抗原受体的多样性.ppt

BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,免疫细胞发育与抗原受体的多样性,陈 宗 德 郑 州 大 学 基 础 医 学 院 微 生 物 学 与 免 疫 学 教 研 室,免疫细胞（immunocyte）是指参与免疫应答或者与免疫应答有关的细胞,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,固有免疫细胞:造血干细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、嗜酸 性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、树突状细胞、NK细胞、NK T细胞、T细胞、B1细胞 特异性免疫细胞:T淋巴细胞、B淋巴细胞 T、B淋巴细胞表面具有抗原受体，识别抗原后能活化、增殖分 化，介导特异性免疫应答，又称其为免疫活性细胞（immune compentent cell，ICC）,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,免疫细胞的种类,提出两个问题：1.在体内，具有特异性识别抗原表位的分子有哪些？抗体/免疫球蛋白（antibody/immunoglobulin)B细胞受体（B cell receptor,BCR)T细胞受体（T cell receptor,TCR),medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,提出两个问题：2.在体内，淋巴细胞克隆的总数在1012以上，但人体所携带的基因总数只有 3104 5104，那么，淋巴细胞如何制造出众多不同特异性的抗原识别分子？,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,要点,1.免疫细胞的发育及抗原受体的表达2.TCR/BCR基因结构以及抗原受体的多样性机制3.TCR/BCR在T/B淋巴细胞发育中的作用,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,BCR及TCR分子的结构,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,Ig、BCR、TCR结构示意图,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,B细胞和T细胞受体多样性的特点,T、B 淋巴细胞抗原受体，具有一个细胞克隆表达一种受体的特性。人体内淋巴细胞克隆总数达 1012以上，因此淋巴细胞识别抗原具有多样性。,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,相应位置上氨基酸残基的变异率,CDR3,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,TCR 分 子 的 多 样 性,BCR与TCR的立体结构,BCR,TCR,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,抗体及BCR分子的基因结构,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,BCR基因的特殊性,免疫球蛋白基因在基因组中以基因簇（gene clusters)的形式存在。在 B 细胞发育和成熟的过程中Ig基因首先在DNA水平上进行重排，然后得以表达，B 细胞也由此得以继续发育。,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,BCR/Ig基因结构,H链基因：位于第14号染色体长臂上，由V、D、J、C 四种基因片段组成 链基因：位于第2号染色体的短臂上，由V、J、C三种基因片段组成 链基因：位于第22号染色体上长臂上，由V、J、C三种基因片段组成 人BCR的功能性基因片段数,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,Ig H基因：V、D、J、C基因片段 VH基因：以鉴定出119个，其中有65个功能性基因片段。编码VH N端 96 101个氨基酸（包括：CDR1、CDR2 和三个骨架区）DH基因：人类有30个功能性D基因片段，可编码5 9个氨基酸，构成 VH功能区的CDR3 JH 基因：人类有 9 个基因片段，其中有 6 个功能性基因，编码15 17 个氨基酸，构成VH功能区的部分 CDR3 和第四个骨架区 C 基因：人类有 9 个基因片段，从 5 起分别为 C、C、C3、C1、C1、C2、C4、C、C，除外，其他8个片段的5 端各有 一个无编码功能的转换区（S区）,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,Ig基因：V、J、C基因片段,V基因：人类约有 90 个基因片段，其中有 60个功能性 基因片段 J基因：人类有 5 个基因片段，V 与 J 基因片段重组后，编码 链 V 区的 CDR1 和 CDR2 区，V 与 J 基因片段的连 接处编码 CDR3 区 C基因：只有一个基因片段，编码 链的 C 区,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,Ig 基因：V、J、C基因片段 V基因：含 50 100 个基因片段，其中有 30 个功能性基因片段 J和C基因：有7个J-C基因位点，其中有4个功能性基因组。