《疫遗传学》PPT课件.ppt

医学遗传学讲义,-免疫遗传学,概 述,边缘学科-免疫学与遗传学相结合研究领域：免疫反应中所涉及的遗传学问题-遗传基础和遗传调控,本章主要内容,抗原遗传红细胞抗原白细胞抗原组织不相容性组织配型新生儿溶血症HLA的医学意义,本章主要内容,抗原遗传红细胞抗原白细胞抗原组织不相容性组织配型新生儿溶血症HLA的医学意义,基本概念,血型系统 使用血清学方法用相应抗体检出血型抗原，并且是由一个等位基因或数个紧密连锁基因位点所编码的抗原。低频抗原 在群体中抗原频率小于1%，至少遗传两代。高频抗原 在群体中抗原频率大于90%。集合组抗原 由若干个在血清学、生物化学或遗传学上有关的抗原组成，但尚未达到可以独立成系统的标准。,红细胞抗原,至今,人类已发现了400多种红细胞血型抗原。这些抗原按1995年国际输血会议命名可分为23个血型系统,一组高频率抗原,一组低频率抗原和5个集合组的血型。,红细胞血型抗原实质上是红细胞膜抗原。,脂质：构成双层类脂结构（40%）蛋白质：嵌入双层类脂结构中 膜内镶嵌蛋白（50%）存在于膜内面 骨架蛋白 多糖：糖蛋白或糖脂质。（10%）,红细胞的细胞膜,红细胞血型抗原,红细胞血型抗原,红细胞血型抗原根据化学结构可分为3类 类型 型特异性决定簇 例 糖脂质 寡糖的结构 ABH、Lewis、P 膜内蛋白 蛋白质结构 Rh、Kell 糖蛋白 膜内的糖蛋白 蛋白质、寡糖的结构 MN、Ss、水溶性糖蛋白 寡糖的结构 分泌型ABH,ABO血型是第一个被发现的人类血型系统 1900年 Landsteiner根据凝集反应产生与否分为三种型别：A型、B型、C型（后称为O型）。1902年 Decastello及Sturli发现了AB型。1910年 Dugem及Hirschfeld提出将这种血型系统命名为ABO血型，2种抗原为A抗原及B抗原；相应的抗体为抗A，抗B或、。1910年 Dugem及Hirschfeld证实A和B抗原的遗传遵循孟德尔定律。1924年 Bernstein提出三复等位基因学说。,ABO血型系统,ABO血型抗原,抗原分布：红细胞膜、淋巴细胞、血小板、内皮细胞、上皮细胞、体液中（组织血型抗原）三组基因及其编码分子FUT1基因 H基因 L-岩藻糖转移酶 h基因 无效基因FUT2基因 Se基因 L-岩藻糖转移酶（分泌腺中）se基因 无效基因 ABO基因 A基因 1-3N-乙酰半乳糖胺转移酶 B基因 1-3D-半乳糖转移酶 O基因 无效基因,2-L-岩藻糖转移酶,A、B、H物质的形成,H/Se基因：L-岩藻糖转移酶,A基因:13N-乙酰半乳糖胺转移酶,B基因:3-D-半乳糖转移酶,(前体物质，PS),hh:H抗原缺失型 特殊的O型(OL)孟买型sese：非分泌型,人类ABO基因位于第9号染色体（9q34），长约18Kb，有7个外显子,6个内含子。A、B型的分子基础：7个单碱基差异，其中3个属于同义突变，4个属于 错义突变，导致编码的酶蛋白有4个氨基酸残基不同。O基因：单碱基缺失所致移码突变，使终止密码提前出现。,ABO基因及等位基因,A、B、O基因,A基因-3-N-乙酰-D-氨基半乳糖转移酶 N-乙酰-D-氨基半乳糖（GalNAc）转移至H抗原糖链末端的D-半乳糖第3个碳原子上B基因-3-D-半乳糖转移酶 D-半乳糖转移至H抗原糖链末端的D-半乳糖第3个碳原子上 O基因-无酶活性的短肽,ABO血型的遗传,AB抗原的遗传遵循孟德尔遗传规律。三复等位基因学说（Bernstein）:ABO基因座主要有三个等位基因A、B和O。A、B对O为显性，O为隐性，A和B是共显性。