Saját és idegen megkülönböztetés Antigén bemutatás MHC (HLA) fehérjék Kombinatórikus receptorok, antigénfelismerő

Átírás

1 Saját és idegen megkülönböztetés Antigén bemutatás MHC (HLA) fehérjék Kombinatórikus receptorok, antigénfelismerő molekulák A csodálatos immunrendszer: free medical e-books:

2 MHC fehérjék, antigén bemutatás Az evolúció során a patogének felismerésére kialakult receptorok (PRRs) a veszélyes idegen molekuláris mintázatokat ismerik fel. Az intracelluláris paraziták és a belső ellenségek ellen más stratégiára van szükség. A saját fehérjék peptidjeit a sejt felszínén bemutató fehérjék a saját/idegen megkülönböztetés eszközei. Az immun-felismerés elemi részecskéi: az epitópok az egyén immunrendszere által azonosítható (8-12 tagú) szekvenciák (módosítások nélkül féle kilenctagú peptid létezik!) Új stratégia: kombinatórikus receptorok egy gén, számtalan fehérje

3 MHC fehérjék, antigén bemutatás Az evolúció során a patogének felismerésére kialakult receptorok egyértelműen csak az idegen molekuláris mintázatokat ismerik fel. A véletlenszerűen kialakuló receptorok esetén meg kell különböztetni a saját (tolerálható), a közömbös (ignorálható) és a veszélyes (támadandó) antigéneket. A saját génkészlet által kódolt fehérjék és szerkezeti elemek (antigének) ellen nem irányulhat immunválasz de fel kell ismerni a mutáns és veszélyes saját antigéneket. Az extracelluláris és intracelluláris ellenségek ellen más stratégiára van szükség.

4 Antigén bemutatás a sejtek felszínén Történelmi leírások szövet és szerv transzplantációkról birkavér, majomhere Szöveti összeférhetetlenség és a kompatibilitás genetikai alapjai világháború vércsoportok HLA: humán leukocita antigének, MHC: major histocompatibility complex gének - fehérjék Az MHC I osztály fehérjéinek feladata: a sejtek személyazonossága védelem a mutációk és a sejten belüli paraziták ellen Az MHC II feladata: feketelisták, elfogatási parancsok A populáció sokfélesége, az MHC gének polimorfizmusa Nem konvencionális prezentáló molekulák: kevéssé ismert antigén bemutatási módok, nem fehérje természetű antigének

5 Szöveti összeférhetetlenség Akut kilökődési betegség: HVG: host versus graft, szervezet a beültetett szerv ellen és GVH: graft v. host, csontvelő a befogadó szervezet ellen A szervezet felismeri a másik egyedből, más fajból származó szöveteket

6 Szöveti összeférhetetlenség A szervezet a tőle genetikailag különböző szöveteket ismeri fel és pusztítja el Az ábrákon beltenyésztett egerek a szülők (A/A, B/B)! Az emberi populáció nem homozigótákból áll: az A/B x C/D szülők A/C, A/D, B/C vagy B/D gyermekei számára mindkét szülő sejtjei tartalmaznak idegen fehérjéket.

7 Antigének bemutatása Az antigénbemutatás célja a szervezet belső egységének megőrzése a szomatikus mutációk előfordulásának korlátozása, az intracelluláris paraziták elleni védelem. A bemutatást (prezentációt) sejtfelszíni transzmembrán fehérjék végzik, amelyek az MHC I osztályba tartoznak

8 Az antigén feldolgozása és bemutatása Az antigén prezentációja során nem a natív antigén molekulák, hanem azoknak csupán kis darabjai (epitópok) kerülnek bemutatásra, speciális, (peptid-) kötő fehérjék közreműködésével. A sejt valamennyi antigénjének így pl. a sejtmag antigénjeinek - epitópjai is megjelennek a sejt felszínén.