V和J重组后编码CDR1、CDR2、CDR3 VpreB和IgLL基因:分别在B细胞发育早期编码PreBCR(Vpre/IgLL),medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,TCR分子的基因结构,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,成熟的T细胞的特征,功能性 TCR的表达:成熟 T 细胞可表达 TCR 分子,赋予特异性识别抗原的能力 T 细胞识别抗原受 MHC 限制:TCR不仅特异性识别经APC 处理过的抗原肽，而且须同时识 别与抗原肽结合的MHC分子 T 细胞对自身抗原具有耐受性:一般不对自身 MHC分子或是与之结合的自身抗原产生应答,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,TCR：有、四种肽链，可将T细胞分为 TCR 和 TCR 两种类型，是 T 细胞特异性识别 抗原的分子,CD3：与TCR一起组成 TCR-CD3复合分子，是 T 细胞的信号转导 分子,T细胞抗原识别受体（TCR）,TCR基因结构,链基因结构：位于第14号染色体上，由V、J、C三种基因片段组成 链基因结构：位于第7号染色体上，由V、D、J、C四种基因片段组成 链基因结构：位于第7号染色体上，由V、J、C三种基因片段组成 链基因结构：位于第14号染色体上，由V、D、J、C四种基因片段组成,TCR的功能性基因片段数,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,DV4 DV6 AV DV1 AV DV5 DV2 DD1 DD2 DD3 DJ1 DJ2 DJ3 DC DV3 AC,AV(n=46),DV(4)/AV,DD(3),DJ(3),AJ(5070),TCRA 和 TCRD 14q11-q12,BD1 BC1 BD2 BC2,BV(n=64),BJ1,BJ2,TCRB 7q35,TCRG 7p14-p15,GV1,GJ1,GV2,GV3,GV4,GC1 GC2,GJ2,3,5,3,5,3,5,TCR 基 因 结 构,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,BCR及TCR的基因重排,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,基因重排(gene rearrangement)是抗体分子及 TCR 分子多样性产生的的分子生物性基础。基因重排的结果，使有限的基因造就了机体众多具有精细识别抗原能力的BCR和TCR分子。,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,基因重排的信号序列,基因重排的信号序列（recombination signal sequences，RSS）是由一个七核苷酸的七聚体（CACAGTG）和一个九核苷酸的九聚体（ACAAAAACC），之间间隔一非保守的 12 或 23 碱基对的间隔序列组成,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,重 组 酶,重组激活酶基因（recombination activating gene,RAG):可特异性识别并切除V(D)J基因片段两侧的重组信号的保守序列 末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,TdT):可将数个核苷酸通过非模版编码的方式加到DNA的断端 DNA外切酶 DNA合成酶,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,7,12,9,7,12,9,7,23,9,7,12,9,9,23,7,/,/,7,12,9,7,12,9,9,23,7,/,7,12,9,V1,V2,D,J,V1,V2,DJ,V1,V2DJ,Ig基因重排的12-23原则,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,一个IGHD（如IGHD2）和一个IGHJ（如IGHJ2）基因片段,通过其两侧的23bp-RSS 和12bp-RSS被拉拢在一起,它们之间的DNA 片段形成环状并被剪除，IGHD2和IGHJ2之间被修复酶连接在一起。,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,抗原识别(antigen recognition)是指初始T细胞膜表面抗原识别受体(TCR)与抗原呈递细胞表面的抗原肽-MHC分子复合物特异性结合的过程,TCR识别抗原的特点双重识别 TCR识别表达于APC表面并与 MHC 分子结合的抗原肽复合分子，而不能识别游离的蛋白质抗原 T 细胞识别抗原具有 MHC 限制性 TCR、链 V 区 CDR1、CDR2 识别并结合 MHC 分子的多态区和 抗原肽的两端，CDR3 识别并结合 位于抗原肽中央的 T 细胞表位,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,抗原识别受体多样性产生的机制,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,等位排斥（allelic exclusion）：是指对于一个特定的 B 细胞，其两个 同源染色体上编码重链或轻链的两个等位基因，只有其中一个得到 表达的现象 