抗原受容体とその形成

🧠 中心の謎：わずか19,000〜20,000個のヒトタンパク質コード遺伝子から、どうやって10¹⁰種類もの異なる抗原を認識できるのか。 答えは「遺伝子そのものを増やす」のではなく「限られた遺伝子断片（V・D・J）を体細胞レベルで組み合わせ直す（体細胞組換え、somatic recombination）」こと。利根川進Susumu Tonegawa 利根川進（Susumu Tonegawa）Susumu Tonegawa（利根川進） はこの原理の発見で1987年ノーベル生理学・医学賞を受賞した。BCR（B細胞受容体B-cell receptorB細胞受容体（B-cell receptor）B-cell receptor（B細胞受容体））とTCR（T細胞受容体T-cell receptor (TCR)T細胞受容体（T-cell receptor (TCR)）T-cell receptor (TCR)（T細胞受容体））は構造も遺伝子形成の仕組みも並行しているが、シグナル伝達複合体や活性化の場は異なる。

抗原特異的受容体 vs 非特異的受容体

BCR/抗体の構造

免疫グロブリンは重鎖 heavy chain重鎖（heavy chain） heavy chain（重鎖）・軽鎖からなり、免疫グロブリンスーパーファミリーimmunoglobulin superfamily, IgSF免疫グロブリンスーパーファミリー（immunoglobulin superfamily, IgSF）immunoglobulin superfamily, IgSF（免疫グロブリンスーパーファミリー）——抗原受容体 antigen receptor抗原受容体（antigen receptor） antigen receptor（抗原受容体）・共受容体co-receptor共受容体（co-receptor）co-receptor（共受容体）・共刺激分子costimulatory molecule共刺激分子（costimulatory molecule）costimulatory molecule（共刺激分子）・接着分子adhesion molecules 接着分子（adhesion molecules）adhesion molecules（接着分子） などが共有する構造ドメイン TAD/PRD/DBD/NLS/TET/CTD 構造ドメイン（TAD/PRD/DBD/NLS/TET/CTD） TAD/PRD/DBD/NLS/TET/CTD（構造ドメイン） ——に属する。

💡 6つのCDR（相補性complementation 相補性（complementation）complementation（相補性） 決定領域）が抗原結合ポケットを作る。 可変領域variable region 可変領域（variable region）variable region（可変領域） の中でも特に多様性の高い部分を超可変領域hypervariable region, HV 超可変領域（hypervariable region, HV）hypervariable region, HV（超可変領域） ＝CDR（complementarity-determining region）と呼ぶ。重鎖heavy chain重鎖（heavy chain）heavy chain（重鎖）・軽鎖それぞれに3つずつ、計6つのCDRが組み合わさって実際の抗原結合部位 antigen-binding site 抗原結合部位（antigen-binding site） antigen-binding site（抗原結合部位） を形成する。

イディオタイプ・アイソタイプ・アロタイプ

BCR複合体とシグナル伝達

成熟B細胞表面の膜型IgM（およびIgD）は、Igα・Igβ（CD79a/b）という不変鎖 invariant chain 不変鎖（invariant chain） invariant chain（不変鎖） と会合し、その細胞質尾部 cytoplasmic tail 細胞質尾部（cytoplasmic tail） cytoplasmic tail（細胞質尾部） にあるITAM（免疫受容体チロシン活性化モチーフ）がシグナル伝達を媒介する。1つのB細胞は複数の抗体を発現しうるが、すべて同一の特異性をもつ。

BCR共受容体複合体

💡 膜（脂質）ラフト membrane/lipid raft ラフト（membrane/lipid raft） membrane/lipid raft（ラフト） はBCRシグナル伝達の「仮設ステージ Stageステージ（Stage） Stage（ステージ）」。 静止状態では受容体・シグナル分子は膜上に散在しているが、活性化に伴いラフト membrane/lipid raft ラフト（membrane/lipid raft） membrane/lipid raft（ラフト） へ再局在 relocalization 再局在（relocalization） relocalization（再局在） し、シグナロソームsignalosome シグナロソーム（signalosome）signalosome（シグナロソーム） を形成して特殊な生化学的機能を発揮する。

