Prof. RNDr. Ilona Hromadníková, PhD. MHC molekuly, antigeny Prof. RNDr. Ilona Hromadníková, PhD.

Antigeny Exoantigeny – cizorodé látky z vnějšího prostředí rozpoznané IS (nejčastěji infekční mikroorganismy) Autoantigeny – antigeny z vlastních buněk Superantigeny – exoantigeny, nespecifická aktivace lymfo nezávisle na Ag specifitě Alergeny – u vnímavého jedince vyvolávají patologickou (alergickou) imunitní reakci

Antigeny - struktura Makromolekuly nebo nízkomolekulární látky (hapteny) navázané na vysokomolekulární nosič Rozpustné nebo exprese na buněčném povrchu Proteiny, glykoproteiny, polysacharidy, lipidy, lipoproteiny, nukleové kyseliny, atd. Epitop – část antigenu rozpoznaná imunitními receptory Imunokomplexy – komplex antigenu s protilátkou, případně na ně vazba komplementového fragmentu

GP MHC I. třídy exprese na všech jaderných buňkách organismu (zralé ERY ne), různá míra exprese na různých buňkách váží antigenní peptidy buňce vlastní (buňky staré, stresované, nádorové), peptidy virového původu, peptidy původem z baktérií  žijících v cytosolu prezentace antigenních peptidů cytosolického původu CD8+ cytotoxickým T lymfocytům jsou rozeznávány i NK buňkami, jejich aktivačními (KAR – MICA, MICB, ULBP) a inhibičními receptory (KIR- HLA-C, HLA-G)

Struktura GP MHC I. třídy 2 polypeptidové řetězce: α – řetězec:  prochází membránou, obsahuje 3 globulární domény , kódován v MHC genové oblasti (chromozóm 6) , nekovalentně asociován s menším: β2 – mikroglobulinem (β2-m): není polymorfní, kódován mimo MHC (chromozóm 15) α1 a α2 tvoří stěny žlábku vázajícího endogenní peptidy (8-10 AMK) na povrchu molekuly MHC. Žlábek je lemován dvěma α – helixy a jeho dno je tvořeno osmi antiparalelními β řetězci. Vazebné místo pro peptid je uzavřené. původ peptidu: produkt normální a/nebo nádorové buňky, virového původu

GP MHC I. třídy 2 skupiny MHC I. třídy: klasické a neklasické Klasické MHC I. třídy - HLA-A, HLA-B a HLA-C lokusy HLA-A a HLA-B významně polymorfní (cca 750 alel), HLA-C je méně polymorfní Trofoblast (exprese HLA-C, -E a -G). Všechny varianty HLA-C se váží na inhibiční receptory NK buněk a tím inhibují jejich cytotoxickou aktivitu. Neklasické MHC I. třídy - HLA-E, HLA-F a HLA-G lokusy málo polymorfní, exprese na buňkách je variabilní, a to jak v jejich množství, tak i ve tkáňové distribuci exprese HLA-G je omezena na buňky trofoblastu, inhibice NK buněk, tolerance vůči plodu molekuly HLA-F lze najít na buňkách různých tkání Mezi neklasické MHC I. třídy jsou zařazovány i molekuly MIC, ULBP a molekuly ze skupiny CD1 Molekuly MIC (MHC-class I related chain – MICA, MICB) jsou exprimovány na epiteliálních buňkách v nízké míře. Úroveň jejich exprese se zvyšuje při teplotním (či jiném) stresu, kdy dochází ke zvýšené tvorbě proteinů z rodiny Hsp. Váží se na aktivační receptory NK buněk. ULBP (UL-16 binding proteins) váží se na aktivační receptory NK buněk. CD1 molekuly nejsou produkty genů ležících v MHC oblasti. CD1 asociují s β2-m, prezentují antigeny neproteinové povahy (např. glykolipidy)  T lymfo, jejich exprese je různá u různých typů buněk.

Vazba peptidů na GP MHC I. třídy MHC molekuly jsou v průběhu syntézy transportovány do endoplazmatického retikula. Až v lumen ER dojde ke správnému sbalení obou řetězců MHC molekuly a ke vzniku vazebného místa pro peptidy. Správné sbalení MHC molekuly je umožněno asociací α – řetězce, β2-m a peptidu. Proteiny (označené ubiquitinem) jsou v cytosolu degradovány proteasomem na krátké peptidy. Ty jsou pak do ER kontinuálně transportovány pomocí proteinů TAP1 a TAP2 (Transporters Associated with Antigen Processing). TAP proteiny preferují přenos peptidů o velikosti 8-16 aminokyselin s hydrofobními nebo bazickými aminokyselinovými zbytky na C-konci. Pouze v případě, že je na MHC molekulu navázán peptid, putuje celý komplex z ER přes Golgiho aparát na povrch buňky. MHC I. třídy jsou nestabilní, pokud na nich není navázán peptid. Po disociaci peptidu a MHC I na povrchu buňky, změní MHC GP I. třídy svou konformaci, β2-m disociuje a α – řetězec je internalizován do buňky a rychle degradován

GP MHC II. třídy nemají tak širokou tkáňovou distribuci jako MHC I. třída Za normálních okolností exprese pouze na antigen prezentujících buňkách (monocyty, makrofágy, DC, B lymfocyty, Langerhansovy buňky v kůži, Kuppferovy buňky v játrech, mikroglie v CNS) HLA-DR (nejvíce polymorfní),DQ, DP lokusy Prezentace exogenních peptidů (cizorodé mikroorganismy) CD4+ T lymfo