同种型排斥（isotype exclusion）：是指一个 BCR 分子的两个轻链，只能表达相同的 链或 链，其表达频率在不同的物种有所不同（如人类为 65:35）类别转换（class switch）：是指B细胞受抗原刺激后，膜上表达的和 分泌的 Ig 从 IgM 转换为其他 Ig 类别的现象（受细胞因子影响）膜型 Ig 和分泌型 Ig：即 Ig分子存在于细胞膜或体液中的现象,BCR基因表达的特点,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,组合造成的多样性：如 BCR 的多样性 连接造成的多样性：在V、J或V、D、J片段的连接处可有一定的变化 范围，若丢失或插入几个氨基酸，即增加了其V区的多样性 体细胞高频突变引起的多样性：在已成熟的 B细胞发育过程中，V区 基因发生突变，即增加了其基因库的容量,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,淋巴细胞的克隆选择,体内众多淋巴细胞克隆具有各自特异的抗原受体,并都来自同一淋巴祖细胞 在淋巴细胞发育的早期,未成熟的淋巴细胞结合自身抗原后发生克隆排除而形成自身耐受 成熟的淋巴细胞可特异性识别抗原,发生活化和克隆扩增,分化为效应细胞发挥免疫效应,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,体内存在 有随机形成的 多样性的细胞 克隆，每一细 胞克隆表达同 一种抗原受体抗原进入机体后，与相应抗原受体结合该致使细胞克隆扩增产生大量后代细胞。如在胚胎时期接触自身抗原，该细胞则发生克隆排除或禁忌，形成自身耐受。,Burnet的克隆选择学说(1957年)（clonal selection theory）,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,免疫细胞发育与抗原受体表达,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,造血干细胞,造血干细胞是一类存在于造血组织中的原始细胞，具有自我更新和定向分化潜能。多能干细胞 定向干细胞 成熟子代细胞,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,造血干细胞的分化和发育,B细胞的分化和发育,B细胞的分化过程可分为两个阶段 抗原非依赖期：在中枢免疫器官中进行，与抗原刺激无关 抗原依赖期：在外周免疫器官中进行，依赖抗原刺激 抗原非依赖期,多能干细胞 祖B 前B 不成熟 B 成熟B,浆细胞,抗原依赖期,抗原,IgIg,链,mIgM,mIgM mIgD,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,B220LOWCD43+,B220LOWCD43+,早期祖B细胞,晚期祖B细胞,DH-JH重排,VH-DH-JH重排,大前B细胞,小前B细胞,不成熟B细胞,成熟B细胞,替代轻链,VL-JL重排,Pre-B受体+CD43-,IgM,IgM,IgD,B细胞发育过程,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,来源：多能干细胞 淋巴干细胞 胸腺 T 细胞 在胸腺内的发育：早 期双阴性期（CD4、CD8）不成熟期双阳性期（CD4+、CD8+）成 熟 期单阳性期（CD4+/CD8+）,T细胞的发育过程,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,CD4、CD8（double negative thymucyte，DN）T细胞：占胸腺细胞的 1%5%，其中 80%为 TCR，10%TCR+，10%为TCR+CD4+、CD8+（double positive thymucyte，DP）T细胞：占胸腺细胞的 80%85%，其中 50%为 TCR，50%为 TCR+，10%为 TCR+CD4+/CD8+（single positive thymucyte，SP）T细胞：占胸腺细胞的 10%15%，其中 CD4+T 细胞中 99%为 TCR+，CD8+T 细胞中 50%为 TCR+,T细胞发育的三阶段,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,阳性选择：DP 细胞的TCR与胸腺皮质中基质细胞表面的MHC-I/II类分子以适当亲和力结合，即可被选择而继续发育成单阳性 T 细胞，并获得 MHC 限制性 阴性选择：经阳性选择发育的 DP细胞，与树突状细胞和巨噬细胞表面高表达的 MHC 与自身抗原肽结合的复合物发生高亲和力结合后，即被激活而发生程序性死亡,由此通过阴性选择而获得了对自身抗原的耐受性。不能识别该复合物的 T细胞则继续发育为成熟的、具有识别外来抗原能力的T细胞。,阳性选择与阴性选择,体内存在 有随机形成的 多样性的细胞 克隆，每一细 胞克隆表达同 一种抗原受体抗原进入机体后，与相应抗原受体结合该致使细胞克隆扩增产生大量后代细胞。如在胚胎时期接触自身抗原，该细胞则发生克隆排除或禁忌，形成自身耐受。,Burnet的克隆选择学说(1957年)（clonal selection theory）,medical immunology,CHEN ZONGDE DEPARTMENT OF MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY BASIC MEDICAL SCIENCE COLLEGE OF ZHENGZHOU UNIVERSITY,