機(jī)體對(duì)外界環(huán)境中眾多抗原刺激可產(chǎn)生相應(yīng)的特異性抗體,有人推算抗體的多樣性在107以上,這種抗體多樣性主要是由遺傳控制的。引起免疫球蛋白多樣性的原因主要有以下幾個(gè)方面。
1.胚系中眾多的V、D、J基因片段 胚系(germ line)中未重排的(unrearranged) DNA有眾多的V基因片段以及一定數(shù)量的D、J基因片段。以小鼠為例。VH、DH和JH基因片段分別為1000、12和4,單獨(dú)重鏈重組的多樣性可達(dá)4.8×104左右;Vκ和Jκ分別約為250和4,κ輕鏈V-J重排的多樣性為1.0×103。經(jīng)重鏈與κ輕鏈隨機(jī)配對(duì)后推算的多樣性為(4.8×104)×(1.0×103)=4.8×107。
表3-5 小鼠Ig胚系基因片段和重鏈、κ輕鏈配對(duì)的多樣性
多肽鏈 |
基因片段數(shù) |
可變區(qū)基因重組方式 |
經(jīng)重排和隨機(jī)配對(duì)后推算的多樣性數(shù)目 | |
重鏈 |
1000 12 4 |
V-D-J |
4.8×104 |
4.8×107 |
κ輕鏈 |
250 |
V-J |
1.0×103 |
注:多樣性數(shù)目不包括VDJ連接多樣性、N區(qū)插入和體細(xì)胞突變所增加的多樣性數(shù)目。
2.VDJ連接的多樣性 輕鏈基因重排過程中,VJ連接點(diǎn)以及重鏈基因重排過程中D-J以及V-D-J連接點(diǎn)有一定的變異范圍。例如輕鏈VL因片段3′端5個(gè)核苷酸CCTCC和JL基因片段5′端4個(gè)核苷酸GTGG連接時(shí),9個(gè)核苷酸中只有6個(gè)核苷酸編碼輕鏈第95、96位氨基酸,可產(chǎn)生8種不同的連接方式(圖3-13)。
3.體細(xì)胞突變(somatic mutation) 體細(xì)胞在發(fā)育過程中可發(fā)生基因的突變。以長(zhǎng)期體外培養(yǎng)的B細(xì)胞前體為例,每個(gè)細(xì)胞每個(gè)堿基對(duì)的突變率為1~3×10-5,這種類型突變主要發(fā)生在V基因。體細(xì)胞突變擴(kuò)展了原有胚系眾多基因片段的多樣性。
4.N區(qū)的插入(insert of N region) 在Ig重鏈基因片段重排過程中,有時(shí)可通過無模板指導(dǎo)的機(jī)理(non-temple directed mechanism)在重組后D基因片段的兩側(cè)即VH-DH或DH-JH連接處插入稱之為N區(qū)的幾個(gè)核苷酸。N區(qū)不是由胚系基因所編碼。在N區(qū)插入前,先通過外切酶切除VH-DH或DH-JH連接處的兒個(gè)堿基對(duì),然后通過末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶(terminal deoxynucleotidyl transferase,TdT)連接上N區(qū)。由于額外插入了N區(qū),可發(fā)生移碼突變(frameshift mutation),使插入部位以及下游密碼子發(fā)生改變,從而編碼不同的氨基酸,增加了抗體的多樣性。
圖3-13 輕鏈基因V-J連接多樣性舉例
圖3-14 N區(qū)插入D-J連的接處(示意圖)
5.輕鏈重鏈相互隨機(jī)配對(duì) 如表3-5所示,小鼠重鏈與κ輕鏈隨機(jī)配對(duì)后推算的多樣性可達(dá)4.8×107,如果再加上重鏈與λ輕鏈的隨機(jī)配對(duì)其多樣性就更多了。