Textbook Notes (368,986)
Canada (162,320)
Biology (310)
BIOL 441 (1)

(Chpt 4,5,6,10) Mdtrm 1 BIOL 441Notes.docx

28 Pages
Unlock Document

BIOL 441
Brian Dixon

BIOL 441 01/29/2014 01/29/2014 Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 ­ Innate immune response defend the body against pathogens but only those that have certain molecular  patterns or induce interferon & other nonspecific defenses ­ To help fight off infection better ▯ a wide range of pathogens ▯ lymphocytes of the adaptive immune  response are able to recognize antigens from different bacteria and viruses  antigen is any part of a molecule that is recognized by highly specialized recognition proteins of  lymphocytes  On B cells ▯  Immunoglobulins (Ig)  Ig are produced by B cells in a vast range of antigen specificities  Each B cell produces an Ig of specific antigen specificity  B cell receptors are found on the membrane of B cells (membrane bound Ig) serves as a receptor for the  antigen  Ig of the same antigen are secreted by the same differentiated B cell as antibodies by plasma cells  ­ Antibody function  bind specifically to the pathogen or its products that elicited an immune response recruit other cells & molecules to destroy the pathogen once the antibody has bound  ­ Structure of an Antibody: one part binds the antigen  variable region: where the antigen binds  one part engages the elimination mechanisms  constant region: responsible for activating different effector mechanisms ▯ remains inserted in the  membrane of the B cell  B cell receptor on the top of the membrane surface (v regions) recognize antigens and elicit a signal that  activates B cell and lead to clonal expansion & antibody production  Variability of antibodies allows each antibody to bind a different specific antigen  T­Cell Recognition is different than B cells  Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 T cell and B cell receptor differ – T cells do not recognize and bind the antigen by itself; it recognizes short  peptide fragments of protein antigens, which are presented by proteins known as MHC molecules on  the surfaces of host cells  ­ MHC ▯ transmembrane glycoproteins ▯ encoded in the large cluster of genes known as MHC  ­Cleft in the extracellular face of the molecule ▯ this is where peptides can bind  ­ MHC molecules are highly polymorphic ▯ occur in many different versions within the population  The structure of a typical antibody molecule  ­ Antibodies are the secreted form of the B­cell receptor  ­ Y shaped molecules that have three equal­sized portions connected by a flexible tether  ­ V regions – the top of the y – vary in their detailed structure between different antibody molecules ▯  involved in antigen binding ▯ vary from other antibody molecules ▯  ­ Stem of the Y ▯ constant region ▯ less variable part that interacts with effector cells & molecules ▯ heavy  chain  ­All antibodies have a heavy and a light chain ▯ 5 different classes of Ig ▯ MADGE ▯ distinguished from  their C region  ­ IgG antibody structure:  o Composed of 2 different kinds of polypeptide chains   50kDa ▯ heavy chain   25kDa ▯ Light chain   each IgG consists of 2 heavy chain and 2 light chain   two heavy chains are linked to each other by disulfide bonds   in 1 antibody the 2 heavy chains and the 2 light chains are identical ▯ gives the  antibody the ability to bind simultaneously to two identical antigens on the surface  ▯ increases total strength of interaction ▯  avidity  Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014  The strength of the interaction between a single antigen binding site & its antigen  ▯  affinity  2 types of light chains:  lambda & kappa  ­ The effector function of an antibody is defined by its heavy chain  ­ five main heavy­chain classes or isotypes ▯ several subtypes ▯ determine the functional activity of an  antibody molecule ­ Heavy & Light chains are composed of constant & variable regions  ­ Each chain consists of a series of similar, although not identical sequences ­ Each repeat corresponds to a protein domain  ­ Heavy & light chains vary between different antibodies  Variability is limitd to approx. the first 110 a.a corresponding to the first domain ▯ the remaining domains are   constant between the same isotypes The amino­terminal variable domains of the heavy and light chains make up the V region of the  antibody and confer on it the ability to bind specific antigen  Constant domains ▯ of the heavy and light chain (CH and CL) make up the C region  The antibody molecule can readily be cleaved into functionally distinct fragments  ­ CH2 domains in the heavy chain don’t interact ▯ carbohydrate side chains attached to the CH2 domains  lie between the two heavy chains.  ­ The two top variable parts of the antibody are called fab ▯ Fragment antigen binding ▯ contain the  antigen binding activity  ­ the constant domain region with the CH2 and the CH3 ▯ Fc fragment  ­ Differences between heavy isotypes lies in the Fc fragment  ­ the part that links the Fc and Fab portion of the IgG molecule ▯ flexible tether ▯ allowing independent  movement of the two Fab arms ▯ hapten  Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 The Interaction of the antibody molecule with specific antigen  ­ how variations in the sequences of the antibody V domains determines the specificity for antigen  Localized regions of hypervariable sequence form the antigen­binding site  ­ Sequence variability is highly concentrated in certain segments  ­ in both the Vh and VL ▯ variable segments can be identified  hypervariable regions  VH and VL domains are paired in the antibody molecule ▯ three hypervariable loops from each domain are  brought together and create a single hypervariable site at the tip of each arm of the molecule ▯  antigen  binding site ▯ determines the antigen specificity of the antibody  regions between the hypervariable regions ▯ show less variability▯ framework regions  6 hypervariable loops ▯  complementarity­determining regions, CDRs ▯ surface they form is  complementary to that of the antigen they bind  3 for the VH and 3 for the VL and in combination together they determine the antigen specificity  different combinations of the 3 CDRS in the Heavy and 3 in the light chain will form different antigen  specificities ▯  Combinatorial diversity  Antibodies bind to conformational shapes on the surfaces of antigens  Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 ­ antibodies functions are to bind to pathogens and eliminate them  ­ recognizes a small region on the surface of a large molecule (polysaccharide or a protein)  ­ Structure recognized by an antibody o Antigenic determinant or epitope      ­ conformational/ discontinuous epitopes  amino acids from different parts of polypeptides that are brought together by protein folding  structure recognized is composed of segments of the protein that are discontinuous in the a.a sequence of  the antigen but are brought together in 3 dimensional structure     ­ continuous/linear epitope  composed of a single segment of a polypeptide chain   ­ neoantigenic epitope  created by modification of the covalent structure  Antigen­antibody interactions involve a variety of forces  ­ interaction between an antibody & antigen can be disrupted by high salt concentrations, extremes of pH,  detergents & by competition with high concentrations of the pure epitope itself  ­ bind is reversible non­covalent interaction  electrostatic forces  hydrogen bonds  van der Waals forces  hydrophobic forces  Antigen recognition by T cells.  ­ IgG interact with pathogens and their toxic products in the extracellular spaces of the body  Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 ­ T cells recognize foreign antigens only when they are displayed on the surfaces of the bodys own cell  antigens derived from viruses ­ T cells detect the presence of an intracellular pathogen ▯ infected cells display on their surface peptide  fragments of the pathogen’s proteins.  Delivered to the cell surface by specialized host­cell glycoproteins  The MHC molecule  The T­cell receptor is very similar to Fab fragment of Immunoglobulin  ­ T­ cells are never secreted, while Ig can be secreted as antibodies  ­ T­cells only have one antigen binding site, B cell receptors have 2 antigen binding sites  ­ Both chains of the (alpha:beta) receptor ▯ both chains of the T­cell receptor have an amino­terminal  variable (V) region with homology to an Ig V domain, a Constant region with homology to an Ig C domain, a  short stalk segment containing a cysteine residue that forms the interchain disulfide bond  ­ lipid bilayer transmembrane region and a short cytoplasmic tail  A T­cell receptor