MHC A ZPRACOVÁNÍ MHC A ZPRACOVÁNÍ A PREZENTACE ANTIGENU

Marie Lipoldová

Ústav molekulární genetiky AV ČR v v i Vídeňská 1083 Ústav molekulární genetiky AV ČR v.v.i., Vídeňská 1083,

14220 Praha 4

http://www.img.cas.cz/mci/

tel: 24106 3243

il li ld @i e-mail: lipoldova@img.cas.cz

DOPORUČENÁ LITERATURA I

• Hořejší V., Bartůňková J.: ZÁKLADY IMUNOLOGIE

3. vydání, Triton, Praha 2005

• Jílek P.: ZÁKLADY IMUNOLOGIE

Ewopharma s.r.o. 2002, str. 24-29

DOPORUČENÁ LITERATURA II• Coico R., Sunshine G., Benjamini E.: IMMUNOLOGY

(A short course) Wiley-Liss, 5. vydání, 2003, str. 113-127

• P.J. Delves, S.J. Martin, D.R. Burton, I.M. Roitt:

’ i l l dá í l k ll bli hiROITT’s Essential Immunology, 11. vydání, Blackwell Publishing

2006, str. 95- 110

• Janeway C.A., Travers P., Walport M., Shlomchik, M.

IMMUNOBIOLOGY (The Immune System in Health and Disease)

Garland Publishing, 5. vydání, 2001, str. 105-122

Plán přednášky

■■ ANTIGEN A IMUNOGEN

■■ MHC a jeho vlastnosti

■■ PREZENTACE ANTIGENU

MHC I CD8+ T LYMFOCYTYMHC I + CD8+ T LYMFOCYTY

MHC II + CD4+ T LYMFOCYTYMHC II + CD4+ T LYMFOCYTY

■■ MHC a vnímavost k chorobám

Imunitní systém

Spíše funkční než anatomický systém- Funkce

• Ochrana proti patogenům• Ochrana proti patogenům• Eliminace tkání a buněk, které byly

poškozeny infikovány nebo usmrcenypoškozeny, infikovány nebo usmrceny

ROZLIŠUJE VLASTNÍ OD CIZÍHO.

ANTIGEN A IMUNOGENANTIGEN A IMUNOGENIMUNOGENYIMUNOGENY j k l k l IMUNOGENYIMUNOGENY jsou makromolekuly, které vyvolávají imunitní reakce organismu.

ANTIGENYANTIGENY jsou látky, které se mohou navázat na imunologické receptory, navázat na imunologické receptory, ale nemusejí nutně vyvolat imunitní reakci organizmureakci organizmu IMUNOGENY

ANTIGENY

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ IMUNOGENICITUFAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ IMUNOGENICITU

• CIZORODOST

• VYSOKÁ MOLEKULOVÁ HMOTNOSTVYSOKÁ MOLEKULOVÁ HMOTNOST

• CHEMICKÁ KOMPLEXITA

• DEGRADABILITA A INTERAKCE S MHC

(u T buněčných imunogenů)(u T buněčných imunogenů)

(d lší f kt t i i éh j di(další faktory: genotyp imunizovaného jedince, množství a způsob podání antigenu)

Í ŮHLAVNÍ SKUPINY ANTIGENŮ

• NUKLEOVÉ KYSELINY• NUKLEOVÉ KYSELINYŠpatné imunogeny, imunogenicita se zvyšuje, pokud jsou navázány na bílkovinný nosič (systémový lupus erythematosus)

• POLYSACHARIDY (KARBOHYDRÁTY)imunogenní pouze s bílkovinným nosičem ⇒ GLYKOPROTEINY ABO

k iskupiny

• LIPIDYřídk i í i i it š j k d j á ázřídka imunogenní, imunogenicita se zvyšuje pokud jsou navázány

na bílkovinný nosič odpověď ke GLYKOLIPIDŮM A SPHINGOLIPIDŮM pozorována

• BÍLKOVINYtéměř všechny bílkoviny imunogenní (komplexita, mnoho epitopů)

RozpoznánRozpoznáníí antigenuantigenu

PROTEINY B b ňk t i l b li• B buňky – receptor: imunoglobulin

• αβ T buňky - receptor: T buněčný receptor pro antigen/ MHC restrikcepro antigen/ MHC restrikce

