第八章 淋巴细胞抗原受体基因及多样性的产生

 第八章  淋巴细胞抗原受体基因及多样性的产生

学习目的和要求

一、掌握胚系基因、基因重排的基本概念及特点或组成
二、掌握等位排斥、同（种）型排斥和类别转换的概念及意义
三、熟悉TCR基因、BCR基因重排的过程及意义
四、了解TCR和BCR多样性产生的机制
五、了解CDR3与TCR、BCR多样性的关系

课程内容

淋巴细胞抗原受体包括BCR和TCR。BCR即mIg，由BCR基因（Ig基因）编码。TCR为a链和b链或g链和d链组成的异二聚体，由TCR基因编码。BCR和TCR每条肽链均由可变区（V区）和恒定区（C区）基因编码。无功能的胚系V区基因须经过基因重排才具有转录和表达功能。

一、BCR基因及其表达
BCR基因（Ig基因）包括H链基因、κ链基因和λ链基因。
（一）胚系基因和基因重排
1.胚系基因
在未分化B细胞中，BCR基因处于胚系状态；V区基因和C区基因相互分隔；V区基因由多个基因片段组成，其中VH基因由V、D、J三种片段组成；VL基因由V、J两种片段组成；而V片段、D片段和J片段本身又具有若干不同的拷贝。VH和VL的胚系基因处于分隔状态，无转录活性。
2.基因重排
基因重排又称DNA重排或体细胞重组，指B细胞在分化、成熟过程中，在特异性重组酶的介导下，无功能的胚系基因片段连接成一个完整的、有转录活性的Ig功能基因。
重排时，VH基因首先重排：先进行DJ连接（某一D片段和某一J片段相连）再进行V-DJ（某一V片段和已重排的DJ片段相连）连接，形成VDJ片段；后者再与C区基因相连，形成一个完整的H链功能基因。VH基因的重排，可诱导VL基因的重排。VL基因无D片段，直接进行VJ连接，形成有转录活性的VJ片段，尔后再与C区基因连接，形成一个完整的L链功能基因。
Ig基因重排是B细胞特有的，决定了BCR（包括以后产生的抗体）的特异性。
3.基因重排机制
胚系基因的V、D、J片段由重组信号序列（RSS）所分隔，RSS是一段由“七聚体-间隔序列-九聚体”组成的核苷酸序列，其中间隔序列为12或23碱基对。基因重排时，重组酶（由RAG编码）能特异识别并切除V、D、J片段间的RSS，将处于分隔状态的基因片段连接成一个完整的Ig功能基因。
（二）BCR多样性产生的机制
1.组合多样性
（1）V、D、J基因片段重排多样性
（2）VH、VL配对多样性
2.连接多样性
（1）不精确连接（核苷酸丢失）
（2）N-区核苷酸插入（仅发生在H链）
3.体细胞高频突变多样性
（三）BCR多样性和CDR3
BCR（包括Ab）的VH和VL各有三个CDRS：CDR1、CDR2和CDR3，其中以CDR3变异最大，对BCR（Ab）特异性和多样性的影响也最大。CDR3由V、D、J三个片段（VH）或V、J两个片段（VL）编码，加之连接多样性也发生在CDR3，这是CDR3多样性产生的遗传基础。
（四）BCR基因的表达的一些特点
1.等位排斥
B细胞中只有一条染色体中的重链或轻链基因能重排、表达，同时抑制了另一条染色体上的Ig基因的重排，这就是等位排斥。等位排斥保证了一个B细胞只能进行一次有效的重排，表达一种特异性BCR或产生一种特异性抗体。
2.同（种）型排斥
同型排斥也称轻链同型转换，即Vk或Vl基因只有一个能重排、表达：Vk基因首先重排并抑制Vl基因的重排；只有当Vk基因重排出错，Vl基因才能进行重排，它保证了一个B细胞克隆只能表达一种轻链，或κ型或λ型。
3.类别转换
成熟的B细胞受抗原刺激后，其分泌的抗体类别可由IgM转为IgG、IgA或IgE，这种现象称为类别转换或转类。转类并不改变抗体原有的特异性。转类由Ig基因中的转换区（S区）介导。
4.膜型Ig和分泌型Ig
膜型Ig即BCR，分泌型Ig即抗体，系Ig基因（BCR基因）在RNA水平差异剪接所致。在BCR C区基因中，含有一个编码抗体羧基端的外显子和编码BCR跨膜区及胞浆区的外显子，转录后经不同加工、剪接，可分别表达抗体或BCR。
二、TCR基因及表达
TCR基因包括a链基因、b链基因、g链基因和d链基因，胚系基因亦处于分隔状态。在T细胞的分化、成熟中，g、d链基因首先重排、表达，a、b链基因表达稍晚；一旦g、d链基因重排、表达，a、b链基因重排就被抑制，故对于每一特定的T细胞，或表达TCR1（g、d链）或表达TCR2（a、b链）。外周血90%以上T细胞表达TCR2，故主要讨论a链和b链基因的重排及表达。
（一）胚系基因和基因重排
1.胚系基因
同BCR基因一样，TCR的胚系基因（片段）处于分隔状态，不具有转录功能，其中Va基因由V、J片段组成，Vb基因由V、D、J片段组成，各自又由若干小片段组成。
2.基因重排
TCR的Vb基因首先重排：先DJ连接，后V-DJ连接，重排的VDJ基因再和C区基因相连，产生一个有转录功能的Vb基因。Vb基因的重排，促进Va基因的重排：VJ连接，尔后再与C区基因相连，形成一个有转录功能的Va基因。
同样，TCR基因重排是T细胞所特有的，决定了TCR的特异性。
（二）TCR多样性产生的机制
TCR多样性产生机制类似于BCR，但不发生体细胞高频突变。
1.组合多样性
（1）V、D、J基因片段重排多样性
（2）Va、Vb配对多样性
2.连接多样性
（1）不精确连接
（2）N-区核苷酸插入（a链、b链均可发生）
（三）TCR多样性和CDR3
TCR的Va和Vb各有三个CDRS：CDR1、CDR2和CDR3， CDR3由V、J或V、D、J基因片段连接处编码，加之不精确连接和N-区核苷酸插入也发生在CDR3处，故以CDR3变异最大。TCR只能识别MHC-肽复合体，其中CDR1、CDR2主要与MHC分子作用，而CDR3主要识别抗原肽，所以从这个意义上讲，CDR3决定了TCR的特异性和多样性。
三、淋巴细胞的克隆选择
参见绪论：克隆选择学说

考核知识点

一、胚系基因概念、组成特点与功能关系
二、基因重排概念、过程及意义
三、等位排斥、同型排斥和类别转换的概念及意义
四、多样性产生的机制
五、CDR3与多样性的关系

考核要求

一、掌握：
1.胚系基因、基因重排
2.等位排斥、同型排斥和类别转换
二、熟悉：
1.TCR基因重排
2.BCR基因重排
三、了解：
1.TCR多样性机制
2.BCR多样性机制