9 A sejtekben valamennyi fehérje folyamatosan lebomlik, a proteaszóma mintát vesz, működése során peptidek keletkeznek. Vannak eleve rövid életű fehérjék, vannak szabályozó fehérjék (amelyek működésük után azonnal ubikvitinálódnak). A mutáns fehérjék szerkezete gyakran eltér a normálistól, a rossz konformációjú fehérjék gyorsan lebontásra kerülnek. Az ER és a Golgi minőség ellenőrzést is végez. A sejtek személyazonossága

10 Immun-proteaszómák A természetes IR által észlelt (intracelluláris természetű) veszély hatására a monocita-makrofág sejtek gamma-interferont termelnek. Ennek hatására indukálódik az LMP2 és LMP7 molekulák termelése, a proteszómák alegységei részben kicserélődnek, megváltozik a proteaszóma szubsztrát-specificitása.

11 A peptidek bejutása az ER-be A proteaszóma által termelt peptideket a TAP dimer juttatja az ER lumenjébe. A TAP az ATP-vel működő transzporter fehérje, alegységenként membránt áthidaló domént (TMD) tartalmaz, hosszú C- terminális vége nyúlik a citoplazmába. N-terminális végén van a tapaszin nevű chaperonnal kölcsönható hely

12 Az MHC I szerkezete Az MHC I molekulák szerkezete. A molekula heterodimer szerkezetű, alegységei: a béta-mikroglobulin és az MHC I gén által kódolt fehérje. Csak az utóbbi membránkötött. A peptidkötő helyet két flexibilis alfa-hélix alkotja Peptid kötése nélkül az ("üres") MHC instabil és lebontásra kerül

13 Az MHC peptid-kötése Az antigének bemutatását végző MHC fehérjék intracelluláris minta-felismerő receptoroknak (PRR) tekinthetők, amelyek mindegyike nagyszámú, hasonló szerkezetű epitóp megkötésére alkalmas. : peptide loading complex

14 Saját- és intracelluláris parazita eredetű antigének bemutatása A bemutatásra kerülő epitópok aránya a molekulák sejten belüli koncentrációjától és az MHC irántuk mutatott affinitástól függ, dinamikus egyensúly eredménye. A peptidet-kötő MHC membrán transzporttal a sejt felszínére vándorol, ha a peptidkötés sikertelen, az MHC nem juthat ki a felszínre, hanem degradálódik

15 Az MHC I antigénbemutatásának mechanizmusa Az MHC I molekulák szerkezetét a calnexin segíti kialakulni. Amikor a mikro-globulinnal alkotott komplex kialakul a TAP leszorítja a calnexint. Ha a TAP által az ER-be juttatott peptidek közül valamelyik illik a zseb - be, kialakul az MHC I szerkezete és kijuthat a sejt felszínére. Az üres vagy hibás szerkezetű molekulák lebontásra kerülnek.

16 Az MHC I peptidkötése és specificitása A két hélix között helyezkedik el a peptid, a kötés erősségét meghatározza az illető MHC I molekula szerkezete. A génduplikációknak és a kodomináns öröklődésnek köszönhetően sokféle MHC I molekulával rendelkezünk.

17 Az MHC I polimorfizmus Az MHC géneknek kiemelkedően sok allélje található a populációban, a nagy változatosság elsősorban a peptidkötő zseb aminosav sorrendjét érinti, a molekulák szerkezete erősen konzervált

18

19 Az MHC II működése MHC II molekulák csak immunsejtek felszínén vannak (bár egyes sejttípusokban szintézisük indukálható) Feladatuk a sejt környezetéből felvett antigének bemutatása. Az antigén tehát nem a sejt sajátja (de lehet saját antigén: elpusztult sejteket eltakarító makrofág esetén). A sejt sajátja más, mint a szervezet sajátja!

20 A kétféle MHC osztály szerkezetének összevetése Az MHC II molekulák két, különböző génen kódolt láncból állnak össze, sokkal változatosabbak az MHC I molekuláknál. A két osztály alapszerkezete igen nagyfokú hasonlóságot mutat.

21 A kétféle MHC osztály szerkezetének összevetése Az MHC II által kötött peptidek nagyobbak, hosszuk változatosabb, mint az I. osztályú molekulák által kötötteké. Az egyes MHC II dimerek csak olyan peptideket kötnek, amelyek bizonyos pozíciókban meghatározott aminosavakat tartalmaznak. Az MHC II által kötött peptideket nem a proteaszómák, hanem a lizoszóma bontóenzimei termelik

22 Az MHC II osztály működésének vázlata Az MHC II szerkezete is az ER-ban alakul ki. A két alegység 3-3 molekulája egy chaperon fehérje (invariáns lánc, li) trimerjéhez kapcsolódva (9 láncból álló) komplex alakul ki. Az invariáns lánc átjuttatja az MHC fehérjét az endoszómalizoszóma kompartmentbe. Ide kerülnek és itt bomlanak le a felvett antigének is.

