1 / 78

un to gēnu

Imunoglobulīni. un to gēnu. struktūra. Lekcijas plāns. Imunoglobulīna. funkcijas struktūra kodējošo gēnu organizācija gēnu pārkārtošanās dažādības veidošanās. Pirmā aizsardzības līnija. āda kuņģis gļotāda, asaras, sviedri. Satur vielas un apstāķlus,

jered
Download Presentation

un to gēnu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Imunoglobulīni un to gēnu struktūra

  2. Lekcijas plāns Imunoglobulīna • funkcijas • struktūra • kodējošo gēnu organizācija • gēnu pārkārtošanās • dažādības veidošanās

  3. Pirmā aizsardzības līnija • āda • kuņģis • gļotāda, asaras, sviedri Satur vielas un apstāķlus, kas nav labvēlīgi mikroorganismu izdzīvošanai (skāba vide, lizocīms, HCl) Pasīva aizsardzības līnija, jo neatpazīst un nereaģē ar mikroorganismiem.

  4. Iedzimtā imunitāte Imunitāte Iegūtā (adaptīvā) imunitāte Otrā aizsardzības līnija Trešā aizsardzības līnija • Augstāks antigēna specifiskums • Atmiņa Atpazīt Iznīcināt

  5. Imunoglobulīni

  6. Imunoglobulīni Imunoglobulīni = Ig = antivielas Antivielas ir viena no galvenajām adaptīvās imunitātes sastāvdaļām. Antivielas nodrošina imunitāti ar dažādām funkcijām: ► Receptorā funkcija (atpazīst un piesaista svešus antigēnus) ► Efektorās funkcijas ● Toksīnu neitralizācija ● Opsonizācija (fagocitozes veicināšana) ● Komplementa sistēmas aktivācija

  7. Toksīnu neitralizācija Opsonizācija Komplementa aktivācija Imunoglobulīnu efektorās funkcijas

  8. Imunoglobulīni Imunoglobulīni sastopami divos galvenajos veidos: ► Kā plazmas membrānai piesaistītie proteīni uz B-šūnu virsmas – B-šūnas receptori (BCR). ► Kā ķermeņa šķīdumos esošās brīvās antivielas. Imunoglobulīnu struktūra ir lieliski piemērota to funkcijām.

  9. -S-S- Antivielu struktūra Antivielas ir globulārie plazmas proteīni (150kDa). Sastāv no 4 polipeptīdu ķēdēm: smagā ►2 vieglajām (L) ķēdēm, katra 220 aminoskābju gara -S-S- ►2 smagajām (H), katra 450-550 aminoskābju gara vieglā -S-S- -S-S- kustīgais rajons (hinge) 4 polipeptīdu ķēdes kopā satur ▶ kovalentie disulfīdu tiltiņi (-S-S-), ▶ nekovalentās hidrofobās un polārās mijiedarbības

  10. VH VH VL VL CH1 CH1 CL CL CH2 CH2 -S-S- -S-S- CH3 CH3 -S-S- -S-S- Antivielu struktūra Katra ķēde satur: ►variabloun ► konstanto domēnus Katrai vieglajai ķēdei ir ► 1 variablais (VL) un ► 1 konstantais (CL) domēni Variablā daļa ir unikāla katrai antivielai. Konstantā daļa ir diezgan uniforma un ir identiska vienas klases antivielām. Katrai smagajai ķēdei ir ► 1 variablais (VH) un ► 3 vai 4 konstantie (CH) domēni.

  11. Antivielu struktūra Pastāv 2 veidu vieglās ķēdes : k l Cilvēkam abas ķēdes tiek līdzvērtīgi izmantotas. Pelēm dominē k ķēde. Vistām dominē l ķēde. Vienai antivielai abas vieglās ķēdes ir identiskas k/k vai l/l

  12. Antivielu struktūra Pastāv 5 veidu smagās ķēdes : m d g1-4 e a1-2 nosaka antivielu klases (izotipus) IgM IgD IgG IgE IgA

  13. Antivielu klases

  14. ▶ Imunoglobulīnu funkcionālā vienība ir monomērs, kas satur tikai vienu Ig vienību. IgE, IgD, ▶Sekretētās antivielas var būt ▪dimēru veidā, kas satur 2 Ig vienības ▪ pentamēru veidā, kas satur 5 Ig vienības

  15. Imunoglobulīni Ir heterogēnā molekulu populācija, kas sastāv no dažādu klašu un subklašu Ig. Turklāt katrai antivielai būs atšķirīgs antigēna specifiskums.

