Systém HLA a prezentace antigenu

1. Systém HLA a prezentace antigenu Ústav imunologie UK 2.LF a FN Motol

2. Nobelova cena za fyziologii a medicínu 2013 7.října 2013

3. Membrane transport into and out of the cell 2010 Nature Education

4. Struktura a funkce HLA • historie • struktura HLA genů a molekul • funkce HLA molekul • nomenklatura HLA systému • HLA asociace s nemocemi • prezentace antigenu

5. HLA - vývoj imunity • HLA jsou membránové glykoproteiny, které představují vrchol organizace fungování imunitního systému • ve vývoji imunitního systému se objevují až u obratlovců

6. Evoluce imunity mechanismy rozpoznání vlastních komponent a určité možnosti obrany organismu nacházíme i u velmi jednoduchých organismů miliardy let 4.5 3.5 procaryota, bakterie 1.5 eukaryota 0.5 mnohobuněčné org.

7. Evoluce imunity ve vývoji druhů procaryota restrikční endonukleázy zničí cizí DNA vlastní DNA je chráněna metylací enzymů bezobratlí mechanismy rozpoznání vlastních struktur hojení ran, adhes, agregace buněk, fagocytóza antimikrobiální látky, lektiny, lysozym obratlovci lymfatické tkáně disperzní - ryby a obojživelníci lymfatické orgány - savci histokompatibilní komplex imunoglobuliny a buňky imunitního systému

8. HLA - MHC • HLA molekuly jsou zodpovědné za histokompatibilitu - slučitelnost tkání • kombinace HLA molekul je unikátní u každého jedince • jediný příklad shody HLA molekul představují jednova- ječná dvojčata • HLA molekuly jsou zodpovědné za odvržení transplantátu • histokompatibilní molekuly v této situaci fungují jako antigeny, které vyvolají imunitní odpověď zaměřenou na odvržení štěpu • v této souvislosti se tyto molekuly nazývají transplantační či histokompatibilní antigeny .

9. struktura HLA molekul • HLA molekuly se dělí na 2 hlavní třídy, a to HLA molekuly I. a II. třídy • HLA molekuly obou tříd jsou glykoproteiny, heterodimery, složené ze dvou řetezců, z nichž alespoň jeden je polymorfní • struktura HLA molekul obou tříd umožňuje vazbu antigenu a kontakt s receptory T lymfocytů

10. HLA molekuly I. třídy • HLA molekuly I. třídy se skládají ze 3 částí • transmembránový glykoprotein, nazývaný těžký řetězec, který má transmembránovou část a 3 domény extracelulární, nazývané a1, a2 a a3. • a1, a2 domény jsou polymorfní částí HLA molekuly I. třídy • tyto domény mají uspořádání, které umožňuje vazbu antigenního peptidu • těžký řetězec je nekovalentně spojen s b2mikroglobulinem, nepolymorfním řetezcem HLA molekuly I. třídy • třetí součástí HLA molekuly je peptid, vázající se do vazebného místa tvořeného a1a a2 doménou

11. struktura HLA molekul I. třídy • HLA molekuly I. třídy se skládají z • těžkého a řetezce • b-2 microglobulinu • peptidu

12. HLA A,B,C • Lidé mají na povrchu svých buněk 3 druhy klasických HLA molekul I. třídy, nazývané HLA-A, HLA-B, a HLA-C. • Tyto typy se liší pouze složením svého těžkého řetězce, b2 mikroglobulin je stejný. • HLA molekuly I. třídy jsou exprimovány na všech jaderných buňkách těla. • HLA I.třídy nejsou exprimovány na erytrocytech, téměř nebo v nepatrné míře jsou exprimovány na buňkách CNS. • Geny kódující těžké řetězce HLA molekul I. třídy se nacházejí na 6. chromozomu v oblasti MHC.

13. HLA molekuly II. třídy • HLA molekuly II. třídy se skládají z dvou transmembránových gylkoproteinů, nazývaných a a b řetězec. Oba dva řetězce jsou polymorfní. • HLA molekuly II. třídy se nacházejí ve 3 typech, pojmenovaných HLA DR, DP a DQ. • Tyto molekuly jsou kódovány geny na 6 chromozomu, v oblasti HLA D. • Molekuly HLA II. třídy jsou exprimovány velmi omezeně na buňkách prezentujících antigen. Exprese HLA II. třídy je indukovatelná, při zánětu je mohutně stimulována.

14. Struktura HLA molekul II. třídy • HLA molekuly II. třídy se skládají ze 2 polymofrních, transmembránových řetězců a navázaného peptidu.

