A T-SEJTEK ANTIGÉNFELISMERÉSÉNEK ALAPJAI

1. A T-SEJTEK ANTIGÉNFELISMERÉSÉNEK ALAPJAI

2. I.1. A T-limfociták antigént felismerő működésének sajátosságai • A T-limfociták a fehérjeantigénekből az antigénprezentáció során képződő peptideket az MHC-molekulákkal komplexben ismerik fel. A T-sejtek aktiválódásához ugyanabból az egyedből származó, fehérjeszintézisre és anyagcserére képes akcesszorikus sejtek (makrofágok, B-limfociták) közreműködése is szükséges. A saját járulékos (antigénprezentáló=APC) sejtek csak olyan, más egyedből származó sejtekkel pótolhatók, amelyek a fő hisztokompatibilitási génkomplex gének azonos alléljait hordozzák, vagyis kompatibilisak. Ezt a törvényszerűséget MHC-korlátozásnak nevezzük. • Mai tudásunk szerint a T-limfociták a szervezet saját APC-iben képződő olyan antigénfragmentumok, azaz peptidek felismerésére képesek, amelyek az MHC-molekulákkal komplexben jelennek meg a sejtek felszínén. • Antigénből származó peptidek magában az APC-ben képződő kóros fehérjékből, az APC-ben szaporodó kórokozókból, vagy pedig a sejten kívüli környezetből az APC-be kerülő idegen fehérjékből, patogének mérgező termékeiből (toxinokból) képződhetnek. • Az APC-k szerepe a T-sejtek által való antigénfolyamatában kettős:

3. a fehérje természetű antigén az APC-ben enzimek limitált proteolitikus hatásának következtében jelentősen átalakul. E folyamatok eredményeként különböző méretű fehérjefragmentumok, peptidek képződnek, • az ily módon képződött peptidek a sejten belül találkoznak az ugyanabban az APC-ben termelődő MHC-molekulákkal és azokkal komplexeket képeznek. Az MHC-molekulák az adott antigénből származó peptideket a sejt felszínére szállítják és így az antigénfeldolgozás eredményeképpen kialakuló MHC-peptid komplexek az APC membránján jelennek meg. Az APC ezáltal alalmassá válik arra, hogy a feldolgozott antigént a megfelelő receptorral rendelkező T-sejtek számára bemutassa (prezentálja).

4. I.2. A fő hisztokompatibilitási génkomplex (MHC) termékei • A klasszikus MHC-géneknek két fő régióját, az MHCI és az MHCII osztályba tartozó géneket magukba foglaló DNS-szakaszokat különítjük el: a két régióban található klasszikus MHC-gének által kódolt, membránon megjelenő glikoproteineket a génkomplex alapján MHC-fehérjéknek nevezzük. • Az MHCI-gének a szervezet szinte minden sejtjének felszínén megjelenő MHCI glikoproteinek szintéziséért felelősek. Az MHCII-gének termékei, az MHCII membránfehérjék ezzel szemben csak bizonyos sejteken, elsősorban az immunrendszer működésében részt vevő sejteken jelennek meg. • Az MHCI és MHCII membránfehérjéket is hordozó sejteket „hivatásos antigénprezentálósejteknek” nevezzük, mivel az MHCI molekula közvetítésével a Tc, az MHCII molekula közvetítésével pedig a TH –sejtek számára is képesek peptideket prezentálni.

5. A klasszikus MHC-gének elrendeződése és a két régióban elhelyezkedő gének száma fajonként eltérő. Az MHC-gének közös, minden gerinces fajra jellemző sajátsága a poligenitás, vagyis az, hogy mindkét régióban több, feltételezhetően génmanipulációval keletkezett gén helyezkedik el. A másik ilyen közös sajátság, hogy a szervezetet felépítő más fehérjékhez viszonyítva az MHC-fehérjékre sokkal nagyobb fokú genetikai polimorfizmus jellemző. Ennek lényege, hogy mindkét MHC-osztályba tartozó génnek sok, a filogenézis során kialakult mintegy 50-100 különböző allélja van.az MHC-gének termékei így a gerinces szervezetek legnagyobb polimorfizmust mutató fehérjéi. Az MHC-gének alléljai az utódokban mendeli öröklésmenet szerint öröklődnek, azaz a szülőktől öröklött összes allél terméke kifejeződik. Így a szülőktől öröklött, genetikailag meghatározott MHC-mintázat az egyed sejtjeire jellemző, és az élet során nem változik. Egy adott fajon belül azonban az egyedek között nagymértékű az MHC-gének sokfélesége, így a faj egyedeiben, az allélok számától függően csak meghatározott gyakorisággal találunk azonos géneket. Ezért az adott faj teljes populációjára a nagyfokú genetikai sokféleség jellemző.

