免疫球蛋白基因组
鱼类免疫研究
鱼类免疫研究1.免疫球蛋白（immunoglobulin,简称ig）是指存在于人和动物血液（血清）组织液及其他外分泌液中的一类具有相似结构的球蛋白。
依据化学结构和抗原性差异，免疫球蛋白可分为igg,igm,iga,ige和igd。
[1]免疫球蛋白在免疫防御中起一定的作用。
对它的研究既有助于人们对高等动物ig的个体发生及系统发育的理解;又在鱼类免疫和鱼病防治方面有重要意义。
鱼类对抗原刺激可以产生免疫应答，形成抗体。
对各种鱼类的研究表明，鱼的免疫球蛋白主要是19s型，相当于人的igm，是系统发育中最原始的免疫球蛋白。
近年来，发现鱼的免疫球蛋白有同种异型，存在有igd，并有膜型和分泌型两种形式。
[1]现就国内外在这方面的研究进展综述如下。
２鱼类血清ig在真骨鱼类血清中，目前多数人指出只存有1种ig,类似哺乳动物的igm,它由2条轻链(l链)和2条重链(h链)所共同组成的单体通过相连接链“j”将4个单体连接成一个四聚体[2]。
在沟鲇、小鲮鲆、鲤和羊头鲷血清中皆辨认出血清ig就是四聚体，分子量700～800kd(1=1000dalton),h链的分子量约为70kd[3-5]，也存有78kd(小鲮鲆)和45kd(羊头鲷)2种异型；l链的分子量约为19kd，但也存有25kd(鲤)、27kd(小鲮鲆)和22kd、24kd、26kd5种异型(羊头鲷)[6]。
但也有人指出真骨鱼类血清中存有着2种以上的ig，trump等人[7]辨认出鲫血清中存有着抗原性和电泳图谱各不相同的2种ig。
软骨鱼类血清中ig软骨鱼类的血清中目前发现有2种ig，大的ig分子与人的igm相似(分子量为900kd,19s)；小的ig分子与人igg类似(分子量为150kd，7s)；clem等[8]发现鲨鱼、角鲨和沙洲鲨血清ig具有19s的五聚体和7s的单聚体2种形式。
这2种ig皆由同一类l链和h链组成。
从斑鳐的血清中也分离出2种ig；高分子量免疫球蛋白(hwmig)和低分子量免疫球蛋白(lwmig)。
医学：免疫球蛋白及其遗传
利用患者自身的免疫细胞进行基因修饰和培养，再回输到患者体内 以增强免疫力。
05
总结与展望
免疫球蛋白研究的意义
免疫球蛋白是人体免疫系统的重 要组成部分，对抵抗病原体的入
侵和预防疾病具有关键作用。
免疫球蛋白的遗传变异与个体对 某些疾病的易感性有关，研究免 疫球蛋白有助于揭示疾病的发病
机制和预防策略。
免疫球蛋白分为分泌型和膜型两种，前者主要存在于体液中，后者则位于B细胞膜表 面，发挥信号转导等作用。
免疫球蛋白的分类
根据重链类型的不同，免疫球蛋白可分 为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五类。
IgD和IgE含量较少，主要与变态反应和 寄生虫感染有关。
IgM是分子量最大的免疫球蛋白，是抗 原刺激后最早产生的抗体，常用于疾病 的早期诊断。
基因扩增
免疫球蛋白基因簇的重复 扩增，增加免疫球蛋白的 表达。
免疫球蛋白基因的重组
VDJ重组
V、D、J基因片段的重新组合， 形成具有多样性的免疫球蛋白重 链。
基因转换
在B细胞发育过程中，免疫球蛋白 基因通过基因转换将外源基因片 段插入到免疫球蛋白基因中，产 生新的抗体。
03
免疫球蛋白与疾病的关系
免疫电泳技术
利用电泳技术将免疫球蛋白分离，通过显色反应确定免疫球蛋白的 类型和含量。
单克隆抗体技术
利用特异性单克隆抗体检测特定类型的免疫球蛋白，具有高灵敏度 和特异性。
免疫球蛋白的治疗策略
免疫球蛋白替代疗法
01
对于缺乏某些免疫球蛋白的患者，通过输注外源性免疫球蛋白
以补充不足的抗体。
免疫调节治疗
02
免疫球蛋白与自身免疫性疾病
自身免疫性疾病是指机体对自身抗原发生免 疫反应而导致自身组织损害所引起的疾病。 免疫球蛋白的异常表达与多种自身免疫性疾 病的发生和发展密切相关。例如，类风湿性 关节炎、系统性红斑狼疮等自身免疫性疾病 患者的体内免疫球蛋白水平可能会升高或降 低，导致机体免疫功能紊乱，进而引发疾病 。
免疫球蛋白
七、免疫球蛋白基因
七、免疫球蛋白基因：基因重排
重组信号序列 (recombination signal sequence， RSS)是由寡核苷酸组成的七聚体(heptamer) [5‘CACAGTG3’]、九聚体(nonamer) [5‘ACAAAAACC3’]，以及两者之间较少保守 性的间隔序列(spacer)所组成。
Susumu Tonegawa（利川根进）
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1987
