11-BCR-TCR的编码基因

第十一章BCR/TCR编码基因及多样性的产生B细胞和T细胞的抗原识别受体分别是BCR和TCR。T和B淋巴细胞在表达抗原识别受体上具有“一个细胞（克隆），只表达一种受体”的特点，人体内T和B细胞克隆的总数在1012以上，至少可以表达1012种独具识别特异性的TCR和BCR，此即淋巴细胞抗原识别受体的多样性。BCR即mIg，由四条多肽链组成；TCR由两条多肽链组成链或链。BCR和TCR都有可变区和恒定区组成，不同克隆T、B细胞的BCR恒定区可以相同，但可变区是不同的第一节BCR、TCR基因结构一、胚系BCR基因结构Ig的基因由3组不连锁的基因群控制，即轻链基因群、轻链基因群和重链基因群。各基因群中含有许多基因节段（segment）。在未分化的胚系B细胞和其他有核体细胞的染色体中，编码Ig分子可变区和恒定区各个部分的基因节段是相互分离的。在B细胞发育过程中，一部分基因节段互相接近、重新排列，形成功能性的Ig基因单位，这一过程称为基因重排（generearrangement）。编码人Ig基因在染色体上的分布：H链（14q32.3）、链（2p12）、链（22q11）。其在染色体上的总长度为80万至200万个bp（碱基对），是普通基因长度的50倍以上。根据WHO命名委员会关于Ig分子多肽链及其编码基因写法规则，抗体分子重、轻链分别写为IgH、Ig和Ig，相应的编码基因簇分别以大写斜体IGH、IGK和IGL代表。IGH中的V、D、J、和C基因片断分别写为IGHV、IGHD、IGHJ和IGHC。IGK和IGL基因簇中的V、J、C基因片断分别写为IGKV（或IGLV）、IGKJ（或IGLJ）、IGKC（或IGLC）。（一）胚系B细胞中Ig重链基因的结构胚系B细胞中重链基因结构：（1）可变区由V（variable）基因、D（diversity）基因和J（joining）基因3个基因编码；（2）编码重链恒定区各亚类的C基因在可变区的下游呈簇状串联排列；（3）每个亚类（链除外）的重链恒定区基因节段上游都有一个转换区，基因节段中编码Ig各功能区的外显子之间有内含子分隔，在功能区外显子下游有控制免疫球蛋白分泌或膜结合的元件。人IGH基因总长约1.3Mb，包括95个V、23个D、6个J和11个C基因节段。1．Ig重链可变区（V）基因（1）VH基因：VH基因节段编码重链可变区的疏水前导肽和N端的96101个氨基酸，其中包括CDR1和CDR2。人的VH基因节段至少有95个，只有50个是功能基因，其余为假基因。（2）DH和JH基因：CDR3由DH和JH基因共同编码。DH基因位于VH和JH基因之间。重排后的DH基因在序列和长度上变化很大，约编码115个氨基酸。人的DH节段数目为23个。JH基因在DH基因的下游，位于CH基因上游。人的JH基因有9个节段，其中3个是假基因。JH基因节段编码重链V区的其余氨基酸部分。2．Ig重链恒定区（C）基因（1）C区基因片段编码重链各亚类的CH基因在JH基因的下游成簇状依次排列。人的CH基因有11个。CH基因节段在染色体上的排列与其编码的免疫球蛋白在体内成熟的顺序相似；C基因和C基因离JH基因最近，其次是各亚类C基因，最后是C基因和C基因。Ig的重链恒定区分为24个功能区和铰链区，在每个CH基因节段中同样含有分别编码各功能区的外显子。除C以外，其他CH基因节段前都有一个转换区。转换区与免疫应答过程中的类型转换有关。（2）控制膜结合型或分泌型Ig的基因（二）胚系B细胞中Ig轻链基因的结构完整的轻链由3个基因编码：V（variable）基因和J（joining）基因编码可变区，C（constant）基因编码恒定区。1．κ链基因人的IGK基因簇总长2Mb，包括70个V（约半数为假基因,5个J基因和一个C基因。V基因编码Ig轻链V区110个氨基酸的主要部分（196）。