recognizes antigen in the form of a complex of a foreign peptide  bound to an MHC molecule  ­ antigen recognition by T cells differs from B cells  ­ T cells respond to short continuous a.a sequences  ­ B cells respond to the surface of protein antiges, contacting a.a that are discontinuous in the primary  structure but brought together in the folded protein  ­ antigen recognized by T cells only when they are bound to an MHC molecule ▯ T cell recognizes a  complex of the peptide and the MHC molecule  ­ There are two classes of MHC molecules  Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 ­ MHC class I  ­ MHC class II  both differ in their structure & in their expression pattern in the tissues of the body  MHC class I 2 polypeptide chains  the alpha chain ▯ encoded in a smaller chain – beta 2 microglobulin ▯ alpha chain spans the membrane  alpha 1 and alpha 2 form the walls of a cleft on the surface of the molecule ▯ where the peptide binds & is  known as peptide­binding cleft ▯ peptide binding groove  Differences between the two MHC molecules are located in the peptide binding cleft  MHC class II  MHC class II ▯ non covalent complex of two chains, alpha & beta, both span the membrane  Both the alpha and beta chain in MHCII are encoded within the MHC  Peptide cleft ▯ alpha1 and beta1 ▯ more open in MHC class II than MHC class I  The CD4 and CD8 cell­surface proteins of T cells are required to make an effective  response to antigen  ­ T cell makes additional interactions with the MHC molecule that stabilize the interaction ▯ required  for the cell to respond effectively to an antigen  ­ T cells fall into 2 different classes ▯ different effector functions and distinguished by their  expression of the cell­surface protein CD4 and CD8  o CD8  Carried by cytotoxic T cells   Recognizes MHCI CD4 Chapter 4 :Antigen Recognition by B­Cell & T­Cell Receptors  01/29/2014 Carried by T cells whose function is to activate other cells  Recognizes MHCII  During antigen recognition ▯ CD4 and CD8 ▯ associate on the T­cell surface with the T­cell receptor and  binds to invariant sites on the MHC portion of the peptide:MHC ligand away from the peptide binding site  CD4 and CD8 are co­receptors because they are required for a T cell to make a response  Chapter 5 p157­161, 173­179   01/29/2014 Immunoglobulin structure & Function  ­ Lymphocyte antigen receptors ▯ in the form of Ig on B cells and T cell receptors on T cells ­▯ how  lymphocytes sense the presence of antigens in their env’t  ­ Lymphocytes have many copies of single antigen receptor with a unique antigen­binding site ▯ determines   the antigens that the lymphocyte can bind  ­ Lymphocytes generate highly variable proteins  each receptor chain variant is coded by the V regions of the receptor chains are encoded in several pieces  ▯ gene segments  Assembled in the developing lymphocyte by somatic DNA recombination to form a complete V­region  sequence ▯ gene rearrangement  Gene rearrangement occurs at random ▯ large number of combinations accounts for the diversity  Ig can be synthesized as transmembrane receptors or secreted antibodies ­ T cell receptors only exist as transmembrane  2 kinds of secondary modifications that take place in rearranged immunoglobulin genes in B cells but don’t  occur in T cells:  somatic hypermutation:  introduces point mutations into the V regions of rearranged Ig genes in activated B cells ▯ producing some  variants that bind more strongly to the antigen  affinity maturation ▯ increases the affinity for antigens to bind to antibodies  Sequential expression of different immunoglobulin C regions in activated B cells ▯  class switching ▯  enables antibodies with the same antigen specificity but different functional properties  Primary immunoglobulin gene rearrangement  ­ total number of antibody specificities available to an individual ▯ antibody repertoire ▯ limited by the  number of B cells in an individual  ­ Somatic diversification theories ▯ limited number of inherited V­region sequences that undergo alteration  within B cells during the individuals lifetime  Chapter 5 p157­161, 173­179   01/29/2014 Immunoglobulin genes are rearranged in antibody­producing cells  ­ segments of the genomic DNA within the immunoglobulin genes are rearranged in cells of the B­ lymphocyte lineage ▯ somatic recombination  Complete