免疫球蛋白Ig重链基因的结构和重排

　　Ig重链基因是由V、D、J和C四种不同基因片段所组成。

　　（一)Ig重链可变区（V区)基因

　　重链可变区基因是由V、D、J三种基因片段经重排后所形成。

　　1.重链V区基因的组成　编码重链V区基因长约1000～2000kb，包括V、D、J三组基因片段。

　　（1)重链V基因片段：小鼠V_H基因片段数目为250～1000个。根据V_H基因片段核酸序列的相似性（>80%同源性)，至少可分为11个家族（family).人V基因片段约为100个，至少可分为6个家族，每个家族含有2～60个成员不等。V基因片段由2个编码区（coding regions)组成：第一个编码区编码大部分信号序列；第二个编码区编码信号序列羧基端侧的4个氨基酸残基和可变区约98个氨基酸残基，包括互补决定区1和2（complementarity determining region 1和2，CDR1和CDR2)。

　　（2)重链D基因片段：D（diversity)是指多样性。D_H基因片段仅存在于重链基因中而不存在于轻链基因。D基因片段编码重链V区大部分CDR3。小鼠D_H共有12个片段，位于V_H和J_H基因片段之间，大部分D_H片段较为集中，约占60～80kb，但靠上游的D_H可能位于V_H区域内，最后一个D_H片段与J_H基因5'端相距约0.7kb。人类D_H片段可能有10～20个左右。

　　（3)重链的J基因片段：J（joining)指连接，是连接V和C基因片段。J_H编码约15～17个氨基酸残基，包括重链V区CDR3除D_H编码外的其余部分和第4骨架区。小鼠J_H基因片段有4个，与Cμ相距约6.5kb。人有9个J_H，其中6个是有功能的J_H基因片段。

　　V、D、J基因片段经重组连接在一起，组成2个外显子，一个外显子编码信号序列的大部分，另一个外显子编码信号序列的其余部分和重链可变区。

　　小鼠和人在胚系中Ig基因的结构见图3-4和图3-5。

　　2.重链可变区基因的移位　在重链基因重排开始时，二条染色体上都发生D基因片段移位到J基因片段而发生D-J基因连接。在此以后，只有其中一条染色体上的V基因片段与D-J基因片段连接。V_H基因片段5'端含有启动子（promoter)，J_H和C_μ基因片段之间的内含子中含有转录增强子（transcriptinal enhancer)。如果一条染色体V_H基因与D-J基因重排无效（non-productive)，另一条染色体的V_H基因片段开始发生移位，与D-J基因片段连接。

　　某些与Ig基因片段重排有关的特殊序列称为识别序列（recognition sequences)，位于V基因片段的3'端与J基因片段的5'端之间以及D基因片段的两侧。V基因片段3'端、J基因片段5'端以及D基因片段的两侧也是DNA重排识别信号所在区域，这些识别信号包括三部分：（1)高度保守的回文结构的七聚体（palindromic heptamer);(2)较少保守、富含A/T的九聚体(nonamer);（3)七聚体和九聚体之间不保守的间隔序列（spacer sequence)，含有12±1碱基对或23±1碱基对。根据12/23碱基对间隔规则（或称1圈/2圈定律)，两个基因片段的重组仅发生在两个基因片段之间：各有一个12个碱基对片段和一个23个碱基对片段的结构（图3-6)。

图3-4 小鼠Ig基因结构

　　注：（1)L：先导序列基因片段　　V：可变区基因片段　　D：D基因片段
　　J：J基因片段 　　　　　　C：恒定区基因片段　　E：转录增强子
　　　　　S：转换区　　　　　　　　*：假基因
　　　（2)内含子区域所标数字表示DNA长度（kb)。
　　　（3)每个C_H基因用一个方框表示，实际上包括几个外显子，如C_μ含有6个外显子。
　　　（4)λ基因增强子位于Cλ4和Cλ1基因片段的下游。

图3-5 人Ig基因结构

　　注：（1)L：先导序列基因片段　V：可变区基因片段　D：D基因片段
　　J：J基因片段 　　　　C：恒定区基因片　*：假基因
　　（2)内含子区域所标数字表示DNA长度（kb)
　　（3)每个C_H基因用一个方框表示，实际上包括几个外显子

　　参与V/（D)/J基因重组过程的酶称为V/（D)/J重组酶（recombinase),有关于执行识别、切割和重新连接基因片段重组酶的纯化和鉴定工作还刚开始。重组酶实际上包括重组过程中多种酶的活性。最近在前B细胞（pre-b cell)中已经鉴定出两种刺激Ig基因重排的基因，称为重组激活基因1（recombination activating gene 1,RAG-1)和重组激活基因2（RAG-2)，其确切的作用机理还不太清楚。重组酶作用的特点是：（1)淋巴细胞特异性的，非淋巴样细胞如成纤维细胞无重组酶活性，这可能解释了Ig基因的重排仅见于B淋巴细胞。目前一般认为T细胞TCR基因重排中的重组酶与B细胞中重组酶相同或相似。（2)重组酶发挥其功能仅限于B细胞发育早期，未成熟B细胞如前B细胞（pre-b cell)细胞系重组酶活性很高，但抗体生成细胞或骨髓瘤细胞无明显重组酶活性，因此时B细胞已经分泌某一特异性抗体，不再发生重排其它的Ig基因，因此也不会改变原先所产生抗体的特异性。转换重组酶（switch recom-binase)可能与VDJ重组酶（VDJ recombinase)相似，但缺乏七聚体/九聚体（heptamer/nonamer)识别蛋白。重组酶功能异常可导致机体不能产生Ig和TCR，很可能与重症联合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency,SCID)的发生有关。例如SCID小鼠16号染色体着丝点末端存在一个scid基因，为单基因常染色体遗传基因。scid基因纯合将影响DNA重组酶的识别功能，在TCR或BCR基因片段重排时不能识别正确的位点，使T细胞、B细胞在淋巴干细胞发育早期即夭折，导致重症联合免疫缺陷。

图3-6　参与Ig基因重排组酶识别的DNA序列

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