BCRシグナル伝達カスケード

flowchart TD
  A["抗原による架橋（crosslinking）"]
  A --> B["Fyn・Lyn（Srcファミリーキナーゼ）活性化"]
  B --> C["Igα/Ig<span class='jp-term jp-term-diagram' title='beta chain'>β鎖</span>のITAMリン酸化"]
  C --> D["Syk（チロシンキナーゼ）の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='docking'>ドッキング</span>"]
  D --> E["Grb2・PLC活性化"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diacylglycerol'>DAG</span>/<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inositol 1,4,5-trisphosphate'>IP3</span>・MAPK経路活性化"]
  F --> G["PKC活性化、細胞内Ca²⁺上昇"]
  G --> H["転写因子の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='nuclear translocation'>核内移行</span>"]

TCR複合体

T細胞上に発現し、αβ型またはγδ型のヘテロ二量体 heterodimer ヘテロ二量体（heterodimer） heterodimer（ヘテロ二量体） （8本のポリペプチド鎖からなる複合体）を形成する。CD3複合体（εγ・εδヘテロ二量体 heterodimer ヘテロ二量体（heterodimer） heterodimer（ヘテロ二量体） ＋ζζホモ二量体 homodimerホモ二量体（homodimer） homodimer（ホモ二量体））と会合し、MHC-ペプチド複合体を認識する。

⭐ MHC拘束性 restrictive 拘束性（restrictive） restrictive（拘束性） ——T細胞は「自己MHCに載った抗原」しか認識できない。 ZinkernagelとDoherty（1996年ノーベル賞）の実験が示した通り、T細胞は提示細胞上のMHCを「自己」として認識する必要がある。CD4・CD8のMHC結合部位はいずれも免疫グロブリン様ドメイン Ig-like domain 免疫グロブリン様ドメイン（Ig-like domain） Ig-like domain（免疫グロブリン様ドメイン） 内に存在する。

免疫学的シナプス

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pre-activation state'>前活性化状態</span>"]
  A --> B["pMHC-TCRが中心性超分子活性化<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cluster'>クラスター</span>（cSMAC）に集積"]
  B --> C["周辺をpSMACが取り囲む"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='actin cytoskeleton'>アクチン細胞骨格</span>再構成を介しMLRが側方移動しcSMACへ集まる"]

TCRシグナル伝達カスケード

flowchart TD
  A["TCRとCD4/CD8の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='coligation'>共連結</span>"]
  A --> B["Fyn・p56lck（リンパ球特異的チロシンキナーゼ、Lck）活性化"]
  B --> C["CD45（チロシンホスファターゼ）による調節"]
  C --> D["ITAMリン酸化 → ZAP70（チロシンキナーゼ）動員"]
  D --> E["LAT（T細胞活性化の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='linker'>リンカー</span>）リン酸化"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phosphatidylinositol'>ホスファチジルイノシトール</span>経路 → 細胞内Ca²⁺上昇"]
  F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='nuclear factor of activated T cells'>NFAT</span>（活性化T細胞核<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intrinsic factor'>内因子</span>）の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='nuclear translocation'>核内移行</span>"]
  G --> H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='interleukin-2'>IL-2</span>遺伝子の活性化"]

⚠️ スーパー抗原superantigen スーパー抗原（superantigen）superantigen（スーパー抗原） はTCR可変部（Vβ）とMHC-IIのα鎖 alpha chain α鎖（alpha chain） alpha chain（α鎖） を、通常の抗原結合溝 peptide-binding groove 抗原結合溝（peptide-binding groove） peptide-binding groove（抗原結合溝） の外側で直接架橋 cross-bridge 直接架橋（cross-bridge） cross-bridge（直接架橋） する。 これにより多クローン性polyclonal 多クローン性（polyclonal）polyclonal（多クローン性） T細胞活性化が起こる——例：黄色ブドウ球菌のエンテロトキシン enterotoxin エンテロトキシン（enterotoxin） enterotoxin（エンテロトキシン） A・B・C、化膿レンサ球菌Streptococcus pyogenes化膿レンサ球菌（Streptococcus pyogenes）Streptococcus pyogenes（化膿レンサ球菌）のA・B・C毒素（発赤毒素erythrogenic toxin発赤毒素（erythrogenic toxin）erythrogenic toxin（発赤毒素）、erythrogenic toxin）。特定の抗原を認識しないはずのT細胞まで無差別に活性化する点が、通常の抗原認識と根本的に異なる。

