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十三章 淋巴细胞成熟与抗原受体基因的表达

十三章 淋巴细胞成熟与抗原受体基因的表达. sduzfl@yahoo.com.cn. 概 述. 均起源骨髓多能干细胞 T 细胞在胸腺内分化成熟 B 细胞 : 胎儿期 , 可由胎肝和骨髓产生 出生后在骨髓内产生 成熟过程分为骨髓内和骨髓外成熟 中心事件 :TCR 和 BCR 基因重排 形成庞大抗原受体库. 第一节 B 细胞的成熟过程. 一、 B 细胞在骨髓内的分化. Ig 基因重排 膜 Ig 的表达 自身反应性 B 细胞清除. 骨髓内.

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十三章 淋巴细胞成熟与抗原受体基因的表达

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Presentation Transcript

  1. 十三章 淋巴细胞成熟与抗原受体基因的表达 sduzfl@yahoo.com.cn 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  2. 概 述 • 均起源骨髓多能干细胞 • T细胞在胸腺内分化成熟 • B细胞: • 胎儿期, 可由胎肝和骨髓产生 • 出生后在骨髓内产生 • 成熟过程分为骨髓内和骨髓外成熟 • 中心事件:TCR和BCR 基因重排 形成庞大抗原受体库 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  3. 第一节 B细胞的成熟过程 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  4. 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  5. 一、B细胞在骨髓内的分化 • Ig基因重排 • 膜Ig的表达 • 自身反应性B细胞清除 骨髓内 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  6. 1. Specific cell-cell contacts between stromal cells and developing B cells 2. Secretion of cytokines by stromal cells Secreted Factors - CYTOKINES B Cell-cell contact Stromal cell • 1.骨髓微环境和B细胞成熟 • 干细胞——多能干细胞——定向B细胞 • 骨髓微环境：骨髓基质细胞 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  7. 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  8. 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  9. 2. B细胞成熟的分期 • 祖B细胞：表CD45R，Ig重链基因重排，胞质 出现链,表达Iga-Igb异源二聚体 • 前B细胞：替代轻链与链表达于膜表面 ——前B细胞标志 • 未成熟B细胞：轻链基因重排产生或链，表 达IgM， 阴性选择 • 成熟B细胞：表达mIgM和mIgD 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  10. B细胞发育阶段及主要标志 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  11. ImmatureB-2 Cell ImmatureB-2 Cell Y Y Y Y Immature B cells that bind to multivalent self Ag undergo apoptosis • 3. 未成熟自身反应性B细胞的阴性选择(Negative selection ) 清除自身反应性B细胞，获得自身耐受 anergy Immature B cells that bind to monovalent self Ag undergo anergy 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  12. 4. Ig基因重排 • （1） Ig基因特点 • IGH链基因—14，IGK—2，IGL—22 • 每种链的基因含有许多基因片段 ，3-4区段 • V区 • J区 • D区(diversity region) • C区 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  13. 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  14. V D J C V D J C Large pre-B D D J J V C V J C V J C Small pre-B Heavy and light chain rearrangement is potentially wasteful Germline DH-JH joining VH-DHJH joining V With two “random” joins to generate a heavy chain there is a 1:9 chance of a rearrangement of being in frame Germline VL-JL joining V With one “random” join to generate a light chain there is a 1:3 chance of a rearrangement being of frame There is, therefore, only a 1:27 chance of an in frame rearrangement Out of frame rearrangements arrest further B cell maturation 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  15. mIgM/D 转录、剪接和翻译示意图 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  16. (2)重链 重排 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  17. 膜表面IgM 基因转录示意图 表达 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  18. （3） 轻链基因的重排 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  19. （4）等位排斥和同种型排斥 • 等位排斥:Ig基因重排时，两条同源染色体上的等位基因只有一个能表达 • 同种型排斥：指一个B细胞中，链基因和链基因只有一个能表达。 • 结果: 表达IgM 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  20. 骨髓内阴性选择不完全，其输出的不成熟的自身反应B细胞在脾脏内继续经历阴性选择，且不依赖抗原存在骨髓内阴性选择不完全，其输出的不成熟的自身反应B细胞在脾脏内继续经历阴性选择，且不依赖抗原存在 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  21. (5) Ig基因重排机制 • 1） 重组识别信号和重组酶 • 重组酶(Recombinases)： • RAG-1/2(重组激活基因1和2）组成的二聚体 • 只在T、B细胞发育早期表达 • Ig和TCR基因重排必须的 • RAG1或RAG-2敲除小鼠无T、B细胞 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  22. 7 12 9 9 23 7 • ②识别信号序列（RSS） RAG-1和RAG-2特异性识别的位于各个基因侧翼的核苷酸序列。 • 每个V 区基因片段3′端和J区基因片的5′端、D区基因片段的上下游各有一个RSS. • RSS结构:高度保守 • 紧邻基因端有七聚体 • 远离基因为九聚体 • 间隔序列：7聚体和9聚体之间 12mer和23mer两种 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  23. 7 12 9 9 23 7 V J 7 23 9 9 12 7 7 12 9 9 23 7 VH DH JH ③“12/23”原则与V(D)J基因片段重组： • “12/23”原则：指只有RSS间隔序列不相同的片段之间才能发生重组，反之不能重组。 轻链 重链 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  24. （5）Ig表达 H和V 链的表达 • H链的表达 • 和链的表达 • 链只有一个C 基因，产生一种链 • 链有胚系基因有四种C基因产生四种链 轻重链的装配 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  25. 二、B细胞在骨髓外的发育 • 受抗原驱动 • 亲和力成熟 • Ig转类 • 浆细胞和记忆B细胞的形成 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  26. 1. 抗体亲和力成熟 • 亲和力成成熟：抗体平均亲和力的提高，通常在初次应答后期和再次应答中发生。 • 体细胞的高频突变（somatic hypermutaton ) ：生发中心，B细胞继续增殖，V区基因发生随机点突变，高10-6 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  27. FR1 CDR1 FR2 CDR2 FR3 CDR3 FR4 100 Variability Wu - Kabat analysis compared point mutations in Ig of different specificity. 80 60 40 20 20 40 60 80 100 120 Amino acid No. Somatic hypermutation What about mutation throughout an immune response to a single epitope? How does this affect the specificity and affinity of the antibody? 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  28. Day 6 Day 12 Day 8 Day 18 Clone 1 Clone 2 Clone 3 Clone 4 Clone 5 Clone 6 Clone 7 Clone 8 Clone 9 Clone 10 Deleterious mutation CDR1 CDR2 CDR3 CDR1 CDR2 CDR3 CDR1 CDR2 CDR3 CDR1 CDR2 CDR3 Beneficial mutation Neutral mutation Somatic hypermutation leads to affinity maturation Lower affinity - Not clonally selected Higher affinity - Clonally selected Identical affinity - No influence on clonal selection Hypermutation occurs under the influence of activated T cells Mutations are focussed on ‘hot spots’ (i.e. the CDRs) and are due to double stranded breaks repaired by an error prone DNA repair enzyme. 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  29. 2. 抗体类别转换 IgM IgG, IgA, IgE • VDJ基因片段与下游的一个C基因片段重组 • 转类和重链C区有关，转换信号序列Sm、Sg、Sa等 • 不影响抗体的特异性 • 可改变抗体的生物学效应 • 受CD40及细胞因子的调节 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  30. Cm Cd Cg3 Cg1 Ca1 Cg2 Cg4 Ce Ca2 Sg3 Cd Cd Cg3 Cm Cm Sg1 Cg3 Cg1 VDJ VDJ Cg3 VDJ Ca1 Ca1 IgG3 produced. Switch from IgM IgA1 produced. Switch from IgM IgA1 produced. Switch from IgG3 VDJ VDJ VDJ Cg3 Ca1 Ca1 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  31. 3. Ig多样性机制 • 多个V（D）J基因片段 • 重组多样性 • 连接产生的多样性 • 连接的不精确性 • N区插入的多样性 • 重链和轻链的组合 • 体细胞的高频突变 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  32. （三）浆细胞和记忆性细胞的分化 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  33. 第二节 T细胞在胸腺中的成熟 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  34. （一）胸腺微环境与T细胞成熟的分期 • 1.