每一个V基因节段的5都有一个编码前导肽的前导序列（leader）。J基因位于V基因的下游，也串联排列。V基因和J基因中间有内含子（intron）分隔。J基因编码轻链V区的其余部分。只有1个C基因，位于J基因的下游。编码链恒定区。2．λ链基因IGL基因总长约880kb，包括60个V（约20个为假基因）、7个J基因节段和7个C（4个功能基因）基因节段。此外，IGL基因群中还包括2个VpreB和3个IGLL基因节段，分别在B细胞发育早期编码PreBCR组成成分VpreB和IGLL（相当于小鼠的5）。二、胚系TCR基因结构T细胞抗原识别受体(Tcellreceptor,TCR)的、、、四条肽链均由多个基因编码组成,在胚胎期以生发系(germline)形式存在于染色体上。随T细胞的祖细胞（pro-T）在胸腺在的发育，TCR、、、的各个基因节段先后发生重排，TCR功能性的基因完全重排，则转录为mRNA，进而转译为多肽链，分别构成TCR及TCR两肽链，再与CD3复合分子组装，表达于T细胞膜上，与此同时，T细胞亦发育为免疫功能细胞。（一）TCR链基因结构链基因的结构与Ig重链的结构相似，也是由V（variable）、D（diversity）和J（joining）基因编码可变区，由C基因编码恒定区。V基因位于D和J基因的上游。各V基因节段（segment）随机排列。人的V基因约有50100个节段，分为30个亚家族，各亚家族含有19个成员。其中V30基因节段位于C2基因节段的下游，也可以通过反转录和插入机理形成功能性的V区。人有2个D基因片段，1214bp长，分别位于J1和J2的上游，J1和J2各含有7个J节段，C1和C2分别位于J1和J2的下游。两个C节段高度同源。C基因节段有4个外显子：第一个外显子编码Ig样的C功能区和小部分TCR胞外区与穿膜区之间的连接氨基酸；第二个外显子编码连接氨基酸的中间部分；第三个外显子编码连接氨基酸的其余部分和全部穿膜区；第四个外显子编码56个胞质内尾肽和3非翻译区。两个C节段的选用率相等，产生的蛋白质结构也相同。TCR基因群位于人的染色体7q32。（二）TCR链基因的结构TCR链基因有三组：V、J和C。各组基因中的节段成簇状串联排列在染色体上。人胚系V基因的节段数约在50100个之间。J基因含有至少50个节段。C基因只有一个节段，此节段分为四个外显子：第一个外显子编码类似于Ig的C功能区。第二个外显子编码TCR胞外区与穿膜区之间的连接氨基酸部分；第三个外显子编码全部穿膜区和胞浆内尾肽。第四个外显子的产物是3非翻译区。C基因中也没有与分泌相关的片段。TCR基因群位于人的染色体14q11区带。（三）TCR链基因的结构TCR的链也是由三组基因编码：V、J和C。人的功能性V基因节段已发现了8个。人的C只有2个节段。在C1上游有3个J1节段，在C2上游有2个J2节段。TCR基因群位于人染色体7p15。（四）TCR链基因的结构基因位于V基因节段的3端，在V基因簇与J基因簇之间。人的V基因节段有3个；D基因节段和J基因节段各有3个和（或）2个。TCR基因群位于人的染色体14q11。第二节淋巴细胞分化成熟过程中BCR/TCR基因的重排一、B细胞分化过程中的基因重排（一）可变区基因的重排V区基因重排的顺序：在V区基因重排时，先分两个阶段构建重链可变区基因，即选择一个DH节段与一个JH节段连接在一起，然后选择一个VH节段与DH-JH相连。一旦VH-DH-JH重排成功并且得到功能性表达，其产物就会抑制另一条染色体上等位基因的重排，此现象称为等位基因排除（allelicexclusion）。同时，基因产物触发VL基因重排。基因优于基因。一个V节段与一个J连接成为功能性V-J基因后，其产物就会发生等位基因排除，同时也会抑制基因重排，称为同型排除。