GLYKOLIPIDY T buňkaGLYKOLIPIDY• Dvojitě negativní T buňky, αβ T buňky,

kanonické TcRα (NKT) γδ T buňky/ kanonické TcRα (NKT), γδ T buňky/ CD1 restrikce

B LA

M lBos taurus

SLABoLA

H-2

MHCMHCM j Hi t tibilit C l

Sus scrofaMus musculus

Major Histocompatibility Complex(všichni obratlovci)

Human Leucocyte Antigen (člověk)

HLA

H i

HLAHLA

Homo sapiensHomo sapiens

MHCMHC

• Struktura MHC I a MHC II

• ZÁKLADNÍ FUNKCE

• EXPRESE

GENY KÓDUJÍCÍ MHC• GENY KÓDUJÍCÍ MHC

CO JE TO HAPLOTYP• CO JE TO HAPLOTYP

St kt MHCSt kt MHCStruktura MHCStruktura MHCMHC I:

α řetězec+ β2m

MHC II:

α a β řetězce

ZÁKLADNÍ ZÁKLADNÍ FUNKCE MHCFUNKCE MHC

váže peptidové fragmenty proteinů:váže peptidové fragmenty proteinů:

• produkovaných buňkou - MHC I

• nebo buňkou pohlcených - MHC II

NAVÁZÁNÍ PEPTIDU MHC IFUNKCE MHC

NAVÁZÁNÍ PEPTIDU MHC I

Vazebné místo:

PEPTIDPEPTID: domény αα11 a αα22■ polymorfní

■ uzavřené: 8 – 9 amkCDR3CDR3--TcRTcRT buňka: domény αα11 a ββ11y αα ββ

■■ polymorfníCD8CD8T b ňk d é 33T buňka: doména αα33

■■ monomorfní■■ (konzervovaná)

NAVÁZÁNÍ PEPTIDU MHC IINAVÁZÁNÍ PEPTIDU MHC II

FUNKCE MHC

NAVÁZÁNÍ PEPTIDU MHC IINAVÁZÁNÍ PEPTIDU MHC II

Vazebné místo:Vazebné místo:

PEPTIDPEPTID: domény ββ11 a αα11■■ polymorfníp y■■ otevřené: 12 – 20 amk

CDR3CDR3--TcRTcRT buňka: domény ββ11 a 11T buňka: domény ββ11 a αα11

■■ polymorfníCD4CD4T buňka: doména ββ22

■■ monomorfní■■ (konzervovaná)■■ (konzervovaná)

EXPRESEEXPRESE MHCMHCEXPRESEEXPRESE MHCMHC

Í ÍHLAVNÍ HISTOKOMPATIBILITNÍ KOMPLEX

glykoproteiny: dvě třídyglykoproteiny: dvě třídy• MHC gp I - na všech buňkách organismu,

která mají jádrakterá mají jádra

• MHC gp II - za fyziologických podmínek pouzeň á í ína buňkách prezentujících antigen

• dendritické buňkyDC

y• monocyty/ makrofágy • B-lymfocyty

DC

• B-lymfocyty

VLASTNOSTI POLYGENNÍ

Lidský MHC locus (HLA)Lidský MHC locus (HLA)

HLA II

DP(α,β)

DQ (α,β)

DR (α,β)

HLA I

B (α)

C (α)

A (α)

+ β2m

Polymorfismus genů kódujících MHCPolymorfismus genů kódujících MHC

Údaje 2001

VLASTNOSTIVLASTNOSTI

POLYMORFNÍ a POLYGENNÍ⇒ schopnost prezentovat extrémně velké

množství peptidů T buňkámmnožství peptidů T buňkám

Exprese MHC:KODOMINANTNÍKODOMINANTNÍ

Exprese MHC alel je polymorfní a polygenníExprese MHC alel je polymorfní a polygenníExprese MHC alel je polymorfní a polygenníExprese MHC alel je polymorfní a polygenní

E MHC l l j k d i tE MHC l l j k d i t ííExprese MHC alel je kodominantnExprese MHC alel je kodominantníí

HAPLOTYP HAPLOTYP HAPLOTYP HAPLOTYP SOUHRN ALEL MHC NA JEDNOM CHROMOZOMU

SOUHRN GENY MHC

VLASTNOSTI GENŮ KÓDUJÍCÍCH MHCVLASTNOSTI GENŮ KÓDUJÍCÍCH MHC

• Polygennío yge

• Vysoce polymorfníy p y

• Exprese kodominantní

⇒ MŮŽE VÁZAT ( a PREZENTOVAT)

