Antigénfelismerés

1. Antigénfelismerés Készítette: Weisz Lívia és Rácz Rita

2. Az ellenanyag-molekula szerkezete • Az ellenanyagokat immunglobulinoknak nevezzük (Ig). Az immunglobulinok jellegzetes doménstrukturájú polipeptidláncokól fölépülő molekulák, melyek a felismerést és az effektorfunkciók kiválasztását egyaránt lehetővé teszik. Szerkezeti felépítésének tanulmányozása 1950-es években kezdődött, kiderült, hogy nemcsak antigénfelismerő sajátosságú molekulák, hanem más receptorok, adhéziós molekulák és számos ma még ismeretlen funkciójú molekula rendelkezik az immunglobulinokhoz hasonló doménszerkezettel.

3. A molekuláknak ez a csoportja alkotja az immunglobulin-famíliát. Az immunglobulinok szerkezetének tanulmányozása, az ellenanyag-szerkezete és- funkció összefüggéseinek, a felismerés és információ továbbítás biokémiai alapjainak megismerése szempontjából is fontos.

5. Immunglobulinok • Egy adott antigén által kiváltott humorális immunválasz során az antigénfelismerő B-sejtek proliferálódnak, majd plazmasejtekké differenciálódnak. Ezek nagy mennyiségben termelik az antigént fajlagosan felismerő és azzal kölcsönhatásba kerülő ellenanyag-molekulákat, amelyek az antigén elpusztítását és eltakarítását biztosító effektor funkciók aktiválására képesek. • Paul Ehrlich 1900-ban fogalmazta meg oldallánc-elméletét e szerint ugyanazok a molekulák, melyek antigént felismerő receptorként a sejtfelszínen megtalálhatók, az antigénnel való kapcsolódás után nagy számban jelennek meg a membránon, majd leválva ellenanyagként a keringésbe kerülnek.

6. Ig jellemzése • Az Ig-molekulák a B-sejtek membránján az antigént kötő receptorkomplex felismerő egységeként a vérbe és egyéb testfolyadékokba szolubilis ellenanyagokként fordulnak elő. • Az Ig-k megfelelő ellenanyagokat tartalmazó vérsavókkal szerológiailag jellemezhetők. Ilyen immunsavók ún. izotípusok, melyek egy adott faj valamennyi egyedében előfordulnak. Az izotípus-sajátosságok és a molekula fajlagos funkciója között nincs összefüggés. • Ugyanazon faj egyes egyedeinek azonos izotípusos Ig molekulái allélok által meghatározott determináns csoportokat hordozhatnak, Ig-k allotípusai különböztethetők meg.

7. Minden Ig molekula egyedi, csak az adott B-sejt-klón által termelt molekulapopulációt jellemző determinánsokat hordoz, ezek az idiotípusos determinánsok.

8. Ellenanyag molekulák általános szerkezete • Az Ig-molekulák szerkezetére egy négy polipeptidláncból álló, heterodimer egység jellemző, amelynek felépítésében két, egymással azonos könnyű és nehéz polipeptidlánc vesz részt.

9. Az Ig osztályok jellemzése • IgG az ellenanyagok 75%-át alkotja, másodlagos immunválasz során képződő ellenanyagok zöme ez. Ebbe az osztályba tartozik a legtöbb antibakteriális ellenanyag, számos vírusellenes antitest. IgG átjut az emberi placentán az anyaszervezetéből a magzatéba. • IgM az újszülöttben először általában ebbe az osztályba tartozó ellenanyagok képződése indul meg, az elsődleges immunválasz során általában ez termelődik.

10. IgA különböző szekrétumok (nyál, könny, epe, bélnedv) legfontosabb Ig komponense. • IgD azIgM-mel együtt érett B-sejt felszínén van jelen, csak mielómás betegek szekrétumában mutatták ki. • IgE fontos szerepet játszik a paraziták elleni védekezésben, valamint az allergiás folyamatok kiváltásának kulcsszereplői.