,ABO血型的检验,血清学方法 正定型 用已知抗血清检测红细胞抗原 反定型 用已知红细胞（抗原）检测血清抗体,ABO血型血清学分型方法,基因检测 PCR-RFLP PCR-SSCP PCR-DHPLC Maldi-TOF质谱分析 Sequencing,ABO血型的检验,PCR-RFLP,159,118,41,200,199,171,28,用PCRRFLP技术进行ABO血型的基因分型,RH血型,1939年，Levine和Steetson在一位生产死胎的妇女体内发现了一种新抗体。他们用该抗体与104例O型人做凝集试验，结果有80人发生凝集反应。1940年Landsteiner和Wienner发现人红细胞上的Rhesus(Rh)系统的抗原。他们把恒河猴的红细胞注射给兔子，发现被免疫的兔子血清内含有一种抗体，能凝集85%欧洲血统人的红细胞。这些被凝集的红细胞叫做“恒河猴阳性”。Rh,是英文恒河猴(Rhesus monkeys)头两个字母。,RH血型,在我国除几个少数民族外，Rh阳性率99%以上。Rh阴性的人输入Rh阳性的血液后（特别是多次输血）在其血清中可以出现抗Rh抗体，若再输入Rh阳性血液，就可发生凝集，造成溶血性反应。另外，一般人血清中虽没有Rh抗体，但Rh阴性妇女若孕育Rh阳性胎儿，胎儿的红细胞一旦进入母体，也可刺激母体产生Rh抗体。此时，即使第一次给母体输血，也可引起溶血反应。,RH基因,RH抗原基因位于1p34.1-p36区域编码基因名为：RHD、RHCE，间隔30,000bpRHD、RHCE具有高度同源性，总长69kb，分别含10个外显子和9个内含子已知等位基因60余种，以D、C、E、c、e最为重要,RHD基因编码D抗原RHCE编码C/c E/e抗原d表示D阴性八种常见单倍型：Dce dce DCe dCe DcE dcE DCE Dce Ro r R1 r R2 r R2 ry Rhnull 无任何Rh抗原表达 Rh阳性个体，RHD、RHCE均表达 Rh阴性个体，一般只有RHCE表达,RHAG基因,位于6p11-p21.1，约32kb编码Rh相关糖蛋白与RHD、RHCE高度同源结构与RHD相似RHAG突变可以导致Rh调节型缺陷综合征,RH抗原,Rh抗原复合体-Rh蛋白家族、Rh辅助蛋白Rh蛋白家族，由2个RHAG和2个RHCE或RHD蛋白分子构成四聚体，约170kD。RHD蛋白（30kD)表达D抗原 RHCE蛋白（30kD）同时表达CcEe两种抗原 N端41个氨基酸完全相同；仅30-35个氨基酸不同 抗原表位完全不同 均跨膜12次，形成6个细胞外环 均无任何糖侧链,Rh辅助蛋白-一类与Rh蛋白家族相关的蛋白LW糖蛋白整合素相关蛋白血型糖蛋白BFy血型糖蛋白Band 3,Rh抗原变异体,部分D抗原 D表位部分缺失，可用单克隆抗体检测缺失表位。弱D抗原 携带结构正常的RhD蛋白，但D抗原的量较少，不能产生抗D抗体。,白细胞抗原,人类白细胞膜上的抗原分为三类：1、红细胞血型抗原：如ABH；2、白细胞本身特有的抗原：如CD4，CD8；3、人类白细胞抗原（HLA）：与其它组织共有的，也是最强的同种抗原。首先在白细胞表面被发现(1958年,Dausset)白细胞表面含量最高 白细胞是研究这种抗原的最好材料,白细胞抗原,白细胞抗原遗传,HLA系统是人的主要组织相容性抗原系统早在本世纪初就已经发现，在不同种属或同种不同系的动物个体间进行正常组织或肿瘤移植会出现排斥，它是供者与受者组织不相容的反映。排斥反应是一种免疫反应，是由细胞表面的同种异型抗原诱导的。代表个体特异性的同种抗原称为组织相容性抗原。主要组织相容性抗原是指一组直接与器官移植成功与失败有关的抗原,代表移植双方(供体与受体)组织相容的程度。,HLA抗原:HLA 类抗原、HLA 类抗原,HLA-I、II类抗原结构示意图（左为HLA-I类，右为HLA-II类）,HLA-I类分子,分布于有核细胞表面,主要功能是提呈经加工处理的内源性抗原肽给CD8阳性T淋巴细胞。由重链和轻链两条多肽链构成。