞基因突变 V区基因在重排后仍可发生改变区基因在重排后仍可发生改变、这种改变是、这种改变是由体细胞突变产生的。由体细胞突变产生的。体细胞突变只改变体细胞突变只
8、改变VJ或或VDJ单个片段的单个片段的个别核个别核苷酸苷酸,也会导致免疫球蛋白的特异性变化。,也会导致免疫球蛋白的特异性变化。体细胞突变体细胞突变只发生在只发生在IgG和和IgA,而不发生在,而不发生在 IgM,因此这种突变可能与免疫球蛋白的种类,因此这种突变可能与免疫球蛋白的种类转换有关。转换有关。B细胞发生体细胞突变的频率很高,平均每次细胞发生体细胞突变的频率很高,平均每次细胞分裂,每对碱基发生细胞分裂,每对碱基发生突变的概率为突变的概率为10-3,比其他基因的自发突变频率高比其他基因的自发突变频率高106倍。倍。免疫球蛋白的合成与分泌免疫球蛋白的合成与分泌 初次应答初次应答 初次应答的特
9、点是抗原第一次免疫后血清中初次应答的特点是抗原第一次免疫后血清中抗体浓度缓慢地增抗体浓度缓慢地增加,加,从诱发免疫到抗体产生有一个较长的从诱发免疫到抗体产生有一个较长的迟滞期迟滞期。抗体产生的。抗体产生的量较少,效价低量较少,效价低。抗体以抗体以IgM为主并最早出现为主并最早出现。IgG也有,但出现较也有,但出现较IgM为迟为迟。初次应答的高峰期大约在免疫后初次应答的高峰期大约在免疫后10 d左右。左右。初次应答答除了产生特异的初次应答答除了产生特异的浆细胞分泌抗体之外浆细胞分泌抗体之外,还有一些受,还有一些受到刺激的幼到刺激的幼B细胞发育到一定程度不再分化而保持体止状态,细胞发育到一定程度不
10、再分化而保持体止状态,这就是这就是记忆记忆B细胞细胞。记忆记忆B细胞不分泌抗体细胞不分泌抗体,只有在受到特异性抗原刺激后才能激,只有在受到特异性抗原刺激后才能激活而成为分泌抗体的活而成为分泌抗体的浆细胞浆细胞。记忆记忆B细胞是长命细胞是长命B细胞细胞,可以存活数月甚至机体终身存活。,可以存活数月甚至机体终身存活。免疫应答过程中抗体产生规律免疫应答过程中抗体产生规律 再应答再应答 当用与初应答相同抗原再次或多次免疫同当用与初应答相同抗原再次或多次免疫同一动物产生的免疫应答即为一动物产生的免疫应答即为再应答再应答。再应答与初次应答再应答与初次应答不同的是不同的是:应答反应应答反应的速度快,的速度快
11、,记忆记忆B细胞受到特异性抗原刺细胞受到特异性抗原刺激后立即开始反应;激后立即开始反应;产生的抗体以产生的抗体以IgG为主为主,IgM很少,此外还出现很少,此外还出现IgA、IgE;产生抗体的量远远超过初次应答,抗体产生抗体的量远远超过初次应答,抗体具高亲和力。具高亲和力。Td和和Ti抗原的免疫应答抗原的免疫应答 蛋白质抗原蛋白质抗原在在T细胞缺乏时不诱导抗体产生,细胞缺乏时不诱导抗体产生,故称为故称为胸腺依赖抗原(胸腺依赖抗原(Td抗原)抗原)。Td抗原激活抗原激活B细胞,除必须有抗原作为细胞,除必须有抗原作为第一第一信号外信号外,还需,还需Th细胞及其分泌的细胞因子细胞及其分泌的细胞因子作