"for his discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity"
高）、唾液、泪液中 ＊ 功能: 对机体的局部粘膜(如呼吸道、消化道粘膜)的抗
感染免疫有重要作用。 ＊ 新生儿通过母乳喂养，可获得被动免疫。
IgD
＊单体结构；
＊血清含量低，占Ig总量的0.2％；半衰期极短，仅3天 （铰链区长）
＊ B细胞表面的IgD（SmIgD）是成熟B细胞的重要表面标 志：未成熟B细胞仅表达mIgM，成熟B细胞（初始型） 表达mIgM和mIgD，活化或记忆性B细胞mIgD逐渐消失。
二、免疫球蛋白的功能区
结构域：Ig的多肽链分子中约110个氨基酸可 折叠成由链内二硫键连接的具有特定功能的球 形结构。称为免疫球蛋白的功能区或结构域 （domain）.
＊ VL和VH: 抗原结合部位 ＊ CL和CH1:同种异型的遗传标记所在处 ＊ CH2和CH3：
① IgG的CH2和IgM的CH3: 补体C1q结合点； ② 母体的IgG借助CH2通过胎盘进入胎儿体内 ＊ CH3、CH4: 与细胞Fc受体结合的部位 IgG的CH3可结合细胞表面的FcR，IgE的CH2和CH3 可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc受体结合。
第4章 免疫球蛋白基因
VDJ-C3→→IgG3
•仅C区转换 •抗原特异性不变
IgM→其他类别或亚类Ig的现象,称为类别转换
免疫球蛋白基因的重排
轻链（K）基因重排
免疫球蛋白基因，是在B细胞发育到小前B细胞时才开始发生 重排，使分布在胚系DKA上不同区域的V、J和C基因片段中 的基因重排组合在一起，成为一个成熟的Ig基因，进而转录翻 译为成熟的轻链。 K基因可以通过Vk区基因片段缺失、倒位的方式随机与一 个相隔一定距离的任何一个Jk基因片段相连接； 重排后的Vk Jk片段再与Ck连接形成完整K链DNA，其中还 有少数内含子，转录后通过拼接除去； 经加工修饰，在RNA前体的5’和3 ’端分别加上帽结构和 PolyA 尾，成为成熟的K链mRNA； mRNA从细胞核转移到细胞质中，翻译为K肽链。
• Td和Ti抗原的免疫应答 • 蛋白质抗原在T细胞缺乏时不诱导抗体产生， 故称为胸腺依赖抗原（Td抗原）。 • Td抗原激活B细胞，除必须有抗原作为第一 信号外，还需Th细胞及其分泌的细胞因子作 为第二信号。 • 一些非蛋白抗原如多糖、脂类、核酸等诱导 的抗体反应无需Th细胞，因此也称非依赖性 抗原(Ti)。 • Ti抗原能诱导初次免疫应答，而无记忆细胞 产生，因而也无重链转换和亲和力成熟的再 次免疫应答。
在下，抗原与抗体结合
出现可见的絮状沉淀。
絮状沉淀试验
絮 状 沉 淀 示 意 图
Ag
各管抗原倍比稀释
加入抗血清
1:2
1:4 1:8 1:16 1:32 1:64 1:128
K链基因结构
胚系DNA的λ链由Vλ、 Jλ和Cλ三类基因组成； 小鼠的λ链基因只有Vλl和Vλ2两个V基因，两个L基因即Ll，L2 在V基因的上游； J基因片段有4个基因，C基因片段也有4个基因，但其中Jλ4和 Cλ4为无效基因，其余基因成簇排列； Vλ基因编码λ链的V区，J区基因编码λ链的V区。Cλ基因编码λ 链全部C区。
免疫球蛋白超家族成员Izumo是精卵融合的必要蛋白
免疫球蛋白超家族成员I z u m o 是精卵融合的必要蛋白1Naokazu Inoue, Masahito Ikawa, Ayako Isotani & Masaru Okabe 2陈凌 译、江一平 校作为构建人体的60万亿细胞的代表，精子和卵子相遇、互相识别并融合形成新一代生命。
精卵膜融合即受精是非常重要的事件，人们长期致力于寻找与该事件相关的因子[1]。
最近，已发现CD9是卵膜上与精卵融合相关的基本因子[2-4]，但精子方面与卵膜融合相关的因子尚未找到。
本文报道，运用抑制融合的单克隆抗体[5]和基因克隆技术，我们找到了精子的融合相关抗原，并发现该抗原是免疫球蛋白超家族的一个新蛋白。
我们将该基因命名为Izumo 并培育了该基因缺陷的小鼠品系。
Izumo -/-小鼠是健康的，但其雄性不育。
雄性的Izumo -/-小鼠能产生外观正常且能结合并穿透透明带的精子，但这些精子却不能与卵膜融合。
人精子也含有Izumo ，而且抗人Izumo 抗体能阻止人精子与去透明带的金黄地鼠卵融合。
为了寻找人精子中与卵膜融合的关键因子，我们利用2-D 电泳分离小鼠精子粗提蛋白，然后用能特异性阻断精卵融合的抗精子单克隆抗体OBF13[5]进行免疫标识，分离到一种精子跨膜蛋白成分，我们以日语中的婚姻之神 “Izumo ”① 为之命名。