MNOHO RŮZNÝCH ANTIGENŮ

PROCESSING (ZPRACOVÁNÍ) PROCESSING (ZPRACOVÁNÍ)

A PREZENTACE ANTIGENUA PREZENTACE ANTIGENU

ZPRACOVÁNÍ A PREZENTACE ZPRACOVÁNÍ A PREZENTACE

ENDOGENNÍCH A EXOGENNÍCH ENDOGENNÍCH A EXOGENNÍCH

CIZORODÝCH MOLEKUL SE LIŠÍCIZORODÝCH MOLEKUL SE LIŠÍ

ň á ě í

CIZORODÝCH MOLEKUL SE LIŠÍ.CIZORODÝCH MOLEKUL SE LIŠÍ.

Aby mohla T buňka správně reagovat, musí poznat, jestli cizí antigen pochází z cytosolu

nebo vesikulárního kompartmentu.

Proto jsou peptidy různého původu Proto jsou peptidy různého původu prezentovány v kontextu MHC

ů ý h řídrůzných tříd.

T LYMFOCYTY S RŮZNOU FUNKCÍ

ROZPOZNÁVAJÍ PEPTIDY

PRODUKOVANÉ

V RŮZNÝCH BUNĚČNÝCH KOMPARTMENTECH.

PŮVOD PEPTIDŮPŮVOD PEPTIDŮOdkud pocházejí antigeny rozpoznávané T lymfocyty

Patogeny:

Ů O ŮŮ O Ů

Patogeny:

■■ replikace v cytosolu buňky (viry, některé bakterie)

proteiny produkované buňkou

MHC I + CD8+ - zabití napadených buněk

■■ replikace v endosomech a lysosomech (bakterie, paraziti)

proteiny buňkou pohlcené

ik lá í té b ňk MHC II + CD4+vesikulární systém buňky: MHC II + CD4+

aktivace zánětlivé a protilátkové odpovědi

CD4+ Th1 - zánětlivé - aktivace makrofágů k zabití patogenu

CD4+ Th2 - protilátková odpověd', aktivace B buněk

k produkci protilátek

Původ Původ peptidpeptidů ů MHC IMHC IPůvod Původ peptidpeptidů ů –– MHC IMHC Iprezentace peptidů z cytosolu (hlavně virové proteiny, prezentace peptidů z cytosolu (hlavně virové proteiny,

nádorové proteiny) CD8+ cytotoxickým buňkám, které

napadenou a/nebo pozměněnou buňku zabijí

Protože viry mohou napadnout téměř každou buňkuProtože viry mohou napadnout téměř každou buňku

s jádrem, téměř všechny buňky s jádrem exprimují MHC I,

i když různě intenzívněi když různě intenzívně

(např. buňky imunitního systému hodně, buňky jater málo)

erytrocyty - nemají jádro, nemohou podporovat virovou

replikaci - problém pokud je napadne Plasmodium replikaci - problém, pokud je napadne Plasmodium

PEPTIDY PREZENTOVANÉ MHC IPEPTIDY PREZENTOVANÉ MHC IPEPTIDY PREZENTOVANÉ MHC IPEPTIDY PREZENTOVANÉ MHC I

1 Syntéza virových1. Syntéza virových proteinů na ribosomech

2. Ubiquitin – označení proteinu

3. Proteasom – rozštěpení

4 TAP1/TAP2 t t4. TAP1/TAP2 – transportpeptidů do endoplasmatického retikularetikula

Biosyntéza komplexů peptid Biosyntéza komplexů peptid -- MHC I MHC I

Immunology Today16: 359, 1995

Antigeny jsou stěpeny v cytosolu. Fragmenty jsou roztřízeny podle velikosti a transportoványdo endoplasmatického retik la (ER) procesem žad jícím ATP V ER peptid hodnédo endoplasmatického retikula (ER) procesem vyžadujícím ATP. V ER peptidy vhodné délky asociují s čerstvě syntetizovaným heterodimerem MHC I a jsou transportovány na povrch.