重链（链）:HLA 类基因编码 350个氨基酸，45KD 3个含90个氨基酸的结构域,1,2,3 3很恒定，2和1有高度多态性 轻链（m）:2微球蛋白 编码基因位于15号染色体上 约由100个氨基酸组成,HLA-I类分子可分为四个区：氨基端胞外多肽结合区：1和2。氨基酸序列呈螺旋状排列，形成凹槽，为与抗原结合的部位。胞外免疫球蛋白样区：3和Bm。3很恒定，与免疫球蛋白的恒定区具有同源性。Bm游离在细胞外，与1、2和3的相互作用对维持类抗原分子天然构型的稳定性有重要意义。胯膜区：氨基酸残基形成螺旋状穿过浆膜的脂质双层，将类抗原分子固定在膜上。胞浆区：位于胞浆中，可能与细胞内外的信号传递有关系。,肽结合区,免疫球蛋白样区,跨膜区,胞浆区,HLA-I类分子结构示意图,1,2,3,主要表达在某些免疫细胞表面，主要功能是将经过加工处理的外源性抗原肽递呈给CD4阳性T淋巴细胞,引起免疫应答。由和两条链构成，以非共价键连接。HLA 类抗原的链和链由HLA类基因编码。和链均有一段插入细胞膜，细胞膜外面部分折叠成2个各含90个氨基酸残基的结构域，分别为1与2和1与2。,HLA-类分子,肽结合区,免疫球蛋白样区,跨膜区,胞浆区,HLA-类分子结构示意图,2,1,2,1,主要组织相容性抗原受控于主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex,MHC）编码主要组织相容性抗原的基因位于同一染色体片段上，形成一组紧密连锁的基因群，称为主要组织相容性复合体 所有研究过的脊椎动物中都存在结构与功能相似的MHC遗传区域。小鼠：H-2 猪：SLA 人：HLA系统,人类MHC-HLA复合体,HLA基因位于人6p21.31。参考序列长3600kb，占整个人类基因组全部碱基序列的0.12%。是一个由一系列紧密连锁的基因座所组成的复合遗传系统。,HLA区域内的基因座根据其编码HLA分子的 分布、多态性与功能不同分为三个区：HLA-I类基因区：在复合体中位于远离着丝点的一 端，产物是HLA-I类抗原分子。HLA-II类基因区：在复合体中位于近着丝点一端，其产物是HLA-II类抗原分子。HLA-III类基因区：居中，产物为补体成分、细胞 因子等。,人类MHC-HLA复合体,HLA-I类基因区,经典HLA-I类基因(classical class I gene,HLAIa)非经典HLA-I类基因(non-classical class I gene,HLA-Ib)MIC基因假基因,经典HLA-I类基因(classical class I gene,HLAIa),经典HLA-I类基因是指三个最早发现的功能位点,HLA-A,HLA-B和HLA-C.HLA-Ia基因均具有高度多态性。HLA-A HLA-B HLA-C 等位基因数量（2000年）207 412 100每个等位基因均编码HLAI类抗原分子的重链(链)。,非经典HLA I类基因（non-classical class I gene,HLA-Ib）,包括HLA-E、F、G位点多态性有限编码产物分布局限HLA-E基因 已命名的等位基因有6 个。细胞膜表面低表达HLA-E分子,但在胎盘滋养层有较高表达。HLA-E基因的表达具有抗原肽转运子(transporter associated with antigen processing,TAP)依赖，且需要与HLA-A、B、C 或G分子先导序列的结合。HLA-E分子是NK细胞抑制性受体CD94/NKG2的特异性配体，在 免疫调节中起重要作用,HLA-G基因 基因结构与HLA-I a相似,由8个外显子和7个内含 子组成。已被正式命名的等位基因有14 个。(HLA-G*01011-*OlO5N)仅表达于与母体组织直接接触的胎儿滋养层细胞 上,而这些细胞不表达经典的I类与类抗原。HLA-G分子可能是NK细胞抑制性受体KIRZDL4 的配体,在母胎耐受中起重要作用。