通过液相串联质谱（LC-MS/MS ）分析发现，该蛋白中的10条短肽段与小鼠蛋白质数据库中一段名为RIKEN 的注册序列的部分肽段完全匹配（NCBI 登录号：XM_133424）。
利用该注册序列设计引物，我们成功地利用RT-PCR 从小鼠睾丸总RNA 中分离到该蛋白的编码序列。
同时，从人类基因组数据库中我们还查到了该蛋白的人类同源物的编码序列（NCBI 登录号：BC034769），该序列编码一种特殊的免疫球蛋白超家族（IgSF ），是一种I 型跨膜蛋白，其胞外部分为免疫球蛋白结构域，并可能含有一个糖基化位点（图1，a ，b ）。
鱼类免疫球蛋白重链基因与基因座的研究进展
第34卷第10期2010年10月水 产 学 报J OURNA L O F F IS HER IES OF C H I NAV o.l 34,N o .10O ct .,2010文章编号:1000-0615(2010)10-1617-12DO I :10.3724/SP .J .1231.2010.07021收稿日期:20100702 修回日期:20100810资助项目:国家重点基础研究发展计划资助(2009CB118703)通讯作者:聂 品,E-m ai:l pi nn ie @i hb .ac .cn#综述#鱼类免疫球蛋白重链基因与基因座的研究进展肖凡书, 聂 品*(中国科学院水生生物研究所,淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉 430072)摘要:归纳了脊椎动物中报道的所有的免疫球蛋白(i m m unog l o buli n ,I g)的种类,重点阐述了鱼类免疫球蛋白重链(heavy chain ,H )基因及其基因座的研究进展。
硬骨鱼类中目前已发现有I g M 、Ig D 、I gZ /I gT 以及一个嵌合体I g M-I gZ ,软骨鱼类中目前只报道了3种免疫球蛋白基因,即I g M 、Ig NAR 和I g W 。
已报道的硬骨鱼类I g H 基因座并非都是以传统的/易位子0排列方式进行排列,一般以(V H )n-(D )n-(J H )n-(C F )-(D)n-(J H )n-(C L )-(C D )的形式排列,不同硬骨鱼类的I g H 基因座的结构特点、基因座中重链基因的数目以及基因座的拷贝数都存在一定差异。
软骨鱼类中I g H 基因座则是以/多簇0形式排列,即V H -D -D -J H -C H 区段或V H -D-D -D-J H -C H 区段在基因组中作为统一体多次复制。
在不同种类的硬骨鱼类中,I g 表达器官或组织方面的研究结果并不完全相同,但一般在免疫器官如胸腺、头肾和脾脏中均有表达。
免疫球蛋白的基因结构
免疫球蛋白的基因结构免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）是一类存在于脊椎动物体内的血清蛋白，也是免疫系统中重要的组成部分。
免疫球蛋白能够作为抗体识别并结合特定的抗原，保护机体免受各种病原微生物的侵袭。
在人体中，免疫球蛋白的基因结构非常复杂，由多个基因片段组合而成。
本文将详细介绍免疫球蛋白的基因结构，带您了解免疫球蛋白的奥秘。
免疫球蛋白的基因结构可以分为两个部分：轻链基因和重链基因。
在人体中，有两种类型的免疫球蛋白轻链：κ轻链和λ轻链；有五种类型的免疫球蛋白重链：μ、δ、γ、α和ε重链。
免疫球蛋白的基因结构在不同种类和个体中具有很高的变异性，这种变异性使得免疫系统能够应对各式各样的抗原。
轻链基因位于染色体上的λ链和κ链基因簇中。
λ链基因位于λ链基因簇上，含有约30个等位基因，这些基因具有十分相似的序列。
κ链基因位于κ链基因簇上，其基因数目更多且更为多样化。
这些基因被分为V（variable）、J（joining）和C（constant）基因区域，在重组过程中，一个V基因会与一个J基因重组组合，最终与一个C基因连接形成一个完整的轻链基因。
重链基因也被分为V、D（diversity）、J和C基因区域，但与轻链基因不同的是，D基因区域只存在于μ和δ重链基因间。
μ重链基因通常在初级抗体反应中表达，而δ重链基因则主要在体液免疫应答中表达。
免疫球蛋白重链的基因结构与轻链基因类似，重链V和J基因通过重组产生一个完整的重链基因，随后连接一个C基因区域。
免疫球蛋白的基因结构在发育和成熟过程中具有复杂的调控机制。
在早期发育阶段，免疫球蛋白基因的重组会产生大量的可能性，使得机体可以应对各种不同的抗原。