genes that encode a variable region are generated by the somatic  recombination of separate gene segments  ­ V region is encoded by more than one gene segment  ­ light chain  V domain is encoded by 2 separate DNA segments  First encodes the greater part of the domain ▯  V gene segment  Second encodes the remainder of the domain ▯  J gene segment  Joining of a V and a J gene segment creates an exon that encodes the whole light­chain V region  ­ immunoglobulin gene segments that encode the chains (kappa, alpha and the heavy chain) are organized  into three clusters or genetic loci ▯ each that can assemble a complete V­region sequence  ­ Heavy chain differs from the light chain because ▯ the heavy chain doesn’t have a single C region like the  light chain ▯ it contains a series of C regions arrayed one after the other ▯ each correspond to a different  isotype  Rearrangement of V,D and J gene segments is guided by flanking DNA  sequences  ­ for a complete immunoglobulin or T­cell receptor chain to be expressed▯ DNA rearrangements must take  place at the correct location relative to the V,D or J gene segment coding regions  ­ V gene has to join to either a D or a J and not to another V  ­ DNA rearrangement are guided by conserved non­coding DNA sequences that are adjacent to where  recombination takes place ▯  recombination signal sequences (RSSs)  RSS consists of:  Chapter 5 p157­161, 173­179   01/29/2014 Conserved block of seven nucleotides ▯ heptamer  Non conserved region ▯ spacer  (12 or 23 bp long)  Another non conserved regoion ▯ 9 nucleotides long ▯ nonamer  Heptamer – spacer – nonamer = RSS  Always adjacent to the coding sequence of V,D or J gene segments  Rules of Recombination:  RSS with a 12 bp spacer can be joined only to one that is flanked with 23 bp spacer ▯ 12/23 rule  Heavy chain:  Dh gene segment can be joined to a JH segment and a VH segment to a DH segment ▯ V and J cannot be  joined together directly because they are both flanked by 23bp spacers Recombination occurs between gene segments located on the same chromosome  ­ antigen binding are formed from three hypervariable region: CDR1 and CDR2:  Are encoded in the V gene segment itself  CDR3:  V & J segments for the light chain  V D J segments for the heavy chain  Looping­out and deletion when the two gene segments are in the same transcriptional orientation  ­ If the gene segments have opposite transcriptional orientation ▯ intervening DNA is retained in the  chromosome in an inverted orientation  ­ the coding joint is the V and the J gene segment ▯ they are inverted when they are in opposite  transcriptional orientation  Chapter 5 p157­161, 173­179   01/29/2014 Diversity: Mechanisms generating diversity: Combinatorial diversity ▯ different combinations of gene segments  Junctional diversity ▯ Addition or deletion of nucleotides to joint after ligation  Introduced t the joints between the different gene segments as a result of the addition and subtraction of  nucleotides by the recombination process  Somatic hypermutation: more changes introduced after immune response starts that increase specificity of  binding site  ­ enzymes that carry out somatic VDJ recombination is termed VDJ recombinase  lymphoid specific components of the recombinase ▯ RAG1 and RAG2 and they are encoded by 2  recombination­activating genes ▯ RAG1 and RAG2  Role of RAG1 and RAG2: ­ VDJ recombination ▯ multistep enzymatic process  1) Endonucleolytic cleavage & requires the activity of both RAG proteins  2) RAG1 and RAG2 proteins recognize and align the two RSSs that are the target of the cleavage reaction  3) RAG1  ▯ recognize nomaer of the RSS  4) RAG1 ▯ makes 2 single strand DNA breaks at sites just 5’ of each RSS ▯ free 3’OH group  3’OH attacks the phosphodiester bond on the other strand ▯ creating a DNA hairpin at the end of the gene  segment coding region ▯ Blunt ends joined by a complex of DNA ligase IV  formation of the coding joints: Other proteins bind the DNA ends Chapter 5 p157­161, 173­179   01/29/2014 RAG complex generates the Hair pin loop at the coding ends  Other proteins open up the hair pin  generating palindromic P­nucleotides  TdT process the DNA ends – nucleotide addition to the palindromic ends  Pairing of the strands  Those that are 
More Less

Related notes for BIOL 441

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.