胸腺微环境 • 功能：产生T细胞库；形成自身耐受 胸腺细胞 哺育细胞和上皮细胞 胸腺DC 髓质内M 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  35. T细胞在胸腺内发育可分为 • TCR基因重排 • 阳性选择 • 阴性选择 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  36. T细胞成熟分期 • 祖T细胞期（pro-T stage）—DN细胞 • 前T细胞期（pre-T stage）—DP细胞 TCR已重组，D4+CD8+ TCRpT:+前T细胞 • 未成熟T细胞期（immature T stage） CD4+CD8++ TCR 前T细胞 • 成熟T细胞期（matureT stage）—SP细胞 CD4+或CD8+ 细胞 阳性选择和阴性选择 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  37. （二）T细胞抗原受体基因重排 • 双阴性细胞（DN细胞） 胸腺内发育 进入外周组织  TCR T细胞  TCR T细胞 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  38. L & V x52 D1 Jb1 x 6 C1 D2 Jb2 x 7 C2 TcR  • 1.TCR链基因重排 • 晚期DN表达CD25，并开始链重排 TcR genes segmented into V, (D), J & C elements (VARIABLE, DIVERSITY, JOINING & CONSTANT) Closely resemble Ig genes (a~IgL and b~IgH) This example shows the mouse TcR locus 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  39. L & V x52 D1 J C1 D2 J C2 Germline TcR  TcR b gene rearrangement D-J Joining V-DJ joining Rearranged TcR 1° transcript C-VDJ joining Spliced TcR mRNA 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  40. D1 J C1 D2 J C2 V Germline TcR  D-J Joining V-DJ joining 2nd chance at V-DJ joining Need to remove non productive rearrangement TcR b gene rearrangement RESCUE PATHWAY There is a 1:3 chance of productive D-J rearrangement and a 1:3 chance of productive V-D rearrangement (i.e only a 1:9 chance of a productive b chain rearrangement) Use (DJC)b2 elements 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  41. 前T细胞链（替代链）—pT • pT:与CD3分结合前T细胞受体复合物 • 抑制 诱导 • 等位基因重排 CD4 和CD8分子表达 • 双阳性细胞（DP细胞） 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  42. L & V x70-80 J x 61 C TcR  • 2.TCR链基因重排 位于14 号染色体 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  43. Vn V2 V1 J C Germline TcR  Rearranged TcR 1° transcript TcR a gene rearrangement by SOMATIC RECOMBINATION Spliced TcR mRNA Rearrangement very similar to the IgL chains 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  44. Vn V2 V1 J C Vn+1 Productively rearranged TcR 1° transcript TcR a gene rearrangement RESCUE PATHWAY There is only a 1:3 chance of the join between the V and J region being in frame a chain tries for a second time to make a productive join using new V and J elements 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  45. 链基因重排，也存在等位基因排斥现象 • TCR基因重排具有高度多样性，但95%以上的细胞未达到成熟阶段即死亡 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  46. 3.TCR多样性产生的机制 • 具有多个V、D和J基因片段 • 重排的多样性 • N区插入的多样性,多于B细胞 • 、链配对的多样性 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  47. 2.阳性选择 • DP，胸腺皮质深层进行，涉及未成熟T细胞和皮质上皮细胞 • TCR MHC-Ⅰ CD8+T细胞 • TCR MHC-Ⅱ CD4+T细胞 • TCR MHC-Ⅰ/Ⅱ 细胞凋亡 • 获得自身MHC限制性 单阳性细胞 （SP细胞） ≠ 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  48. 3.阴性选择 • SP，髓质中进行 TCR 自身肽-MHC复合物（DC、M） 作用 低亲和力结合 高亲和力结合 进入外周血 凋亡 获得自身耐受 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  49. 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

  50. Immature B B B Small pre-B B Y Y Small pre-B cell assembles Ig B cell self tolerance: clonal deletion Immature B cell recognises MULTIVALENT self Ag Clonal deletion by apoptosis 孙汶生教授高教版-2010-秋-朱

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