11. Az anya szervezetéből a placentán át a magzatba IgG molekulák jutnak. Az anyai eredetű IgG az újszülött vérében folyamatosan csökken. Anyatejjel táplálkozó újszülött vérében anyai eredetű IgA mutatható ki.

12. Az antigénkötő hely Az antigénkötő helyre vonatkozó vizsgálatokból (szekvencia analízis, affinitásjelölés), arra lehet következtetni - hogy az antigénkötő hely kialakításában a VL és VH hipervariábilis részek egyaránt részt vesznek – térszerkezet függ ezekben a régiókban található aminosavmaradékok számától és természetétől - a régiókban spontán mutáció vagy irányított mutagenézissel változtathatják meg a kötőhelyet. Az antigénkötő hely a molekulák felszínén található, „zseb” formában.

13. Antigén-antitest kapcsolódás • Az antigén és ellenanyag kapcsolódásának feltétele, hogy megfelelő közelségbe kerüljenek egymással, és kialakulhassanak az immunkomplexeket összekötő nem kovalens kölcsönhatások, pl H-kötés • Az antigén-antitest kapcsolódás legegyszerűbb formája, amikor univalens ligandum reverzibilisen kapcsolódik az Ig antigénkötő helyéhez. Az egy Ig-molekulához a telítettség állapotában kapcsolódó univalens ligandumok száma fejezi ki az ellenanyag valenciáját. • A kötő hely és a monovalens ligandumok kapcsolódása reverzibilis. Az antigén-antitest kapcsolódás főbb jellegzetessége a specifitás.

14. Precipitációaz oldott antigén és a specifikus ellenanyag kölcsönhatásának eredményeképpen képződik, melyben az antigén-és ellenanyag-molekulák aránya változó. • Precipitációs görbe: oldott antigén és ellenanyag kölcsönhatását követően immunkomplex képződik.

15. Agglutináció létrejön ha nem oldott antigének, hanem részecskék reagálnák ellenanyagokkal, az antigén-antitest felületén zajlik le. • Az agglutináció annak a következménye, hogy az Ig-molekulák egyik antigénkötő helye az egyik, a másik antigénkötő helye a másik sejt felületén lévő epitophoz kapcsolódik.

16. Szomatikus mutáció • Az Ig-k génátrendeződése eredményeként kialakuló szerkezeti sokféleség. • A szomatikus mutációk biztosítják jelentős részben az ellenanyagok affinitásérését, valamint az antitestek fajlagosságában bekövetkező változásokat is. • A szomatikus mutációk lényegesen nagyobb számban következnek be a másodlagos immunválasz során képződő IgG-ellenanyagokban, mint az elsődleges válasz folyamán termelődő IgM-molekulában

17. Az antigének T-sejtek által való felismerése • Ellentétben a B-limfocitákkal, melyek elsősorban az intakt antigének konformációs determinánsaival reagálnak, a T-limfociták a fehérjeantigénekből az antigénprezentáció során képződő peptideket az MHC-molekulákkal komplexben ismerik fel. • A járulékos vagy antigénprezentáló sejtek (ATC) szerepe a T-limfociták működésében sokrétű pl. citokinek segítségével szabályozzák a T-sejtek aktivációját is.

18. A T-sejtek MHC által korlátozott antigénfelismerése • Az érett T-sejtek saját MHC molekulákhoz kötött peptidek felismerésére képesek, ha ugyanaz a peptid más MHC kötődik vagy az MHC egy másik peptiddel képez komplexet az APC és a T-sejt kapcsolata nem jön létre .A TCR kettős specifitása azt jelenti, hogy a kapcsolat sem a peptiddel sem az MHC-vel nem alakulhat ki, az csak az adott MHC-peptidkomplexszel jöhet létre.

19. MHC I molekula szerkezete • A valamennyi magvas sejten megjelenő MHC I glikoproteinek két polipeptid láncból felépülő heterodimer molekulák • A nagy genetikai polimorfizmust mutató α- vagy nehézlánc az MHC génkomplex I régiójában található génterméke. • A sejtmembránban az α-lánchoz nem kovalensen kötődő ß2-mikroglobulint egy másik kromoszómán elhelyezkedő gén kódolja, így ez a fehérje nem MHC termék.