如果一条染色体上重排的VH或VL基因不能获得功能性表达，即重排不成功，称为无产物重排，细胞就会启动另一条染色体上等位基因重排。如果两条染色体上VH基因都是无产物重排，或者基因和基因都是无产物重排，细胞即死亡。在VDJ节段重排时，对各JH节段的选择基本上是随机的。但是，对VH或DH节段的选择并不随机，一些VH节段和一些DH节段会被优先选用。这种优先选用特定节段可能与某些疾病有关，其生理或病理学意义尚待进一步研究。（二）V（D）J重排的调控VDJ基因重排的启动需要重组活化基因（recombinationactivatinggenes,RAG）的表达。此基因的产物RAG-1和RAG-2介导VDJ重排的起始步骤。两种蛋白主要表达于未成熟的pro-B和pre-B细胞核内。在未成熟的淋巴细胞中，RAG-1的表达与活性在整个细胞增殖周期中很稳定；而RAG-2的表达与活性有周期性，在G1期表达增多，半寿期延长，活性稳定，在G1向S期过渡时RAG-2被迅速降解，至M期甚至不能检出。当RAG-1及RAG-2同时存在发挥协同作用时，方能启动V（D）J重排，故V（D）J重排仅发生于G1期。增加内源性RAG1和RAG2基因转录时，VDJ重排的频率也伴随增加。在RAG1或RAG2基因缺损的纯合子小鼠，T细胞和B细胞的功能缺如，也不发生VDJ重排。一旦VH基因重排成功并转录表达，RAG的表达就被抑制。其他与启动VDJ重排有关的基因产物还有LyF-1/lkaros、LEF-1、OCT-1和OCT-2，其中OCT-2是B细胞特有的。（三）基因节段间连接的1223bp规律核苷酸序列分析发现，在BCR基因的VDJ基因节段的侧面都有重排信号序列。在基因节段侧面存在的这种特殊的、相互关联的侧翼序列（flankingsequence）或称共有序列，能触发VDJ节段的重排并决定节段间的连接，又称重组信号片段（recombinationsignalsegment,RSS）。每个侧翼序列含有一个7核苷酸的回文序列（palindromicsequence）和一个9核苷酸的保守序列，两者之间有一段固定数目（121和231）的随机核苷酸序列分隔。RSS的重要特点是，分隔7核苷酸和9核苷酸的随机核苷酸序列数目是固定的12bp或23bp。这个数目代表DNA双螺旋的一个或两个完整螺旋，说明围绕每个待连接基因节段的侧翼序列在空间上和方位上也是精确互补的，很可能因此决定或控制了重排的发生。RSS位于V基因的下游，J基因的上游，D基因的两侧。一个侧面有12bp分隔序列的基因节段只能与一个侧面有23bp分隔序列的基因节段重组或连接，反之亦然。这一现象称为1223bp规律。二、TCR基因重排TCR基因重排在胸腺中完成。T细胞中TCR基因的重排顺序与B细胞中Ig基因重排顺序相似。在前T细胞中，TCR的链或链VDJ基因节段的D和J首先连接在一起，然后在胸腺细胞中再与V连接，形成VDJ基因。VDJ基因或VJ基因（链和链）重排完成后，再与C基因节段连接成为功能性基因。TCR基因重排的次序在胸腺中受到严格的控制。（一）基因重排的顺序在V区基因重排时，先选择一个DH节段与一个JH节段连接在一起，然后选择一个VH节段与DH-JH相连。一旦VH-DH-JH重排成功并且得到功能性表达，其产物就会抑制另一条染色体上等位基因的重排，此现象称为等位基因排除。同时，基因产物触发VL基因重排。一条染色体上重排的VH或VL基因不能获得功能性表达，即重排不成功，称为无产物重排，细胞就会启动另一条染色体上等位基因重排。如果两条染色体上VH基因都是无产物重排，细胞即死亡。首先是Dδ-Jδ重排，剪切去除两基因节段间的DNA片段，使Dδ-Jδ连接，第二步是Dδ-Jδ与Vδ间的重排，使Vδ-Dδ-Jδ连接，重排后的DNA构成编码Vδ区基因，以其为模板，产生初级转录RNA,进而与编码C区基因的转录R