23 Az MHC II osztály működésének vázlata A lizoszómában lebomlanak az antigének és a li lánc nagy része is. A maradék clip peptid a DM fehérje segítségével cserélődik ki az antigén peptidekre. Csak a peptidet kötő MHC molekulák képesek kijutni a sejt felszínére, az üres vagy hibás szerkezetű molekulák lebomlanak.

24 Az MHC gének alléljei: a polimorfizmus jelentősége Rendkívül rendkívül nagy számú allél-kombináció van jelen a populációban Az allélek eltérő specificitással rendelkeznek, eltérő kórokozók ellen jelentenek igazán hatásos védelmet Egyes allélek gyakorisága egyes területeken a lokális kórokozók hatásának tudható be.

25 Az MHC gének alléljeinek vizsgálata lehetőséget ad a populációk mozgásának követése

26 Jó egyezés az MHC és mtdns adatok között

27 Az MHC gének egyéb szerepe Az MHC E és G gének szerepe: Az MHC-E gének termékei csak szignál-peptideket (más MHC fehérjék N terminális peptidjeit) prezentálják MHC fehérjék szintézisének gátlása esetén elfogynak a sejt felszínéről, jelezve, hogy a sejt működése megváltozott Az MHC fehérjék soha nem juthatnak ki a sejt felszínére üres kézzel : ha nem tud prezentálni a CTL-nek, nem gátolhatja az NK sejtek működését Egyetlen kivétel az MHC-G fehérje, ami pl. a trofoblasztok felszínén található. Szerepe a magzat védelme az anya immunrendszerével szemben. (Tumorsejtek esetén az MHC-G aberráns kifejeződése védi a daganatsejteket az immunrendszerrel szemben.)

28 Az MHC az élet / halál döntés középpontjában Az MHC I-en bemutatott "tiltott" antigén miatt a citotoxikus T limfocita megölheti a sejtet. Az MHC hiányában az NK sejt pusztítja el a sejtet. A "saját" peptideket MHC I-en bemutató sejt biztonságban van.

29 Az MHC molekulák kölcsönhatása T sejt receptorokkal

30

31 Rekombináns immun receptorok Madarakban és emlősökben két immunsejt típus (B és T sejtek) egyedi, rekombináns, kombinatórikus receptorokat képes kialakítani, szinte végtelen variációban, szinte bármely ellenség ellen A véletlenszerűen kialakított receptor használhatóságáról a többi sejt dönt: a használhatatlan vagy autoreaktív receptort hordozó sejtek elpusztulnak (klonális deléció), a védelmet jelentő receptort termelő sejtek gyorsan elszaporodnak (klonális expanzió) A citotoxikus T sejtek képesek elpusztítani a mutáns vagy kórokozó-által fertőzött sejteket (amelyek tiltott peptideket prezentálnak) Az érett B sejtek (plazmasejtek) a receptor fehérjét nagy tömegben, oldott állapotban is előállítják (ezek az immunglobulinok)

32 Hol kezdődött? A transzpozonok (ugráló gének, mobil genetikai elemek) ki tudnak vágódni a DNS-ből és más helyre be tudnak épülni a genomba A kivágódást/integrálódást a rekombináz enzimek (RAG) katalizálják, a rekombinációs szignál szekvenciáknál (RSS) vágva el a DNS-t Kivételesen két enzim génje is előfordulhat egy elemen belül (RAG-1, RAG-2)

33 Hol kezdődött? Kb. 450 milló évvel ezelőtt egy ilyen mozgékony genetikai elem épült be egy mintafelismerő (ős-immunglubulin) génbe, kétfelé szakítva azt: PRR V J