免疫细胞通过酶切和连接过程将不同的基因片段组合起来，形成一个完整的免疫球蛋白基因。
这种基因重组的过程是高度特异性的，每个细胞只能产生一种类型的轻链和一种类型的重链。
免疫球蛋白的基因结构在正常细胞中通常是关闭的。
免疫球蛋白基因和基因工程抗体
3、胚系B细胞Ig轻链κ基因的结构
LV
5’ V>85
J=5
3' C=1
Vκ：1－95或96个氨基酸；J： 95或96－110个氨基酸
假基因：不能编码产生功能性蛋白产物的基因， 可通过突变、基因置换和不规则重组 转变成新的功能基因。
3、胚系B细胞Ig轻链λ基因的结构
Mcg Kern- KernOZ- OZ+
二、Ig A
➢血清型: 单体结构
➢分泌型: 由J链连接 的双体再加上一个 分泌片组成。分泌 片可以保护粘膜分 泌液中蛋白酶对其 的破坏作用。
免疫学教研室
三、Ig G、IgD、IgE
免疫学教研室
五、Ig的功能
➢ 一、结合抗原
✓ 抗原抗体特异性结合 ✓ B细胞表面抗原受体（膜抗体）
➢ 二、结合补体 ➢ 三、结合Fc受体 ➢ 四、具有抗原性
1. 重链基因首先重排。 D-J先重排，然后V-DJ重排，最后VDJ-C重
排，形成完整的功能性Ig重链基因。
VH>100
胚系基因 5
5
DH＝30 JH=6
CHCH s
s
5
s
3
功能性基因 5 RNA mRNA H链
s
3
转录
AAAAAAA
转录后加工
AAAAAAA
翻译和翻译后修饰
免疫球蛋白重链基因重排和表达示意图
➢ 单体绞链区，水解产物为 2个Fab片段及一个Fc 片段。
➢ Fab片段(抗原结合片段):含有一条完整的轻链及 重链的一部分，能与相应抗原特异结合，但是单 价性的（只能结合抗原，不能凝集或沉淀）。
➢ Fc片段(可结晶片段):不能与抗原结合，但具有 多种生物学活性，结合补体、固定细胞、通过胎 盘等。
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IgE and Allergy
• Natural function of IgE – Parasite
infections
• IgE and Allergic disease • Antigen selection in IgE • The relationship between IgE and IgG4
genes of the kappa locus, but little junctional diversity is generated during the process of gene rearrangement.
• The immunoglobulin gene repertoire can
Immunoglobulin
• Structures • Heavy chain and light chain(λand κ) • Constant region • Class: IgA, IgD, IgE, IgG and IgM • Variable region – Antigen binding site
antibodies of PNG villagers, compared to Australia urban individuals?
• Are higher numbers of mutations seen in
older individuals?
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IgE
– 1863 rearranged IGKV sequences from the EMBL – 66 germline genes from the IMGT
• Alignments using Smith-Waterman algorithm. • Unreported IGKV alleles
– IGKV alleles with low number of unmutated sequences were collected
– Multiple alignment – Shared mismatches – Sequencing from genomic DNA
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Junction analysis of IGK genes
therefore be characterised as having extraordinary diversity in the heavy chain, and limited diversity in the light chain.