Struktura GP MHC II. třídy jsou to heterodiméry složené z jednoho α-řetězce a jednoho β-řetězce oba řetězce jsou glykoproteiny, oba se skládají z externí, spojovací, transmebránové a cytoplazmatické oblasti Extracelulární část je tvořena α1,α2, β1,β2 doménami. Domény α1 a β1 jsou variabilní, α2 a β2 jsou konstantní. oba řetězce jsou nekovalentně vázány interakcí druhých externích domén, uvnitř buňky jsou syntetizovány separátně, po syntéze jsou asociovány s třetím řetězcem γ; v okamžiku, kdy tento komplex dospěje k plazmatické membráně, je γ–řetězec disociován a na membráně je vystaven pouze dvouřetězcový komplex Prezentace exogenních antigenů (buňkou pohlcených), délka peptidu (15-35-více AMK). Vazebné místo pro peptid je otevřené.

Vazba peptidů na GP MHC II. třídy Proteosyntéza MHC GP II v ER, asociace  a  řetězců, vazba invariantního řetězce Ii do Ag vazebného místa (jeho blokace), transport komplexu do Golgiho aparátu, transportní sekreční váček (MHC II + Ii) Fagocytóza nebo endocytóza cizorodého materiálu APC, proteolytické štěpení na peptidové fragmenty (proteázy), fůze endozomu s transportním váčkem z Golgiho aparátu (MHC II + Ii): štěpení Ii, ve vazebné štěrbině krátký peptidový fragment CLIP (MHC+CLIP), uvolnění CLIP a následná vazba exogenního peptidu (MHCII + exogenní peptid), transport na povrch buňky, prezentace CD4+ T lymfo

Zkřížená prezentace antigenu Na molekulách MHC I. třídy může docházet i k prezentaci peptidů z extracelulárních zdrojů (zkřížená prezentace). Materiál, který se nahromadí na povrchových receptorech buňky je endocytován a dostává se do endosomů. Zde může být částečně (nikoliv kompletně) degradován a transportován do cytoplazmy, kde je rozštěpen v proteazomech, peptidy jsou poté transportovány do ER. Jinou cestou, jak se extracelulární peptidy mohou dostat na MHC molekuly I. třídy je fúze pozdních fagozomů (obsahujících peptidové fragmenty) s ER schopnost zkřížené prezentace není stejná u všech antigen prezentujících buněk, nejúčinnější je u dendritických buněk

Hlavní histokompatibilní komplex MHC (Hlavní histokompatibilní komplex) se u lidí nazývá Human Leukocyte Antigen (HLA), nachází se na 6. chromozomu. Jedná se o oblast polygenní (existuje několik různých izotypů MHC I. a II. třídy) a polymorfní (existuje mnoho variant/alel každého genu v populaci). vysoký polymorfismus (10 – 100 alel v daném lokusu, záměna 1 nebo několika AMK, schopnost vázat různé Ag), většina lidí jsou heterozygoti pro MHC proteiny – od matky a od otce zdědili odlišné alely pro konkrétní MHC izotyp. Kombinace MHC alel na jednom chromozomu se nazývá MHC (HLA) haplotyp Exprese MHC genů je kodominantní – proteinový produkt obou alel v jednom lokusu je v jedné buňce exprimován ve stejném množství. Určitá molekula MHC (např. některá alela HLA-A2 lokusu) váže peptidy s podobnou strukturou – sdílejí vazebný motiv - xLeuxxxxxxLeu(Val) U transplantací orgánových a hematopoetických kmenových buněk nutná MHC (HLA) kompatibilita mezi pacientem a dárcem

Hlavní histokompatibilní komplex velký polymorfismus genů Tx důležité antigeny HLA I. třídy A, B, C HLA II. třídy DR, DQ, DP

Prezentace antigenu T lymfocytům APC fagocytóza cizorodé částice, tvorba fagozomu, rozštěpení na peptidy a jejich prezentace CD4+ T lymfo na pozadí MHC II T buňky rozeznávají jak peptid navázaný na MHC, tak vlastní MHC molekulu. Tento jev se nazývá MHC – restrikce. TCR je specifický pro unikátní kombinaci peptidu a MHC molekuly. TCR/CD3/CD4 – MHC II (extracelulární peptid) Kostimulační molekuly: (T lymfo) LFA-1 – ICAM-1/-3 (APC) (T lymfo) CD28 – CD86/CD80 (APC)

Prezentace antigenu T lymfocytům

Prezentace antigenu T lymfocytům Th1 imunitní odpověd’- aktivace makrofágů (usmrcení intracelulárních parazitů) Th2 imunitní odpověd’- aktivace B lymfocytů (plazmatické buňky, tvorba protilátek, usmrcení extracelulárních parazitů)

Prezentace antigenu T lymfocytům Prezentace abnormálních (poškozených, nádorových), virových a jiných antigenů CD8+ T (cytotoxickým) lymfo na pozadí MHC I TCR/CD3/CD8 – MHC I (endogenní peptid) Kostimulační molekuly: (T lymfo) LFA-1 – ICAM (APC) Aktivace cytotoxických mechanismů (usmrcení cílové buňky), vyžaduje pomoc Th1 lymfo

Usmrcení buňky CTL lymfo