20. Az α-lánc szerkezete az 5 doménből felépülő lánc jellegzetes transzmembrán fehérje, melynek extracelluláris részéhez emberben 1 oligoszacharid-molekula kapcsolódik. • Az 1980-as évek egyik legjelentősebb immunológiai eredményét a sejtfelszínről papainos hasítással nyert emberi MHC I (HLA-A2) molekulák extracelluláris fragmentumának röntgenkrisztallográfiás vizsgálata jelentette. • E vizsgálat rámutatott arra, hogy az MHC I térbeli elrendeződés szerint a molekula 2 domérpárt tartalmaz. Az egyik pár α1 és α2, ez a membrántól távolabb eső rész, míg a közelebb eső részt az α3 és ß2 alkotja.

21. MHC I szerkezete Mai ismereteink szerint a felszíni zseb szolgál a fehérjék lebontása során keletkezett peptidek kötőhelyéül, ezért a molekula funkcionális szempontból peptidreceptornak tekinthető.

22. MHC II molekula szerkezete • AZ MHC II molekula két egymással nem kovalens módon kapcsolódó α és ß polipeptid láncból épül fel. • Az MHC II molekula peptidkötő helye térszerkezetét tekintve az MHC I-hez hasonló felépítésű. • Az α1 és ß1 domérpáros alakítja ki, és egy 8 szálú ß redőzött lemez és két α-hélix csavarodott szakasza alkotja az MHC II molekula peptidkötő helyét, míg az MHC I-nél α1, α2 és egy 8 szálú ß redőzött lemez, valamint egy α-hélix csavarodott szakaszából alakul ki.

23. Ábra 109 old 6,9

24. Ábra 110 6 11. Mhc 1 Az MHC I molekula aminosavakat befogadó zsebei a peptid N- és C-terminális aminosavak oldalláncaival alakítanak ki nem kovalens kölcsönhatásokat. A peptid láncvégi-NH2 és COOH csoportjai az α2 és ß domének által kialakított kötőhelye bezáró konzervatív aminosavakkal hoznak létre H-híd kötéseket.

25. MHC IIábra 6-11 Míg az MHC I molekulába illeszkedő peptidek optimális mérete 9 aminosav, az MHC II molekula nyitott kötőhelye hosszabb peptidek kötését is megengedi. Ezek a peptidek az MHC II molekulára jellemzők mély hidrofób zsebbe illeszkednek.

26. Az MHC molekulák biológiai funkciója • Az MHC molekulák legfontosabb biológiai funkciója a szervezetben termelődő vagy oda bekerülő fehérjék részleges lebontásakor keletkező peptidek megkötése és bemutatása a T-sejtek számára. • Az MHC molekulák nem képesek különbséget tenni az immunológiai értelemben vett saját és nem saját fehérjékből származó peptidek között, az antigénből származó peptidek között alapvető szerepet tölt be a T-limfociták antigénfelismerő működésében. Ezért az MHC termékek is az antigénfelismerésben közreműködő molekulák közé sorolhatók.

27. Az MHC fehérjék funkciója lényegét tekintve eltér a fajlagos antigénfelismerő molekulákétól. • Az MHC molekulák sejten belüli útja a peptidkötő képesség függvénye. A peptidkötő funkció biztosítja az MHC molekulák sejtfelszíni megjelenését, ami viszont a T-sejtek felismerő működésének előfeltétele. • Ez felhívja a figyelmet, hogy a fehérjék természetes lebomlása fontos szerepet játszik a saját és nem saját fehérjék közötti különbségtétel folyamatában.

28. Az MHC molekulák peptidekkel alkotott komplexeik fontos szerepet játszanak az immunológiai tolerancia és a TCR- repertoár kialakításában, valamint az antigénekkel és a kórokozókkal szemben kialakuló immunológiai válaszadási képesség minőségi és mennyiségi meghatározásában.