  16. VH VH VL VL CH1 CH1 CL CL CH2 CH2 -S-S- -S-S- CH3 CH3 -S-S- -S-S- Antigēna piesaistes vieta Antigēna atpazīšanā un piesaistē galveno lomu spēlē antivielas variablais rajons. Katra variablā daļa satur 3 hipervariablos rajonus vai komplementaritāti noteicošos rajonus (CDR). ► Vieglās ķēdes CDR1-3 ► Smagās ķēdes CDR 1-3 CDR- Complementarity Determining Regions.

  17. Hipervariablās cilpas veido ap 50 aminoskābēm. No tām tikai 1/5 vai 1/3 daļa piedalās antigēna piesaistē. Pārējās aminoskābes veic strukturālo funkciju- palīdz noturēt hipervariablās cilpas noteiktā konformācijā. Antigēna piesaiste notiek caur nekovalentām mijiedarbībām starp antigēna un antivielas aminoskābēm: ►van der Vālsa kontakti ►elektrostatiskās un hidrofobās mijiedarbības ►sāls tiltiņi ►ūdeņraža saites

  18. Antigēna piesaiste Atslēgas un slēdzenes (the lock-and-key) modelis Antivielas un antigēna struktūra uzreiz ir piemērota ciešai piesaistei. Inducētā fita modelis Pēc antigēna un antivielas piesaistes notiek nelielas konformacionālās izmaiņas, kas ļauj tiem piesaistīties vēl ciešāk. Konformacionālās selekcijas modelis Antivielu molekulu neliela daļa īslaicīgi atrodas vajadzīgā konformācijā pirms antigēna piesaistes.

  19. Antigēna un antivielas piesaistes laikā konformacionālās izmaiņas ir atšķirīgas dažādām antivielām ▶Aminoskābju sānu ķēžu neliela pārkārtošanās ▶Hipervariablo cilpu kustība ▶VL un VH domēnu kustība Imunoatbildes sākumā antivielas ar plašu specifiskumu piesaista antigēnus ar inducētā fita mehānismu. Vēlākās imunoatbildes stadijās, kad antivielām pieaug specifiskums, tās piesaista antigēnus ar atslēgas un slēdzenes mehānismu.

  20. Antigēna piesaistes vietas veidi krāteris ala līdzenums kanjons ieleja Michelle Lee et al., Shapes of antibody binding sites: qualitative and quantitative analyses based on a geomorphic classification scheme. J.Org.Chem. 2006, 5082-5092

  21. Antigēna piesaistes vietas veidi Ala Dziļa neliela kabata ar apaļu atvērumu haptēni Krāteris peptīdi, ogļhidrāti, nukleīnskābes Seklāka kabata ar lielāku atvērumu

  22. Antigēna piesaistes vietas veidi Kanjons peptīdi, ogļhidrāti, nukleīnskābes Ieleja peptīdi, ogļhidrāti, nukleīnskābes

  23. Antigēna piesaistes vietas veidi Līdzenums Nav izteikta kabata, vairāk nelīdzena virsma proteīni Michelle Lee et al., Shapes of antibody binding sites: qualitative and quantitative analyses based on a geomorphic classification scheme. J.Org.Chem. 2006, 5082-5092

  24. Ig molekulas modifikācijas Fab Ig 150 kDa papaīns scFv 25kDa pepsīns Fab 50kDa (Fab)2 110kDa

  25. Netipiskās antivielas Smago ķēžu antivielas Ig nav vieglās ķēdes Vismazākais funkcionālais antivielas fragments 12-15kD Nature. 1993 Naturallyoccurringantibodiesdevoidoflightchains. Hamers-Casterman C, Atarhouch T, Muyldermans S, Robinson G, Hamers C, Songa EB, Bendahman N, Hamers