PPůů d d tidtidůů t ý h MHCt ý h MHC I I PPůůvod vod peptidpeptidůů prezentovaných MHCprezentovaných MHC I I cytoplasmatické cytoplasmatické / endogenní/ endogenní

• virové proteiny jsou syntetizovány na ribosomech

• ubiquitin - označení proteinu určeného k likvidaciATP

• proteasom - rozštěpeni proteinumultikatalytický proteinázový komplex štěpení proteinů za spotřeby ATPštěpení proteinů za spotřeby ATP

• TAP1/TAP2 (Transport of Antigenic Peptides) transport peptidů z cytosolutransport peptidů z cytosoludo endoplasmatického reticula ATP

PŘEDKLÁDÁNÍ ENDOGENNÍCH CIZORODÝCH PEPTIDŮ PŘEDKLÁDÁNÍ ENDOGENNÍCH CIZORODÝCH PEPTIDŮ

CD8CD8+ + T LYMFOCYTŮMT LYMFOCYTŮM

Shrnutí: ■ endogenní proteiny

■ prezentace peptidů pomocí MHC I CD8+ T buňkám

( t t i ký )(cytotoxickým)

⇒ odstranění buněk infikovaných viry a buněk nádorových

MHC IIMHC II

• Hlavní funkce CD4+ lymfocytů kti ji ý h b ěk i it íh té- aktivace jiných buněk imunitního systému.

• MHC II je normálně exprimováno:j p

dendritické buňky DC

B lymfocyty

k fámakrofágy

tj. na buňkách, které se účastní imunitní odpovědi.j , p

Původ peptidů prezentovaných MHC II

é ří ýPeptidy prezentované MHC II se tvoří v acidických intracelulárních vesiculech. ENDOSOM

• Některé patogeny (Leishmania, Mycobacterium) se

replikují v intracelulárních vesiculech v makrofázích.

Jejich proteiny proto nejsou dostupné proteasomům.

• CD4+ buňky rozpoznávají také peptidové fragmenty • CD4+ buňky rozpoznávají také peptidové fragmenty,

které pocházejí z extracelufárních patogenů

a proteiny které jsou internalizoványa proteiny, které jsou internalizovány

(např. komplexy antigen-protilátka).

I t li tInternalizace patogenu

ZPRACOVÁNÍ EXOGENNÍCH CIZORODÝCH MOLEKUL ZPRACOVÁNÍ EXOGENNÍCH CIZORODÝCH MOLEKUL

A JEJICH PREZENTACE MHC IIEXOGENNÍ ANTIGENEXOGENNÍ ANTIGENVesikuly s kyselým prostředím

ENDOSOMYENDOSOMY

LYSOSOMY

Proteolytické štěpení (katepsiny, endopeptidáza)(katepsiny, endopeptidáza)

MHC IIENDOPLASMATICKÉ RETIKULUMRETIKULUM

αa β řetězec MHC II + invariantní řetězec (Ii, CD74)

(zabraňuje obsazení(zabraňuje obsazení vazebných míst vlastními peptidy)⇒ CLIP (CLass II associated Invariant Chain Peptide)Peptide)

⇒ HLA-DM ⇒ záměna za antigenní fragment

VnitVnitrobuněčný transport a manipulace MHC II a invariantního řetězcerobuněčný transport a manipulace MHC II a invariantního řetězce

1. V endoplasmatickém reticulu vzniká komplex 3 molekul MHCII a 3 invariantních ř tě ůřetězců2. Tento komplex je transportován přes Goldiho aparát endosomální cestou a invariantní řetězec (Ii) je degradován3 Fragment Ii CLIP zůstává asociován aby bránil navázání peptidů Odstranění CLIPu je

Immunology Today 16, 359, 1995

3. Fragment Ii, CLIP, zůstává asociován, aby bránil navázání peptidů. Odstranění CLIPu je katalyzováno HLA-DM. Je navázán peptid.

JINÉ PŘÍPADY PREZENTACEJINÉ PŘÍPADY PREZENTACE

• SUPERANTIGENY

• PREZENTACE GLYKOLIPIDŮ

• ZKŘÍŽENÁ PREZENTACE

SUPERANTIGENY

• stimulují 5 – 30% T buněk

• nevyžadují zpracováníTCRV regions

nevyžadují zpracování v APC

• váží β řetězec TcR

Superantigen

β

Příklady:STAFYLOKOKOVÝ

MHCClass II

ENTEROTOXIN (SE)

TOXIN TOXICKÉHO ŠOKOVÉHO SYMPTOMU (TSST)