15. Struktura HLA molekul I. a II.třídy HLA I. třídy HLA II.třídy

16. HLA a peptidy • antigenní peptidy ve vazebných místech HLA molekul • I.třídy • II.třídy

17. HLA geny chromozom 6 • mezi HLA III.třídy patří složky komplementu, TNF, HSP a další • HLA DR je polymorfní pouze beta řetězec HLA oblast D HLA III.třídy B C E A G F DP DQ DR

18. HLA haplotypy • Haplotyp je kombinace alel každého HLA locusu na jednotlivém chromozomu. • U HLA molekul I. třídy dědíme každý ze 3 typů těžkých řetězců od každého rodiče. • Každý, pokud není homozygotní pro některou z alel, tedy exprimuje na svých buňkách 6 různých typů HLA molekul I. třídy. A B C A B C A B C A B C A B C A B C

19. HLA polymorfismus • Geny HLA jsou nejvíce polymorfní ze všech známých systémů. V současné době jsou známy desítky alelických variant každého typu. Z těchto variant každý dědí v každém typu 2 alely, což dohromady tvoří tisíce možných kombinací. • Diverzita je patrná na příkladu studie HLA typizace 1000 dárců krve, provedené v USA. Typizace byla provedena pouze pro HLA A a B. • u více než poloviny byl nalezen unikátní HLA haplotyp • 111 dárců mělo takový haplotyp u HLA A a B, že jej sdíleli pouze s 1 osobou v celé skupině • nejčastější haplotyp (HLA-A1, HLA-A3, HLA-B7, and HLA-B8) byl v celé skupině nalezen u 11 dárců

20. HLA typizace Sekvence lidského MHC systému je nyní kompletně známa. Konsortium laboratoří oznámilo v říjnovém čísle Nature v roce 1999 dokončení sekvence 3,673,800 nukleotidů na chromozomu 6, ze kterých se skládá MHC systém a kde jsou zahrnuty i další geny s důležitou funkcí v reakcích imunitního systému.

21. HLA nomenklatura HLA Alleles Assigned July 2012 There are currently 8159 HLA alleles described by the HLA nomenclature and included in the IMGT/HLA Database.

22. HLA nomenklatura

23. HLA a prezentace antigenu • Histokompatibilní antigeny byly objeveny díky své úloze v transplantačních reakcích. • Základní funkcí HLA molekul však je prezentace antigenu, který je v této souvislosti rozpoznáván T lymfocyty.

24. Imunitní systém TCD4 B TCD8 plasm.b. obecné obranné mechanismy vrozená imunita získaná imunita

25. HLA a antigeny • antigeny, které jsou předkládány imunitnímu systému v kontextu s HLA molekulami, pocházejí jednak z extracelulárního prostředí, tak zvané vnější antigeny, jednak jsou lokalizovány uvnitř buňky, tak zvané vnitřní antigeny. • povaha vnitřních a vnějších antigenů se výrazně liší, každý indukuje zcela jiný typ imunitní reakce • vnitřní antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA I. třídy • vnější antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA II. třídy

26. Prezentace antigenu • Antigeny jsou molekuly, které vyvolají imunitní odpověď. • Antigeny jsou většinou proteiny či glykoproteiny, nebo polysacharidy. • Antigeny pocházející z vnějšího prostředí se do organismu dostanou přes gastrointestinální trakt, respirační trakt, kůži nebo arteficiálně např. injekčně. • Antigeny vnitřní se nacházejí přímo v buňkách, může se jednat např. o proteiny kódované virovými geny nebo proteiny kódované mutovanými geny v nádorově změněných buňkách.

27. lysozom APC ER, Golgi HLA II.třídy antigen TCR CD4 T lymfocyt Antigen prezentující buňky a T lymfocyty • K iniciaci imunitní odpovědi je nutné rozpoznání antigenu T lymfocyty • Povaha imunitní odpovědi je určována druhem prezentovaného antigenu. • prezentace exogenního antigenu

28. APC ER, Golgi HLA I.třídy antigen TCR CD8 T lymfocyt Antigen prezentující buňky a T lymfocyty • K iniciaci imunitní odpovědi je nutné rozpoznání antigenu T lymfocyty • Povaha imunitní odpovědi je určována druhem prezentovaného antigenu. • prezentace endogenního antigenu

29. Exogenní antigeny • Exogenní antigeny jsou zpracovány profesionálními antigen prezentujícími buňkami. • Mezi tyto buňky patří • fagocytující buňky - makrofágy, dendritické buňky • B lymfocyty • Všechny tyto buňky exprimují HLA II. třídy.