  26. Ig 3D struktūra Ig Smago ķēžu Ig

  27. Pateicoties nelielam izmēram (1/10 daļa no Ig) var saistīties ar grūti pieejamiem epitopiem, uzlabo bioloģisko aktivitāti (parazītu neitralizācija). Piesaiste pie enzīmu aktīvajiem centriem var samazināt blakusefektus. • Nanobodies var kombinēt dažādos formātos. Savienot divas ar vienādu paratopu, vai dažādiem. • Var ieprogrammēt pussabrukšanas laiku- no 30 min līdz 3 nedēļām. • Ir rezistentāki nekā Ig pret ekstremālo pH, temperatūru un proteāzēm.

  28. Beļģijā

  29. Imunoglobulīnu gēnu struktūra The3D structure of the immunoglobulin heavy-chain locus: implications for long-range genomic interactions. Cell, 2008

  30. k vieglās ķēdes gēni 2. hromosomā l vieglās ķēdes gēni 22. hromosomā Cilvēka imunoglobulīnu gēnus kodē 3 saistītās gēnu grupas 1820kb 1050kb Smagās ķēdes gēni 14. hromosomā 1250kb

  31. Variablais rajons (VH) VH VL CH1 -S-S- CL CH2 CH3 Konstantais rajons (CL) Vieglā ķēde Smagā ķēde Variablais rajons (VL) Tiek kodēts ar 3 dažādiem gēnu klasteriem Tiek kodēts ar 2 dažādiem gēnu klasteriem ▶VH (variablo) ▶ JH (savienojuma, Joining) ▶ DH (dažādības, Diversity) ▶VL (variablo) ▶ JL (savienojuma, joining) Konstantais rajons (CH) ▶CH gēnu segmentu ▶CL gēnu segmentu

  32. V, J un D un C gēnu segmentu skaits un to organizācija variē starp ► dažādiem Ig lokusiem ► dažādām dzīvnieku sugām Kodējošo gēnu segmenti (eksoni) ir atdalīti ar nekodējošiem segmentiem (introniem). Šie nekodējošie segmenti spēlē būtisku lomu gēnu rekombinācijā un ekspresijā.

  33. Ck J1-5 V1 V2 V36 V1 V2 V40 k vieglās ķēdes gēni L signālsekvence (leader) ►Satur tikai vienu Ck gēnu ►Klasteri no 5 J (joining) gēniem ►Lielo klasteri no 76 V gēnu segmentiem 36 40 ½ no V gēniem katrā grupā ir nefunkcionāli (sekvencē ir kļūdas, kas neļauj veikt gēna transkripciju vai translāciju). Precīzs funkcionālo V gēnu skaits būs atšķirīgs katram indivīdam.

  34. V1 V2 V70 l vieglās ķēdes gēni C1 C2 C3 C6 C7 C4 C5 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 ►Satur 7 Cl gēnus ►Katram C gēnam ir savs J (joining) gēns ► 3 no 7 C-J klasteriem ir pseidogēni (satur STOP kodonus vai delēcijas,kas neļauj gēnam ekspresēties) ► Lielo klasteri no 70 V gēnu segmentiem Vl gēni r pseidogēni 30 – 35

  35. Smagās (H) ķēdes gēni Cd Cm V1 V2 V130 D Cg3 Cg1 Ca2 ye Ce Ca1 J Cg2 Cg4 1-35 1- 6 ►Atšķirībā no vieglajām ķēdēm, nāk klāt papildus D (diversity) rajons, kas atrodas starp V un J klasteriem. Sastāv no 3 gēnu klasteriem : V, D un J. ►Ir aptuveni 130 VH gēni, no kuriem tikai 45 ir funkcionāli

  36. Smagās (H) ķēdes gēni Cd Cm V1 V2 V129 D Cg3 Cg1 Ca2 ye Ce Ca1 J Cg2 Cg4 1-35 1- 6 ►Satur 9funkcionālus CH gēnus: m, d, g1, g2, g3, g4, a1,a2 un e. KodēIg smagās ķēdes dažādas klases un subklases IgE IgM IgA1-2 IgD IgG1-4

  37. Smagās (H) ķēdes gēni Cd Cm V1 V2 V129 D Cg3 Cg1 Ca2 ye Ce Ca1 J Cg2 Cg4 1-35 1- 6 Katrs CH gēns sastāv no 5 vai 6 eksoniem. Kodē Ig smagās ķēdes konstanto daļu Šūnas membrānai piesaistītiem Ig kodē transmembrānas un citoplazmas domēnus.