STREPTOKOKOVÝ PYROGENNÍ EXOTOXIN (SPE)

Prezentace glykolipidů CD1VLASTNOSTIVLASTNOSTI

• CD1- podobná MHC I asociovaná s β2m

Polar cap

TCRV regionsαβ or γδ

• hlubší žlábek• antigenní fragment (z mykobakterií)

iká d h

Non-polar

Glycolipidantigen

Polar cap vzniká v endosomech

EXPRESE CD1: dendritické buňkyNon-polar

tail CD1

dendritické buňkymonocyty

PREZENTUJE FRAGMENTY:

β2m

PREZENTUJE FRAGMENTY: γδ+ T buňkyαβ+ CD8+ T buňkyβ yαβ+ NK1.1 CD4 + T buňky

Cross-presentation Cross presentation Zkřížená prezentace

Antigen Processing and PresentationAntigen Processing and Presentation

SROVNÁNÍ VLASTNOSTÍ A FUNKCE MHC I a MHC IISROVNÁNÍ VLASTNOSTÍ A FUNKCE MHC I a MHC II

Ch kt i tik MHC I MHC IICharakteristika MHC I MHC II

Struktura α řetězec + β2m α a β řetězce

Domén 1 2 a 3 + β2m 1 2 a β1 β2Domény α1, α2 a α 3 + β2m α1, α2 a β1, β2

Konstitutivní téměř všechny APC buňkybuněčná exprese jaderné buňky (B buňky, dendritické

buňky,makrofágy)

Peptidy vázající uzavřené, otevřené, místo váže 8-9 aminokyselin váže 12-17 aminokyselinmísto váže 8-9 aminokyselin váže 12-17 aminokyselin

tvořené doménami α1 a α2 tvořené doménami α1 a β1

Peptidy Endogenní antigeny Exogenní antigeny, há jí í i i k t b li épocházející z cross-priming katabolizované

v kyselém prostředí

Peptidy CD8+ T buňkám CD4+ T buňkámp yprezentované

celiakie

MHC A CHOROBY

celiakie

MHC A CHOROBY

Reiterův syndrom Bechtěrevova choroba

PEPTIDY PREZENTOVANÉ MHC IIRŮZNÉ ALELY MHC PREZENTUJÍ RŮZNÉ ANTIGENNÍ FRAGMENTYRŮZNÉ ALELY MHC PREZENTUJÍ RŮZNÉ ANTIGENNÍ FRAGMENTY

HLA a choroby

Frequence alely (%)Onemocnění HLA alela pacienti kontroly odds

Bechtěrevova choroba B27 >95 9 >150

q y ( )

Reiterův syndrom B27 >80 8 >40

Akutní přední uveitida B27 68 9 >20

Narkolepsie DQ6 >95 33 >38Narkolepsie DQ6 >95 33 >38

Celiakie DQ2 99 28 >250

Congenital adrenal Bw47 25 0.2 80-150 hyperplasia

BCH – u 5% B27 pozitivních jedinců se vyvine choroba (20% subklinické projevy)BCH – u 5% B27 pozitivních jedinců se vyvine choroba (20% subklinické projevy)

Resistence k HIV

HLA

•Větší heterozygozita v HLA I. třídy zpomaluje vývoj choroby

•vzácné HLA ochrana•vzácné HLA ochrana

Kandidátní geny

GENY MODIFIKUJÍCÍ PRŮBĚH MALOMOCENSTVÍ

A i l l HLA II tříd f ě íAsociace alel HLA II. třídy a formy onemocnění

FORMA ALELA POPULACE• Tuberkulozní DQw1 Indie, Thajsko , JaponskoTuberkulozní DQw1 Indie, Thajsko , Japonsko

DR3 Mexiko, Surinam, VenezuelaDQB1, DQB2, DRB1 BrazílieDRB1*1502 Indie

• Lepromatozní DQw1 Indie, Japonsko, VenezuelaDRB1*1501 Indie

MECHANISMUS?• MECHANISMUS?• vyšší afinita HLA a peptidů ⇒ silnější proliferace T buněk a vyšší produkce IFNγ ⇒ tuberkulozní formaprezentace peptidů v kontextu specifických HLA může véstp p p p ýk aktivaci supresorických/regulačních T buněk

MHC

• obrana proti infekcím

• transplantace• transplantace

t i it • autoimunita • alergie

• nádorová onemocnění