30. Zpracování exogenních antigenů • antigen se do buňky dostává endocytózou • je zpracován v endocytárním kompartementu buňky • zde je degradován na fragmenty • ve stejném kompartmentu je navázán na HLA molekulu II. třídy • jako komplex je vystaven na povrchu buňky • komplex HLA II. třídy a antigenu je rozpozán CD4+ lymfocyty

31. CD4+ Cesta zpracování exogenních antigenů s HLA molekulami II. třídy APC Komplex HLA molekuly II. třídy a antigenu se tvoří v endosomálním kompartmentu buňky v několika krocích • HLA molekula II. třídy je tvořena v endoplasmatickém retikulu z 2 řetězců • v ER je stabilizována invariatním řetězcem • tento komplex putuje do Golgi aparátu a do endosomů • zde je invariatní řetězec aktivně odstraněn působením HLA DM • antigen je vložen do vazebného místa HLA molekuly II. třídy • komplex HLA a antigenu putuje na povrch buňky • komplex HLA-antigen je v této souvislosti rozpoznán CD4 pozitivním lymfocytem endozom Golgi ER

32. Endogenní antigeny • Antigeny jsou proteiny vznikající uvnitř buněk. • Antigeny jsou degradovány na peptidy v cytoplasmě za pomoci proteazomu • vybrané peptidy jsou aktivně transportovány do endoplasmatického retikula činností struktury zvané TAP (transport associated protein) • v endoplasmatickém retikulu se formuje komplex HLA a řetězce, b2 mikroglobulinu a antigenu • tento komplex HLA I.třídy a antigenu putuje buňkou přes Golgiho aparát na povrch • zde je připraven na kontakt s CD8+ lymfocytem • buňka je CD8+ lymfocytem zničena

33. Endogenní cesta prezentace antigenu • HLA antigeny I. třídy jsou exprimovány na všech jaderných buňkách • komplex HLA I. třídy a antigenu se skládá z • a řetězce • b2mikroglobulinu endogenního antigenu • na povrchu buňky se setkává s CD8+lymfocytem

34. TAP proteazom • Transport associated protein - TAP je struktura zodpovědná za přenos antigenních peptidů z cytoplasmy do endoplasmatického retikula. • proteiny jsou v cytoplasmě degradovány proteazomem na peptidy • peptidy jsou zachyceny TAP a transportovány do ER • v ER jsou tyto peptidy spojeny s HLA I. třídy a transportovány přes Golgiho aparát na povrch buňky • . TAP

35. Cesty zpracování antigenu endogenní antigeny, HLA I.třídy exogenní antigeny, HLA II.třídy

36. Cross-presentation

37. B lymfocyt CD4 T lymfocyt B lymfocyty • B lymfocyty zpracovávají antigen exogenní cestou ve spojení s HLA molekulami II. třídy. • Proces zpracování antigenu se však v některých zásadních bodech liší od cesty využívané fagocytujícími buňkami.

38. B lymfocyt BCR • B buňky zachycují antigeny procesem receptorem mediovanou endocytózou • B buňky mohou touto cestou zachytit exogenní antigeny s vysokou afinitou • další kroky jsou shodné s exogenní cestou prezentace antigenu • zúčastněná CD4+ buňka sekretuje cytokiny • tím je B lymfocyt aktivován a produkuje odpovídající protilátky

39. B lymfocyt plasmatická buňka CD4 T lymfocyt Protilátky produkce protilátek cytokiny

40. APC CD3 iontové kanály T lymfocyt signální cesty fosforylace proteinů proteinkinázy Signální cesty, aktivace buněk

41. lysozom APC APC ER, Golgi ER, Golgi B lymfocyt HLA I.třídy antigen TCR HLA II.třídy antigen TCR CD8 CD4 CD4 T lymfocyt T lymfocyt T lymfocyt Souhrn-cesty prezentace antigenu HLA II.třídy antigen TCR endogenní exogenní B lymfocyty destrukce buňky rozvoj imunitní odpovědi sekrece protilátek

42. Antigenní prezentace a T lymfocyty

43. Polarizace T lymfocytů

44. Polarizace T lymfocytů

45. Prezentace antigenu a transplantace

46. Prezentace antigenu a infekce

47. Prezentace antigenu a autoimunita

48. Prezentace antigenu a nádory

49. Prezentace antigenu a vakcíny

50. Prezentace antigenu - souhrn