29. Az antigén prezentáció endogén, citoplazmatikus útja • Az MHC I molekulák a DER-ban szintetizálódnak, majd a Golgi-készüléken átjutva különböző poszttranszlációs módosításokon mennek keresztül , és a sejtfelszínre jutnak. • Különleges mutáns sejtek vizsgálatával igazolták, hogy az MHC I molekulák már képződésük helyén, az ER-ban peptideket kötnek meg, és ha erre nincs lehetőségük nem jutnak a sejtfelszínre. • A peptidekkel való elsődleges kölcsönhatásban az MHC I molekuláknak az α-lánca vagy az α-lánc és ß2-mikroglobulin laza komplexei vesznek részt.

30. Az α-lánc a calnexin chaperon fehérjéhez majd a ß2-mikroglobulinhoz kapcsolódik; mindkét kölcsönhatás peptidek megkötésére képes konformációkban tartja a polimorf α-láncot. • A peptidek stabilizálják az α-lánc és ß2 mikroglobulin által képzett dimert, ami a Golgi-rendszeren át kikerül a sejtfelszínre. A citoplazmában a proteaszóma enzimkomplex közreműködésével képződő peptidek a TAP szállítófehérje segítségével kerülnek be az ER üregébe. • A saját és az antigén eredetű peptidek egymáshoz viszonyított arányuk és a peptidkötő helybe való kötődési képességüktől függő mennyiségben jelennek meg a sejtfelszínen.

31. 115old. 6.13

32. Az antigén prezentáció exogén, endoszomális útja • MHC II membránfehérjék polimorf α- és ß-láncai az ER-ban szintetizálódnak. A láncok megfelelő párosodását az ER-ban képződő invariáns lánc (Ii) biztosítja, amely olyan chaperonként működik, ami a peptidkötő helyet az itt előforduló peptidek számára nem hozzáférhető konformációban tartja. • Az Ii harmadik funkciója, hogy az αß-láncból álló dimereket az endolizoszóma rendszer speciális vezikulumaiba irányítja, ahol az Ii lehasad. Az Ii végső hasítási terméke a CLIP mindaddig kötve marad, míg azt valamilyen erősebben kötődő peptid le nem szorítja.

33. Ábra 117old 614

34. MHC-fehérjék sejtfelszíni megjelenésének gátlása vírussal fertőzött vagy tumoros sejtekben • A hibás működésű, gyorsan osztódó rákos vagy vírussal fertőzött sejtek egyik leghatékonyabb rejtőzködési lehetősége a citotoxikus T-sejtek által való felismerés és lízis elől az MHC I típusú fehérjék korlátozott vagy teljesen gátolt sejtfelszíni kifejezése. • Többféle tumorsejt, így melenoma esetében is igazolták, hogy elsősorban az áttétek képzésére hajlamos sejteken nem mutatható ki a I osztályba tartozó MHC-molekulák. Ennek hátterében a ß2-mikroglobulin vagy az α-láncot kódoló gén valamilyen hibája áll.

35. A génátírás, a transzláció, a fehérjeszintézis szintjén történő változás is okozhatja a ß2-mikroglobulin vagy az α–lánc nem megfelelő szintézisét. A szállítási folyamatok gátlása, a TAP1/2 gének hibás működése az MHC I molekulák sejtfelszínre kerülését akadályozza meg, és az MHCI sejten belüli halmozódását idézi elő. Ez gátolja a tumorspecifikus Tc-sejtek felismerő és effektor működését

36. Az MHC és betegségek • Az MHC-gének teljes hiányával járó betegségek az emberi populációba nincsenek, ami arra utal, hogy a gének által kódolt fehérjéknek feltételezhetően olyan fontos szerepük van, hogy teljes hiányuk végzetes a magzat fejlődésére. • De mégis előforduló betegség az ún. „csupasz limfocita szindróma” (BLS). E kórkép jellemzője, hogy a betegek semmilyen sejtjén nem lehet kimutatni felszíni MHC II molekulákat és a megfelelő mRNS sincs jelen.

37. Köszönjük a figyelmet!!