34 Hol kezdődött? Később a rekombinációs szignál szekvenciák (RSS) és a két, genetikailag szorosan kapcsolt, de egymással nem homológ rekombináz (RAG-1 és RAG-2) elváltak egymástól. Így az egyik kromoszómán található RAG gén aktiválódása egy másik kromoszóma egy (PRR génbe épült) szakaszának kivágódását tudja kiváltani Más ugráló génektől eltérően, ezeket az elemeket nem hallgattattuk el, hanem rekombináz aktivitásukat egy-egy gén területére korlátoztuk

35 A fejlődés eredménye A receptor gén szakaszok megsokszorozódtak, az egyes szakaszok nukleotid szekvenciája, a kódolt aminosav sorrend egyre különbözőbb lett. Amikor a rekombináz működni kezd, véletlenszerűen az egyik (piros) RSS és egy tetszőleges (kék) RSS közötti szakaszt kivágja a genomból. Így véletlenszerű, új receptorok (VJ kombinációk) jöhetnek létre. A rekombináció eredményeképpen genomiális szekvenciák (megsokszorozott gén-darabok) vesznek el

36 T sejt receptorok TCR A T sejt receptorok az immunglobulin fehérje család tagjai A TCR nagy fehérje komplex, amely a T sejtek felszínén található A TCR nem ismeri fel az antigéneket, kizárólag az antigének MHC komplexeit, az MHC által bemutatott epitópokat A TCR és láncát két gén kódolja a fehérjék 1-1 konstans és változó domént tartalmaznak A változó domént kódoló szekvencia rekombinációval alakul ki

37 A TCR szerkezete Az lánc variábilis részét V és J szakaszok rekombinációja alakítja ki, és a konstans (C) génszakasszal együtt kódolva az láncot A lánc kialakulása bonyolultabb: a variábilis rész 3 szakaszból (V, D és J) áll össze, ez kapcsolódik a konstans részt kódoló szekvenciához

38 TCR-MHC kölcsönhatás Az MHC-antigén komplexszel a két gén által kódolt két polipeptidlánc alkotta felismerő felszín lép kölcsön-hatásra Az MHC által bemutatott peptidet (epitópot) a két, rekombinációval kialakult lánc kombinációja (3 rekombinációs lépés!) ismeri fel. A TCR képtelen felismerni a szabad antigént vagy annak epitópját, csak az MHC-vel lép gyenge kölcsönhatásra. Ha a bemutatott epitóp szerkezete megfelelő, a kapcsolat erős kölcsönhatásra változik

39 Immunglobulinok (Ig), B sejt receptorok (BCR) A B-sejtek receptorai két azonos kötőhellyel (Fab) rendelkeznek, ezekben is 2 ill. 3 rekombinációval létrejött rekombináns láncok alakítják ki a felismerőhelyet. A BCR (Ig) a természetes antigén epitópját ismeri fel, nem igényel bemutatást

40

41 A kivétel: a cross-presentation, az MHC I és II együttműködése Ez az abnormális folyamat kizárólag a citotoxikus T sejteket (CTL) és helper (CD4+) T sejteket aktiváló "érett" dendritikus sejtekben (DC) fordulhat elő

42 Nem konvenciális antigén prezentáló fehérjék MHC-szerű fehérjék Nem polimorf, MHC-szerű fehérjék speciális feladatok egér H-2M gének formil-metionint tartalmazó peptidek (intracell. paraziták antigénjeinek) hatásos felmutatására FcRn: neonatalis Ig-kötő fehérje, ez juttatja át az anyai ellenanyagokat a magzatba vas homeosztázist szabályozó fehérjék tapaszin CD1: MHC-val kevéssé rokon antigén prezentáló molekula nem polimorf, 5 izotípus, MHC-tól eltérő kromoszómális lokáció, béta2 mikroglobulinnal alkot komplexet, nem igényel TAP, DM segítséget CD1a, b és c: tímusz, profi APC. Nem-peptid jellegű antigének (pl. mikolsav, arabinomannán) felmutatása CD1b által. CD1d: hám, bél, - erősen hidrofób antigének felmutatása Speciális T-sejt alpopulációkkal hatnak kölcsön MIC A és B: bőrben, bélben, prezentáló stresszfehérjék? Hsp fehérjék komplexei Humán citomegalovírus (HCMV) H301: NK-gátló virális fehérje: gátolja az NK sejtek ölő tevékenységét, megvédve a vírus-fertőzött sejteket

43

44