过程分子生物学3）课件.pptVIP

基因的表达与调控 人体的免疫识别及应答系统 抗体基因的重排规则 重排位点的序列特征 抗体轻链和重链基因的重排机制是相同的。在胚胎细胞中，抗体基因在重排位点上（轻链：VL与JCL之间；重链：D与JCH之间和VH与D之间）均存在特异性的重排位点。 在此位点上，特异性回文结构形成断裂和结合的信号序列。 七聚体 九聚体 九聚体 七聚体 Vk JCk Vl JCl 23 bp 12 bp 12 bp 23 bp CACAGTG ACAAAAACC CACAGTG GGTTTTTGT 抗体基因的重排规则 重排位点的序列特征 每个V编码基因之后均有这种结构。七聚体本身就是回文结构；九聚体本身不是回文结构。在k轻链基因中，每个J片段之前均有这种9-23-7结 构。小鼠重链编码基因簇中的重排位点也呈现相似的特征序列： VH JCH 23 bp 12 bp 12 bp 23 bp D 抗体基因的重排规则 抗体基因分子的重排规则 一个带有一种间隔区的保守序列只能与一个带有另一种间隔区的保守序列结合，也就是说，含有12bp间隔区的保守列序只能与含有23bp间隔区的保守列序相结合 V JC 12 bp 23 bp 信号端 信号端 编码端 编码端 V JC 基因或片段的断裂位 点及连接位点均发生在七聚体保守序列的两个外侧，即信号端与编码端的交界处 断裂 连接 基因重排的不精确性 直接导致在断裂连接位点上 的碱基插入或缺失。 整个基因重排过程包括断裂和结合两个反应。结合反应会导致碱基的插入或缺失，这种变化发生在V-J结合区（轻链）；在重链中发生在V-D和D-J结合区。在插入突变中，P核苷酸来源于基因序列的补齐过程；而N核苷酸则来源于随机掺入过程。 基因重排的不精确性 经过重排反应后，原来的抗体编码序列TACCG变成了TATTGGGGCCG，增加了6对碱基，即2个密码子。而这些位点恰恰位于抗体分子特异性的超变区内，因而产生了抗体的多样性。当然，这种碱基的缺失或插入也会导致阅读框架发生错误，因而大约有三分之二的基因重 排是无功能的。 基因重排的不精确性 若干种参与V（D）J重排的蛋白因子已被鉴定，它们含有典型的七聚体结合位点、九聚体结合位点、核酸内切酶活性中心等特征结构。其中一个重要的蛋白因子由基因rag编码，rag突变型的小 鼠不能产生功能性抗体。 3C 抗体多样性的分子机制 在抗体分子的形成过程中至少有四个环节为其提供了序列多样性： b 抗体分子多样性的来源 抗体基因装配元件的多样性 对人体免疫球蛋白轻链的装配元件而言： Vl≈300，JlCl≥6，装配的（VJC）l的总数为1,800种 Vk≤300，JkCk = 5，装配的（VJC）k的总数为1,500种 对人体免疫球蛋白重链的装配元件而言： VH≈300，JH = 5，D = 20，CH = 9，装配的（VDJC）H的总数为 270,000， 2.7×105 因而，由于抗体基因元件装配产生的抗体总数为： （1,800 + 1,500）x 2.7 x 105 = 8.91 x 108 抗体基因重排过程中碱基插入或缺失的多样性 任何V-JC、V-D-JC、D-JC重排过程均可产生数量极为可观的碱基序列改变，虽然这些改变中至少有三分之二是无功能的，但剩下的三分之一也是无法计算的。保守估计，每种重排至少能产生五种有功能的序列，因而其有效突变的总数大约为： （1,800 + 1,500）x 3 x 104 x 5 = 4.95 x 108 其中，3 x 104 = 300 x 20 x 5 V基因和假基因之间同源交换的多样性 这种多样性首先在鸟类动物体内发现。鸡的免疫球蛋白l轻链基因只有3个：Jl、Cl、Vl。但在Vl的上游有25个yVl假基因，Vl甚至是没有活性的，它必须与yVl发生同源交换后，才能合成具有活性的l轻链。每个yVl基因中均有4-6个片段（10-120 bp不等）可与Vl发生同源交换，而且这种同源交换可发生一次、二次……甚至六次，因而由此产生的l轻链也可达2.5×108之多！ 25 yVl Vl Jl Cl V基因片段之间的同源交换 体细胞突变产生的多样性 这种突变发生在成熟的B淋巴细胞内，具体部位在轻重链可变区基因的上游区域，由抗原刺激诱导产生突变频率为10-3/碱基对/细胞代数其结果是不断地出现对抗原具有更强亲和力的抗体产生。不过这一个过程发生在初级免疫应答过程中，之后绝大部分细胞死亡，只留下很少的细胞作为记忆保留下来，保留 下来的是优良的体细胞突变株。 体细胞突变产生的多样性 这种突变发生在成熟的B淋巴细胞内，具体部位在轻重链可变区基因的上游区域，由抗原刺激诱导产生突变频率为10-3/碱基对/细胞代数 上述突变在抗体基