6. Az MHC felfedezése • Az MHC-géneket a szövet-, ill. szervátültetés törvényszerűségeinek tanulmányozása során 1940-ben írták le, amikor bebizonyosodott, hogy agy faj egyedei közötti allotranszplantáció alkalmával tapasztalható szövet-, ill. szervkilökődés a bevitt szövetek elleni immunválasz következménye. Azokat az antigéneket, amelyek meghatározzák, hogy a donorból átültetett szövet immunológiailag kompatibilis-e a recipienssel, hisztokompatibilitási antigéneknek, az ezeket kódoló géneket pedig hisztokompatibilitási géneknek nevezték. Az ún. minor hisztokompatibilitási antigének gyenge immunválaszt indukálnak, amelyek késői kilökődést váltanak ki. A szöveti kompatibilitás tekintetében jelentősebbek az azonnali kilökődést kiváltó major hisztokompatibilitási antigének, az ezeket kódoló gének az MHC-régióban találhatóak.

7. I.2.1.A klasszikus MHC-gének által kódolt polimorf membránfehérjék szerkezeti jellegzetességei • A klasszikus MHCI és MHCII fehérjék térszerkezetük alapján igen hasonlóak. Jellegzetes felépítésű molekulák, melyeknek membrántól távol eső részén sajátos peptidkötőhely található. Ennek kialakításában a polipeptidláncok szabályosan rendeződött • ß-lemezei és -hélixbe csavarodott szakaszai vesznek részt. Az MHC molekulák szerkezeténekfilogenetikai vizsgálata egyértelműen igazolta, hogy ezek az ősi és nagyon konzervatív felépítésű molekulák szerkezetük állandóságának megőrzése mellett a peptidkötő hely kialakításában rendkívüli változatosságot mutatnak. Ennek genetikai alapja a poligenitás és a fajon belüli allelikus változatok nagy száma.

8. I.2.2. Az MHCI molekula szerkezete • Az MHCI glikoproteinek két polipeptidláncból felépülő heterodimer molekulák. A nagy genetikai polimorfizmust mutató - vagy nehézlánc az MHC génkomplex I régiójában található gének terméke. A sejtmembránban az -lánchoz nem kovalensen kötődő ß2-mikroglobulint egy másik kromoszómán elhelyezkedő gén kódolja, így ez a fehérje nem MHC-termék.

9. I.2.3. Az MHCII molekula szerkezete • Az MHCII molekula két, egymással nem kovalens módon kapcsolódó, - és ß-polipeptidláncból épül fel. Az MHCI osztályba tartozó fehérjékhez hasonlóan, az MHCII molekulák is transzmembrán glikoproteinek.

10. I.3 Az MHC molekulák peptidkötő funkciójának szerkezeti alapja • Az MHCI és MHCII molekulák térszerkezetének tisztázása az alábbi fontos információkat szolgáltatta: • a peptidek megkötéséért elsősorban a molekula felszínén elhelyezkedő peptidkötő hely „zsebei” felelősek • a molekula felszíni bemélyedése T-sejtek jelenléte nélkül is tartalmaz peptideket • egy adott aminosavszekvenciával rendelkező MHC-molekula többféle peptid megkötésére képes • az MHC molekula a szervezet saját és nem saját fehérjéiből származó peptidek megkötésére is alkalmas, így nem rendelkezik antigénspecifitással. • Egy adott allélt képviselő, meghatározott aminosavszekvenciával és peptidkötő hellyel rendelkező MHC-molekula, nagyszámú, bizonyos szerkezeti feltételeknek megfelelő peptid megkötésére képes. Így az MHC-molekulák olyan peptidkötő receptorok, amelyek bár nem tudnak különbséget tenni a szervezet számára elfogadható és antigén eredetű peptidek között, de képesek azok megkötésére.