  38. Kā tiek veidotas imunoglobulīnuvieglās un smagās ķēdes? Pirmkārt, vieglajai vai smagajai ķēdei tiek izveidots variablais domēns. Variablais domēns tiek izveidots gēnu somatiskās rekombinācijas procesā, kuru arī sauc par gēnu pārkārtošanos. Pēc variablā domēna izveidošanās, pie tā tiek pievienots konstantais domēns.

  39. Gēnu pārkārtošanās ▶notiek kaulu smadzenēs ▶ ir neatkarīga no antigēna Pārkārtošanās rezultātā nejauši izvelētie V, (D), un J gēnu segmenti tiek savienoti kopā. Tāpēc šo procesu sauc arī par V(D)J rekombināciju.

  40. Ck C J V1 V2 V40 V40 1 V2 J 2 J Ck 3 4 5 Ck V1 3 4 5 Vieglās ķēdes veidošanās 1 3 2 4 5 V- J rekombinācija V1 C pārkārtotā DNS

  41. Ck V1 mRNA J3 J Ck V1 3 4 5 RNS splaisings L Endoplazmatiskais tīkls Signālsekvences eksons – kodē translētā proteīna 20-30 aminoskābes N-galā. Šīs aminoskābes veido signālpeptīdu. Signālpeptīds translācijas laikā virza polipeptīda ķēdi uz endoplazmatisko tīklu. Signālpeptīds tiek atšķelts no polipeptīda N-gala endosomās.

  42. Cd Cm V1 V1 V1 V2 V2 V2 V129 V129 V129 Cg3 Cg1 ye J 1- 6 1 D J 2 3 D J Cm 1-3 6 J D DJ Cm 5 6 1 2 Smagās (H) ķēdes veidošanās D Ca2 Ce Ca1 Cg2 Cg4 1-35 D-J rekombinācija: D3 J4 5 4 pārkārtotā DNS

  43. V1 V2 V129 J D DJ Cm 2 1 6 5 V129 V2 D J V1 DJ Cm 5 6 J V1 DJ Cm 5 6 V-DJ rekombinācija: V1 D3J4 pārkārtotā DNS

  44. J V1 DJ Cm 5 6 Cm V1 DJ RNS procesēšana mRNS Endoplazmatiskais tīkls Ig vieglā ķēde tiek savienota ar Ig smago ķēdi endoplasmatiskā tīklā.

  45. Imunoglobulīna molekulas ▶Ig vieglās ķēdes (l vai k) V rajonu kodē V un J gēnu segmenti. ▶Ig smagās ķēdes V rajonu kodē V, D, J gēnu segmenti. ▶ Ig vieglās ķēdes C rajonu kodē 1 C eksons. ▶ Ig smagās ķēdes C rajonu kodē 5-6 eksoni.

  46. VH VL CH1 -S-S- CL CH2 CH3 Imunoglobulīna molekulas 1.rekombinācija 1.rekombinācija D + J = DJ V + J = VJ 2.rekombinācija VJ + C = VJC V + DJ = VDJ VDJ + C = VDJC

  47. V(D)J rekombinācijai ir nepieciešami: V1 V2 V36 V1 V40 J1-5 Ck ▶Imunoglobulīnu gēni ▶Rekombinācijas SignālSekvences (RSS) ▶ Rekombināciju Aktivējošie Gēni RAG1 RAG2

  48. Rekombinācijas signālsekvences (RSSs) 12 bp ACAAAAACC V1 CACAGTG nanomērs heptamērs 23 bp ACAAAAACC V1 CACAGTG RSS sastāv no • konservatīva heptamēra • precīzi 12 vai 23 nukleotīdu variablā speisera • konservatīva AT-bagāta nonamēra RSS atrodas blakus katram Ig gēna segmentam

More Related