BCRとTCRの共通点

いずれも可変領域 variable region 可変領域（variable region） variable region（可変領域） （V）・定常領域constant region 定常領域（constant region）constant region（定常領域） （C）・膜貫通領域transmembrane region膜貫通領域（transmembrane region）transmembrane region（膜貫通領域）・細胞質尾部cytoplasmic tail 細胞質尾部（cytoplasmic tail）cytoplasmic tail（細胞質尾部） という共通構造をもつ。ただしBCRは膜結合型 membrane-bound膜結合型（membrane-bound） membrane-bound（膜結合型）・可溶型（分泌型抗体）の両方をとりうるのに対し、TCRは膜結合型 membrane-bound 膜結合型（membrane-bound） membrane-bound（膜結合型） のみ。

抗原受容体遺伝子の再構成

生殖細胞系列のIg・TCR遺伝子は、すべての細胞で空間的に離れた複数のDNADNA（deoxyribonucleic acid）断片として存在し、発生中のリンパ球でのみ組み合わされる。

遺伝子座の構成

D断片をもつのは重鎖 heavy chain 重鎖（heavy chain） heavy chain（重鎖） とTCR β鎖beta chain β鎖（beta chain）beta chain（β鎖） のみ。

V(D)J組換えの機構

flowchart TD
  A["①組換えシナプス形成<br>ランダムに選ばれたV・D・J断片が近接"]
  A --> B["RAG1/RAG2複合体がRSS（組換え<span class='jp-term jp-term-diagram' title='signal sequence'>シグナル配列</span>）を認識<br>ヘプタマー・ノナマー＋12/23bp<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spacer'>スペーサー</span>"]
  B --> C["②<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cleavage'>切断</span><br>RAG1が一本鎖にニックを入れ共有結合ヘアピンを形成"]
  C --> D["③<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hairpin opening (V(D)J recombination)'>ヘアピン開裂</span>・末端修飾<br>Artemis<span class='jp-term jp-term-diagram' title='endonuclease'>エンドヌクレアーゼ</span>がヘアピンを開く（P-ヌクレオチドが生じる）<br>TdTが鋳型非依存的にN-ヌクレオチドを付加"]
  D --> E["④結合<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='non-homologous end joining (NHEJ)'>非相同末端結合</span>でコード末端・シグナル末端を連結"]

💡 RAG1/RAG2は「あるか無いか」ではなく「どれだけ残っているか」で表現型が決まる。 ヒトのRAG変異は、組換え活性が完全に失われれば重症複合免疫不全症 severe combined immunodeficiency 重症複合免疫不全症（severe combined immunodeficiency） severe combined immunodeficiency（重症複合免疫不全症） （SCID）を、活性が部分的に残ればOmenn症候群 Omenn syndrome Omenn症候群（Omenn syndrome） Omenn syndrome（Omenn症候群） やより軽症の複合免疫不全を、さらにわずかな低下では自己免疫を主症状とする病型を生む——同じ2つの遺伝子の変異が、重症複合免疫不全から自己免疫までの連続したスペクトラムを作る¹。この受容体形成の一段階が、そのままトピック06-2（免疫不全）の一群に対応している。

💡 接合部多様性junctional diversity 接合部多様性（junctional diversity）junctional diversity（接合部多様性） は「不正確さ」自体が多様性の源泉になる好例。 V・D・J断片の結合部でヌクレオチドの付加・除去が起こると、新規のヌクレオチド配列・アミノ酸配列amino-acid sequence アミノ酸配列（amino-acid sequence）amino-acid sequence（アミノ酸配列） が生まれる。TdT（末端デオキシヌクレオチジル nucleotidyl ヌクレオチジル（nucleotidyl） nucleotidyl（ヌクレオチジル） トランスフェラーゼ）は鋳型なしで最大20塩基程度のN-ヌクレオチドをランダムに付加し、その後DNAポリメラーゼが不適合部位を鋳型依存的に埋める——「ランダムに壊してから修復する」ことで、生殖細胞系列にない配列を作り出す。

⚠️ TdTが付けるのはN-ヌクレオチドであって、P-ヌクレオチドではない。 接合部に入る余分な塩基には由来の違う2種類がある。P-ヌクレオチドはArtemisがヘアピンを非対称に開いたときに生じる短い回文 palindrome (palindromic sequence) 回文（palindrome (palindromic sequence)） palindrome (palindromic sequence)（回文） （palindromic）配列で、TdTがなくても生じる。N-ヌクレオチドは鋳型を持たないTdTがコード末端に継ぎ足す配列で、こちらが接合部多様性 junctional diversity 接合部多様性（junctional diversity） junctional diversity（接合部多様性） の主役である。TdT遺伝子を欠損させた成体マウスの受容体遺伝子 receptor gene 受容体遺伝子（receptor gene） receptor gene（受容体遺伝子） にはN-ヌクレオチドがほとんど見られず、この酵素が多様性創出に必須であることが証明された²。TdTの発現は生後1週間ほどで立ち上がるため、胎児期fetal period 胎児期（fetal period）fetal period（胎児期） に作られるレパトアはN-ヌクレオチドを欠き、成体より多様性が低い²。