11. Az MHC-molekulákhoz kötődő peptidek sajátságai • Egy adott szerkezetű MHC-molekula egyetlen peptidkötő helyét 300-500 különböző szekvenciájú peptid foglalja el. • Az MHCI molekulákhoz kötődő peptidek mérete szigorúan meghatározott; a legtöbb esetben 9, kivételesen 8 vagy 10 aminosavból állnak. Másik jelleegzetességük, hogy tulajdonságaikban hasonló ún. horgonyzó aminosavakat tartalmaznak, míg a szekvencia többi része igen eltérő lehet. • Az MHCI-peptid komplexek szerkezeti vizsgálata azt igazolta, hogy a peptidek kinyújtott konformációban úgy illeszkednek a kötőhelybe, hogy a peptid két végét képező aminosavak mélyen rejtve vannak. A kölcsönhatásokat egyrészt a peptidváz és az MHCI molekula konzervatív aminosavai alakítják ki, míg a horgonyzó aminosavak oldalláncai az allélokra jellemző „zsebekbe” illeszkednek. A kötőhelyből, a peptid hosszától és szekvenciájától függő mértékben, csak a peptid középső aminosav-oldalláncai türemkednek ki • MHCII molekulákhoz kötődő peptidek mérete kevésbé korlátozott, de a különböző méretű, sokszor átfedő peptidek szintén jellemezhetők bizonyos szekvenciabeli szabályszerűségekkel. Mivel az MHCII molekulák 9-25 aminosavból álló, viszonylag hosszú peptidek megkötésére képesek, a motívumok azonosítása lényegesen nehézkesebb. Az MHCII molekulákhoz kötődő peptidek legjellegzetesebb sajátsága, hogy az 1. pozícióban általában aromás vagy alifás aminosav telálható. Ezenkívül még legalább 2 vagy 3, adott távolsagban lévő horgonyzóhely bizonyult fontosnak.

12. Az allélspecifikus motívumok azonosítása • E módszer lényege, hogy különböző MHC-allélokat hordozó sejtekről, megfelelő preparatív módszerekkel a természetes környezetben kötődő saját peptidek leoldhatók és szekvenciájuk nagy érzékenységű tömegspektrometriás módszerrel meghatározható. A kísérlet párhuzamosan pl. vírussal fertőzött sejttel is elvégezhető és így a kötődő, vírusból származó peptidek is azonosíthatók.

13. Az MHC-peptid kölcsönhatás jellegzetességei • Az MHC molekulák és a peptidek közötti kölcsönhatás során elsősorban a kötőhelyért való versengésé a meghatározó szerep. Ez a találkozás helyén rendelkezésre álló peptidek aminosav-szekvenciájától és egymáshoz viszonyított koncentrációjától, valamint a kötés erősségétől függ. Az ún. győztes peptidek már nagyon nehezen távolíthatók el az MHC molekulák kötőhelyéről. A kialakult stabil MHC-peptid kapcsolat a továbbiakban megvédi a kötött peptideket a teljes enzimatkus lebontástól, valamint biztosítja az MHC molekulák sejtfelszínre jutását.

14. I.4. 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 bár az MHC-molekulák nem képesek különbséget tenni az immunológiai értelemben vett saját és nem saját fehérjékből származó peptidek között, az antigénből származó peptidek megkötésével alapvető szerepet töltenek be a T-limfociták antigénfelismerő működésében. Ezért az MHC-termékek is az antigénfelismerésben közreműködő molekulák közé sorolhatók.

15. I.5. Az antigén bemutatásának folyamata • Az antigén bemutatása (prezentáció) az a folyamat, amelynek során a fehérjetermészetű antigének feldolgozásra kerülnek és a keletkező peptidek az MHC-molekulákhoz kötődve megjelennek az APC külső membránján. Az antigén-átalakítás folyamatának legfontosabb lépései: • -a fehérjék bejutása a sejtbe • -a fehérjék lebontását elkészítő fehérjemódosítási lépések • -a fehérjebontó enzimekkel való kölcsönhatás • -a korlátozott fehérjelebontás szabályozása, a peptidek védelme a teljes proteolízistől • -az MHC-molekulák és a peptidek találkozása, kapcsolódása • -az MHC-peptid komplex sejtfelszíni megjelenése • Az APC-kben a fehérjelebomlási és a szállítási folyamatok egymástól elkülönülő intracelluláris térben mehetnek végbe: • -a citoszólban, amely a sejtmagot körülvevő membrán pórusain keresztül közvetlenül kapcsolatban van a magállománnyal, • -a sejten belül membránnal elválasztott vezikuláris rendszerben, amely magába foglalja az endoplazmatikus retikulumot (ER), a Golgi.készüléket és az endolizoszomális rendszert.