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Part 2
Sequencing immunoglobulin genes from allergic and parasitised individuals
IgG
Sample No. of Average
No. of Average
Name Ig Mutation No. Ig Mutation No.
Australia
18
12.8 52
17.6
A000
0
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Understanding IgE mutations in PNG
• PNG IgE vs PNG IgG • Other Factors
− Exposure to pathogens − Age
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Two Questions
• Is there a higher level of mutation in
IGKV2-30*02.
• The existing IGKV repertoire is relatively
complete and accurate
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Байду номын сангаас
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Conclusions
• Not only is there little diversity in the germline
been sequenced
• Conclusion:
The existing IGHV gene repertoire is full of incorrectly reported sequences.
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IGKV gene repertoire analysis
• Compilation of Database
• 435 low mutation sequences (<3 IGKV
mutations) were realigned to determine IGKJ genes using V-QUEST
• VJ gene useage • N-Region
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Results
N-Regions
Mutations
V
DJ
AID
Somatic Hypermutation
V
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DJ
Part 1
Immunoglobulin germline gene repertoire study
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IGHV gene repertoire
• Highly polymorphic • 226 reported genes and allelic variants • 104 was reported in error • 12 putative new polymorphisms, 3 have
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Generation of diversities
V gene cluster
D gene cluster
J gene cluster
Germline gene locus
VVVVVV
DDDD
JJJ
Rearranged gene locus
VD J
VDJ Gene Recombination
• 5 reported genes may be the result of
sequencing errors
• IGKV1D-13*01 and IGKV1-37*01 may be
functional in some individuals
• Unreported polymorphisms: IGKV1-16*02 and