12、作为第二信号。为第二信号。一些非蛋白抗原一些非蛋白抗原如多糖、脂类、核酸等诱导如多糖、脂类、核酸等诱导的抗体反应无需的抗体反应无需Th细胞,因此也称细胞,因此也称非依赖性非依赖性抗原抗原(Ti)。Ti抗原能诱导初次免疫应答,而无记忆细胞抗原能诱导初次免疫应答,而无记忆细胞产生,产生,因而也无重链转换和亲和力成熟的再因而也无重链转换和亲和力成熟的再次免疫应答。次免疫应答。抗体形成中抗体种类的转换机制抗体形成中抗体种类的转换机制 抗体免疫应答中首先抗体免疫应答中首先出现出现IgM同种型,然后出现同种型,然后出现1gG;特别在再应答中有许多类型的特别在再应答中有许多类型的同种型出现同种型出现。控制抗
13、体类别转换的核酸序列称为控制抗体类别转换的核酸序列称为转换区转换区。活化后。活化后的的B细胞细胞DNA上每上每一类一类C区基因的上游都有一个个区基因的上游都有一个个转换区。转换区。C的的转换区转换区S的结构是由的结构是由(GAGCT)nGGCGTm重复序列组成的,重复序列组成的,n=17,以,以n3最常见,最常见,m可多可多达达150。转换区的长短转换区的长短次序为次序为SlS2bSS3S2a.具有免疫球蛋白种类特异性的重组酶具有免疫球蛋白种类特异性的重组酶分别与这些分别与这些转换区的序列结合转换区的序列结合成为基因重排中产生那种免疫成为基因重排中产生那种免疫球蛋白同种型及其亚型转换的球蛋白同
14、种型及其亚型转换的重要环节重要环节。有报道表明转换信号来自有报道表明转换信号来自Th细胞合成的细胞合成的细胞介素细胞介素,如细胞介素如细胞介素IL-4。在转换中会发生转换区的重组,在转换中会发生转换区的重组,如转换区如转换区S与与Sl通过通过缺失连接重组缺失连接重组,重组的转换区,重组的转换区DNA经过转录经过转录和剪接,和剪接,除去除去S的的3端与端与Sl的的5端之间的一段端之间的一段DNA序列序列使使VDJ则能与则能与Cl最紧密地连接为最紧密地连接为VDJ Cl的的mRNA,最后表达,最后表达IgGl免疫球蛋白。免疫球蛋白。影响体液免疫应答的因素 不同种类的抗原不同种类的抗原和和不同的免疫
15、途径不同的免疫途径导致免疫应答导致免疫应答的方式与特点的变化。的方式与特点的变化。不同种类细胞因子或其相对比例不同对不同种类细胞因子或其相对比例不同对B细胞的细胞的作用也不一样。作用也不一样。Th1细胞主要诱导细胞免疫和迟细胞主要诱导细胞免疫和迟发型变态反应;发型变态反应;Th2细胞刺激细胞刺激IgE和和IgG1(小鼠小鼠)或或IgG4(人人)抗体形成。抗体形成。刺激刺激B细胞的增殖的细胞因子有多种细胞的增殖的细胞因子有多种,如来源于,如来源于T细胞的细胞因子细胞的细胞因子IL-2、IL-4和和IL-5。免疫球蛋白mRNA 与其他蛋白基因的表达方式类似,免疫球蛋白与其他蛋白基因的表达方式类似,
16、免疫球蛋白基因基因转录产生的转录产生的RNARNA前体需经过修饰才形成有功前体需经过修饰才形成有功能的能的mRNA mRNA。在免疫球蛋白在免疫球蛋白RNARNA前体近前体近33端有一保守的端有一保守的多聚多聚腺苷酸化信号(腺苷酸化信号(AAUAAAAAUAAA),poly(Apoly(A)多聚酶识多聚酶识别此信号序列,在其下游别此信号序列,在其下游15153030核苷酸处切开,核苷酸处切开,并并加上约加上约250250个腺苷酸形成个腺苷酸形成poly(Apoly(A)尾尾,同时在,同时在5 5端形成端形成帽结构帽结构。加帽和接尾完成后,加帽和接尾完成后,RNARNA前体经过前体经过RNARN
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