,主要位于HLA-A基因附近因有突变而没有产物表达,假基因,MIC基因（HLA-I相关基因）,五个基因：A、B、C、D、EMICA和MICB为功能基因，功能有待进一步研究；MIC C,MIC D,MIC E为假基因 MICA基因 具有高度多态性（51个等位基因）与HLA-B基因之间存在高度连锁不平衡。MICA分子主要表达在胃肠道的上皮细胞上。MICA分 子的表达受到热休克蛋白的调节。MICA分子是NK细胞抑制性受体NKG2D的配体。,HLA-II类基因区域,含DR、DQ、DP、DOA、DOB、DM六个亚区经典HLA-II类基因：DR、DQ、DP非经典HLA-II类基因：DM,DR区,1个DRA基因+9个DRB基因（DRB 1 DRB9）DRA基因编码DR分子重链（链）DRB1是II类区域中多态性最丰富的基因；编码DR分子的1链，与DRA编码的链共同组成血清学方法可检出的DR1-DR18抗原特异性。,经典HLA-II类基因,DQ亚区,两对DQA、DQB基因DQA1和DQB1为功能基因，编码DQ链和DQ链，构成DQ分子；具有高度多态性。DQA2、DQB2为假基因，无表达产物,经典HLA-II类基因,DP亚区,有两对DPA、DPB基因。DPA1、DPB1为功能基因，编码DP分子的、链。DPA2和DPB2为假基因,无产物表达。,经典HLA-II类基因,非经典HLA-II类基因,DM区域 含2个DM基因，即DMA、DMBDMA基因和 DMB基因具有多态性（DMA：4个等位基因，DMB：6等位基因）。DM编码的蛋白分子与DR分子结构相似DM分子在外源性抗原递呈中起重要作用,LMP区域,LMP2基因和LMP7基因编码低分子量多肽（LMP）LMP将被处理的内源性蛋白质切割成小片段的肽，供HLA分子结合,TAP1基因和TAP2基因TAP基因具多态性编码TAP分子，即抗原肽转运子(transporter associated with antigen processing，TAP)TAP分子是由TAP1和TAP2亚单位组成跨膜异源二聚体，位于内质网膜上，属ABC转运体超家族成员，主要功能是将LMP酶解后的内源性抗原肽选择性的转运到内质网中，与新合成的MHC-I类分子结合。,TAP区域,ABC转运体,即三磷酸腺苷结合盒（ATP binding cassette，ABC）转运体，是一组跨膜蛋白，与ATP结合在胞膜和内质网、过氧化物酶、线粒体等细胞器膜上，介导氨基酸、脂质、脂多糖、无机离子、多肽、糖类、各种药物等多种分子的耗能转运。目前已知的人类ABC基因包括A、B、C、D、E、F、G7个家族，共48个成员。,HLA-III类基因区,人类基因组中基因密度最大的区域,补体基因C2、C4、Bf：TNF、LTA、LTB基因：21-羟化酶基因热休克蛋白基因：,HLA复合体特点,基因密度最高的区域，在3.6Mb区域内共确认了224个基因,平均16kb一个基因；免疫功能相关基因最密集、最多的一个区域，128个功能基因中39.8%的基因产物具有免疫功能；多态性最丰富的区域；与疾病关联最密切的区域,HLA复合体遗传特征,HLA系统各基因位点紧密连锁,重组频率很低。单倍型（haplotype）：在一条染色体上的连锁基因的组成。在HLA遗传过程中，单倍型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。亲子之间一定共有一条单倍型,即HLA半相同(Seml-identical)。同胞之间则存在三种情况:完全相同(identical)、HLA半相同及HLA不相同(non-identical)。,单倍型遗传,1/4,1/4,1/4,1/4,半相同：1/2 完全相同：1/4完全不相同：1/4,多态性现象,多态性：是指群体中同一基因座位上有2个或2个以上等位基因，并且频率最低的等位基因频率大于0.01，远远大于仅靠突变所能维持的基因频率。