16. I.6.I. Az antigénprezentáció endogén, citoplazmatikus útja • Az MHC molekulák sejten belüli transzportfolymatai. Az MHC molekulák a durva endoplazmatikus retikulumban szintetizálódnak, majd a Golgi-készüléken átjutva különböző poszttranszlációs módosításokon mennek keresztül és a sejtfelszínre jutnak. • Különleges mutáns sejtek vizsgálatával igazolták, hogy az MHCI molekulák már képződésük helyén, az ER-ben peptideket kötnek meg és ha erre nincs lehetőségük, nem jutnak a sejtfelszínre. • Az MHCI molekulákhoz kötődő peptidek képződési helye, szállítása és a folyamatban részt vevő enzimek. Az MHCI molekulák számára felismerhető peptidek elsősorban a citoplazmában keletkeznek, melyeket egy speciális szállítófehérje (transzporter) juttat az ER-be, ahol az oligopeptidek találkoznak az ugyanott szintetizálódó MHCI molekulákkal. A TAP1- és TAP2-alegységekből felépülő transzporter fehérjének az a szerepe, hogy a citoplazmában lebontott fehérjékből származó peptideket „visszapumpálja” az ER-be. • A szállítandó peptidek képződésében a proteaszoma enzimkomplex játszik szerepet.

17. I.6.2. Az antigénprezentáció exogén, endoszomális útja • Az MHCII molekulák sejten belüli transzportfolyamatai. Az MHCII molekulák szintén az ER-ben szintetizálódnak, feladatuk azonban elsősorban az ún. exogén fehérjékből származó peptidek megkötése és bemutatása a TH-sejtek számára. Az a tény, hogy az MHCII molekulák is peptidekben gazdag környezetben képződnek, felveti a problémát: mi védi meg ezeket a molekulákat attól, hogy peptidkötő helyük keletkezésük pillanatában endogén peptidekkel telítődjön? Ezt a feladatot az MHC-n kívül kódolt szállítófehérje, az invariánslánc (Ii) látja el. • Az MHCII molekulákhoz kötődő peptidek képződési helye és a folyamatban részt vevő enzimek. Az oldott fehérjék pinocitózissal, a nagyobb molekulák és részecskék makropinocitózissal vagy fagocitózissal jutnak be a hivatásos APC-k endolizoszomális rendszerébe. Az exogén antigénprezentációs út során a fehérjék lebontását beindító folyamatokat a korai és késői endoszómáktól a lizoszómák felé haladva, a fehérjelebontás számára egyre kedvezőbb körülmények váltják ki. Az endo-és lizoszomákban ható legfontosabb enzomek a katepszinek, ezek közül az endoproteináz katepszin D, L és S, valamint az exopeptidáz B kitüntetett szerepét igazolták. • A hivatásos antigénprezentáló sejtek. Hivatásos APC-nek nevezzük azokat a sejteket, amelyek felszínükön az MHCI-peptid, MHCII-peptid komplexeket és a T-sejtek számára fontos jeleket továbbító kostimuláló molekulákat egyaránt hordozzák. Ilyen sejtek a természetes immunrendszerhez tartozó makrofágok és B-limfociták.

18. I.7. Az MHC molekulák sejtfelszíni megjelenésének szabályozása • Az MHCI és MHCII gének megjelenése az egyedfejlődés során és a kifejlett szövetekben jelentősen különbözik egymástól. • Az MHCI molekulák szinte minden magvas sejten megjelennek, de bizonyos citokinek hatására expressziójuk fokozódik. • Az MHCII molekulák konstitutív módon csak a hivatásos APC-ken jelennek meg, de szintézisük számos más sejtben is kiváltható.

19. I.8. Az MHC és betegségek • Az MHC-gének teljes hiányával járó betegségek az emberi populációban nincsenek, ami arra utal, hogy a gének által kódolt fehérjéknek feltételezhetően olyan fontos szerepük van, hogy teljes hiányuk végzetes a magzat fejlődésére.

20. Köszönöm a figyelmet!