抗原受容体多様性を生む5つの機構

1. 生殖細胞系列多様性germline diversity生殖細胞系列多様性（germline diversity）germline diversity（生殖細胞系列多様性）：多数のV・D・J遺伝子断片そのものの存在
2. 体細胞組換え（somatic recombination）：重鎖 heavy chain 重鎖（heavy chain） heavy chain（重鎖） のVDJ組換え、軽鎖のVJ組換え
3. 接合部多様性junctional diversity接合部多様性（junctional diversity）junctional diversity（接合部多様性）：TdTによるヌクレオチド付加
4. 受容体編集receptor editing受容体編集（receptor editing）receptor editing（受容体編集）・改訂
5. 体細胞高頻度変異somatic hypermutation体細胞高頻度変異（somatic hypermutation）somatic hypermutation（体細胞高頻度変異）：抗原に出会った後のさらなる多様化

💡 「10¹⁰種類」は控えめな見積もりで、文献によって桁が違う。 レパトアシーケンシングの時代に入って推定値は上振れしており、ヒトのナイーブ抗体レパトアの多様性は少なくとも10¹²種類と見積もられている。一方、健常成人の末梢血B細胞は5×10⁹個程度しかない——つまり理論上の多様性は、ある瞬間に体内に実在するB細胞の数をはるかに超える。10人・約30億本の抗体重鎖 heavy chain 重鎖（heavy chain） heavy chain（重鎖） 配列を読んだ研究では、レパトアはほぼ個人固有でありながら、全員に共通するクロノタイプの小集団も見つかっている³。この手の数値を暗記するときは「どの受容体（BCRかTCRか）の、理論値か実測値か」を必ず添えて覚える。

⭐ 対立遺伝子排除allelic exclusion 対立遺伝子排除（allelic exclusion）allelic exclusion（対立遺伝子排除） が「1つのリンパ球＝1つの特異性」を保証する。 B・T細胞では、両親由来 parent-of-origin 親由来（parent-of-origin） parent-of-origin（親由来） の対立遺伝子のうち片方だけが発現する（どちらが選ばれるかはランダム）。これにより発現される免疫グロブリン／TCRは母方・父方どちらか一方（または両鎖が異なる親由来 parent-of-origin親由来（parent-of-origin） parent-of-origin（親由来））由来となるが、1つの細胞が示す抗原特異性 antigen specificity 抗原特異性（antigen specificity） antigen specificity（抗原特異性） は常に1つだけに保たれる。この現象はB細胞・T細胞にのみ見られる。

⚠️ ただし対立遺伝子排除 allelic exclusion 対立遺伝子排除（allelic exclusion） allelic exclusion（対立遺伝子排除） は絶対ではない——TCR α鎖alpha chain α鎖（alpha chain）alpha chain（α鎖） が最大の例外。 多くのT細胞は2つのVα対立遺伝子をいずれもインフレームで再構成しており、Vα2・Vα12・Vα24に対するモノクローナル抗体で調べると、成熟T細胞の最大3分の1が2種類のVα鎖 alpha chain α鎖（alpha chain） alpha chain（α鎖） を、機能的に独立した2つのTCRとして同時に細胞表面に出していた⁴。「1細胞1受容体」はαβT細胞の大きな部分集団には当てはまらず、この二重TCR細胞は自己免疫・アロ反応性への関与が指摘されている。原則としての対立遺伝子排除 allelic exclusion 対立遺伝子排除（allelic exclusion） allelic exclusion（対立遺伝子排除） （とくにIg重鎖 heavy chain重鎖（heavy chain） heavy chain（重鎖）・TCR β鎖beta chain β鎖（beta chain）beta chain（β鎖） では厳密）を覚えたうえで、TCR α鎖alpha chain α鎖（alpha chain）alpha chain（α鎖） には例外があると付け加えておく。