等位基因：位于一对同源染色体上对应位置的一对基因。由于群体中的突变，同一座位所可能出现的基因系列称为复等位基因。,HLA复合体中的基因由于DNA序列的差异存在许多等位基因,这是HLA高度多态性的最主要原因。一般认为，HLA复合体通过基因突变、基因重组、基因转换等机制可导致其基因结构发生变异，这是HLA多态性产生的基础。,多态性现象,杂合子：个体在两条染色体同一基因位点上的等位基因均不相同。共显性：在杂合子个体，两条染色体同一位点上的等位基因所编码的产物均可表达。HLA属常染色体共显性遗传。,多态性现象,多态性现象,HLA系统多态性现象的影响保证了机体对各种病原体产生合适的免疫反应以维持机体稳定性，对维持种属的生存和延续具有重要的生物学意义。HLA系统成为一个极好的人类遗传学标记。给组织移植过程中寻找配型合适的供体带来很大的困难。,连锁不平衡,处于Hardy-Weinberg平衡时，不同基因座的基因组成一个单倍型的频率等于各基因频率的乘积。实际观察到的某两个连锁等位基因出现在同一条单倍型上的频率与预期值有一定的差异，称为连锁不平衡。差异大小用表示,称为连锁不平衡参数。如：Al B8 Al-B8 0.12 0.17 预期（0.l2XO.17）0.02 实际 0.09,本章主要内容,抗原遗传红细胞抗原白细胞抗原组织不相容性组织配型新生儿溶血症HLA的医学意义,组织不相容性,定义：两个无血缘关系的个体间进行器官移植时，移植物（包括组织、细胞）被宿主（受者）能否容纳的特性 移植物带有受者所缺乏的抗原，可引起受者的免疫排斥反应是输血、器官移植的巨大障碍是导致新生儿溶血症的主要原因,组织配型,目的：了解供受者组织相容的程度，为受者寻找组织相容性最合适的供体，减少免疫排斥反应的发生输血配型 ABO血型的分型器官移植配型 ABO血型的分型 HLA分型,血清学分型技术：补体依赖的微量淋巴细胞毒试验 HLA A,HLA-B,HLA-C,HLA-DR,HLADQ,HLA-DP抗原可用血清学方法分别检出宽特异性细胞学技术:纯合子分型细胞及预致敏淋巴细胞方法 用细胞学方法所检出的特异性均加上“w”不再用于常规分型,HLA抗原/等位基因的分型方法,DNA分型技术 扩增片段限制性长度多态性PCR-RFLP 序列特异寡核苷酸探针(PCR-SSO)序列特异性引物(PCR-SSP)序列直接分型(PCR-SBT)根据对等位基因检出的精细程度,分为三类。低程度DNA分型：检出宽特异性 中等程度DNA分型：检出部分等位基因 高程度DNA分型：检出全部等位基因,HLA抗原/等位基因的分型方法,新生儿溶血症,或称胎儿有核细胞增多症，由胎儿与母体红细胞抗原不相容所引起 胎盘渗血、胎盘剥离时胎儿红细胞进入母体 母体被所缺乏的抗原致敏 母体产生不完全抗体IgG IgG抗体通过胎盘屏障进入胎儿循环 胎儿红细胞大量凝集破坏,母胎血型不合主要有ABO血型和Rh血型不合ABO血型不合常见于母亲为O型，胎儿为A、B型时；症状较轻，无需治疗Rh血型不合常见于Rh阴性妇女妊娠Rh阳性胎儿时；一般症状较重,常致宫内死亡或新生儿核黄疸。Rh血型不合对第一胎无影响；随妊娠次数增多，抗体积累增加，胎儿发生溶血的机会增加，病情也加重,白种人中,O型频率约在40%一50%之间,我国约为30%;Rh阴性频率为16.8%,在我国汉族为0.2%一0.5%。我国RH溶血症的发生率低于ABO溶血症。在RH阴性母亲生出第一胎Rh阳性婴儿后,给予母亲抗D血清制剂(Rh免疫球蛋白)以破坏血流中的胎儿红细胞,可预防下一胎RH阳性新生儿患溶血症。,本章主要内容,抗原遗传红细胞抗原白细胞抗原组织不相容性组织配型新生儿溶血症HLA的医学意义,HLA与医学,HLA与器官移植HLA与亲子鉴定和法医学HLA与疾病,谢 谢！,