B細胞の発生段階

flowchart TD
  A["リンパ系幹細胞（骨髄、抗原非依存的）"]
  A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='precursor B cell'>前駆B細胞</span>（Pro-B cell）<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='heavy chain'>重鎖</span>のVDJ再構成"]
  B --> C["前B細胞（Pre-B cell）<br>軽鎖のVJ再構成"]
  C --> D["未成熟B細胞（Immature B cell）<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='receptor editing'>受容体編集</span>＝中枢性トレランス"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='naive B cell'>ナイーブB細胞</span>（Naive B cell）<br>IgM・IgDの同時発現（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alternative splicing'>選択的スプライシング</span>）"]
  E --> F["成熟B細胞（Mature B cell、末梢、抗原依存的）"]

クラススイッチと体細胞高頻度変異

💡 胚中心germinal center 胚中心（germinal center）germinal center（胚中心） は「抗体の品質管理 quality control 品質管理（quality control） quality control（品質管理） 工場 factories工場（factories） factories（工場）」。 体細胞高頻度変異somatic hypermutation 体細胞高頻度変異（somatic hypermutation）somatic hypermutation（体細胞高頻度変異） でランダムに変異したB細胞クローン B-cell clone B細胞クローン（B-cell clone） B-cell clone（B細胞クローン） のうち、抗原への親和性が高いものだけが胚中心反応 germinal center reaction 胚中心反応（germinal center reaction） germinal center reaction（胚中心反応） で 陽性 selection を受けてクローン増殖 clonal expansion クローン増殖（clonal expansion） clonal expansion（クローン増殖） する——ダーウィン的な選択が抗体レベルで起きている。

T細胞依存性抗原 vs 非依存性抗原

まとめ

• 抗原受容体antigen receptor 抗原受容体（antigen receptor）antigen receptor（抗原受容体） の多様性は遺伝子数の増加ではなく、V・D・J遺伝子断片の体細胞組換え（Tonegawa、1987年ノーベル賞）による「組み合わせの多様性」から生まれる。
• BCRは6つのCDR（重鎖heavy chain重鎖（heavy chain）heavy chain（重鎖）・軽鎖各3つ）で抗原結合部位 antigen-binding site 抗原結合部位（antigen-binding site） antigen-binding site（抗原結合部位） を形成し、イディオタイプidiotypeイディオタイプ（idiotype）idiotype（イディオタイプ）・アイソタイプisotypeアイソタイプ（isotype）isotype（アイソタイプ）・アロタイプallotype アロタイプ（allotype）allotype（アロタイプ） という3層の分類をもつ。Igα/Igβ（CD79a/b）とCD21/CD19/CD81（活性化）・FcγRIIb/CD22（抑制、いずれもITIM経由）が共受容体 co-receptor 共受容体（co-receptor） co-receptor（共受容体） として働く。
• TCRはCD3複合体と会合しMHC拘束性 restrictive 拘束性（restrictive） restrictive（拘束性） 認識を行い、免疫学的シナプスimmunological synapse 免疫学的シナプス（immunological synapse）immunological synapse（免疫学的シナプス） を形成してLck→ZAP70→LAT→NFATNFAT（nuclear factor of activated T cells）→IL-2IL-2（interleukin-2）という経路で活性化する。
• V(D)J組換えはRAG1/RAG2によるRSS認識・切断・Artemisによるヘアピン開裂 hairpin opening (V(D)J recombination)ヘアピン開裂（hairpin opening (V(D)J recombination)） hairpin opening (V(D)J recombination)（ヘアピン開裂）・TdTによる接合部多様性 junctional diversity 接合部多様性（junctional diversity） junctional diversity（接合部多様性） 付加という4段階で進み、対立遺伝子排除allelic exclusion 対立遺伝子排除（allelic exclusion）allelic exclusion（対立遺伝子排除） により1細胞1特異性が保証される。
• クラススイッチisotype switching (class switching) クラススイッチ（isotype switching (class switching)）isotype switching (class switching)（クラススイッチ） と体細胞高頻度変異 somatic hypermutation 体細胞高頻度変異（somatic hypermutation） somatic hypermutation（体細胞高頻度変異） はいずれもAID依存性で、胚中心germinal center 胚中心（germinal center）germinal center（胚中心） での親和性成熟 affinity maturation 親和性成熟（affinity maturation） affinity maturation（親和性成熟） がT細胞依存性 T-cell dependent T細胞依存性（T-cell dependent） T-cell dependent（T細胞依存性） 抗原（高親和性high affinity高親和性（high affinity）high affinity（高親和性）・長命記憶）とT細胞非依存性抗原 T-cell independent antigen T細胞非依存性抗原（T-cell independent antigen） T-cell independent antigen（T細胞非依存性抗原） （低親和性low affinity低親和性（low affinity）low affinity（低親和性）・短命）の違いを生む。