Az MHC polimorfizmusa (Major histocompatibility complex) Polimorf gén--- több változat (allél) előfordulása az adott génszakaszon (lokuszon) Az MHC a legpolimorfabb fehérjénk, a legtöbb féle változatban jelenik meg a populációban
Gén: fehérjék szabályozásához és előállításához szükséges információkat tartalmazó DNS szakasz (ez egy tág definíció) Lókusz: a gén helye a kromszómán Allél: Az adott lókuszon elhelyezkedő gén variáns (az egyedben) Allotípus (immunológiában): Az egyedben kifejeződő allél(ok) típusa
HUMAN LEUKOCYTE ANTIGEN A három legfontosabb MHCI, illetve MHCII gén
22 11 22 11 Az MHCII molekulák csak a hivatásos antigénperzentáló sejteken fejeződnek ki. Dendritikus sejt Makrofág B-sejt Az expresszió mértéke változó, szabályozott, az immunválasz vagy egyes fertőzések befolyásolhatják a sejtfelszínen megjelenő molekulák számát. !!
Az MHCI molekulák az összes magvas sejten kifejeződnek. Az expresszió mértéke változó, szabályozott, az immunválasz vagy egyes fertőzések befolyásolhatják a sejtfelszínen megjelenő molekulák számát. PEPTID 11 33 22 2m2m !!
ABC A polimorfizmus (allélek) száma I osztály 439 II osztály 492 allél DRDPDQ AZ EMBERI MHC (HLA) POLIMORFIZMUSA AZ EMBERI POPULÁCIÓBAN Pl. a HLA-A lokuszon 218 változat fejeződhet ki
Három I-es típusú polimorf génről (HLA-A,HLA-B,HLA-C) íródnak át fehérjék. ! HLA-A HLA-B HLA-C MHCI- A sejtjeink személyi száma?! MHCI
MHCI és az MHCII is kodominánsan öröklődik, mind az anyai mind az apai allél aktív HLA-A HLA-B HLA-C anyai HLA-C HLA-B HLA-A apai
HLA-A HLA-B HLA-C anyai HLA-C HLA-B HLA-A apai Minden egyed, minden magvas sejtje 6 féle MHCI molekulát fejez ki a sejtfelszínen ~6 x lehetséges egyedi kombináció 10milliárd !
FELTÉTELEZÉS Az összes MHC allotípus elvileg véletlenszerűen oszlik el a populációban Az különböző allél bármely másik alléllal együttesen fordulhat elő AZ MHC MOLEKULÁK POLIMORFIZMUSA AZ EMBERI POPULÁCIÓBAN ~6 x egyedi kombináció Csak az egypetéjű ikrek HLA lókuszai megegyezőek Az emberi populáció nagyon kevert (outbred) Az MHC genetika nagyon összetett POLIGENITÁS, POLIMORFIZMUS
A valóságban az MHC allélek NEM véletlenszerűen oszlanak el a populációban Az allélek a fajták és a vonalak között haplotípusokban szegregálódnak CAU AFR ASI Frekvencia (%) HLA-A1 HLA- A2 HLA- A3 HLA- A28 HLA- A36 Allél csoportok
11 33 22 2m2m AZ I TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE MINDEN MAGVAS SEJTEN KIFEJEZŐDIK Egy polimorf α lánc (immungolbulin domének) és egy nem polimorf β2 mikroglobulin !
22 11 22 11 A HIVATÁSOS ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEKEN (DC, makrofág, B- sejt ) JELENIK MEG AZ II TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE Egy polimorf α lánc és egy szintén polimorf β lánc. (immungolbulin domének) !
DP DQ transz b 2 b 1 a 1 a 2 cisz transz Az MHCII öröklődése szintén kodomináns. (Mivel egy allélon (pl. DP) mindkét lánc polimorf, a kifejeződő fehérjén az anyai α lánc az apai β lánccal is párba állhat, ez a variációk számát tovább növeli. Kb különféle MHCII molekula jelenik meg az egyes sejtek felszínén.)
Az MHC molekulák peptid kötése
Proteaszóma fehérje ubiqutin oligopeptidek A sejt összes fehérjéje lebomolhat/lebomlik a proteaszómák által Az MHC molekulák a keletkező rövid peptideket kötik meg Az MHC felszínére a sejten belül kapcsolódnak a peptidek
PEPTID 11 33 22 2m2m AZ I TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE MINDEN MAGVAS SEJTEN KIFEJEZŐDIK A peptid kötésért az α1 és α2 domének együttesen felelősek Egy polimorf α lánc (immungolbulin domének) és egy nem polimorf β2 mikroglobulin ! Stabilizálja a konformációt
AZ I TÍPUSÚ MHC MOLEKULA PEPTID KÖTŐ HELYE Az alfa lánc 1-es és 2-es doménje együtt alakítja ki a peptid kötő zsebet
22 11 22 11 PEPTID PEPTIDE A HIVATÁSOS ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEKEN (DC, makrofág, B- sejt ) JELENIK MEG AZ II TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE A peptid kötésért az α1 és β1 domének együttesen felelősek Egy polimfor α lánc és egy szintén polimorf β lánc. (immungolbulin domének) !
PEPTID AZ II TÍPUSÚ MHC MOLEKULA PEPTID KÖTŐ HELYE Az alfa illetve a béta lánc 1-es doménja együtt alakítja ki a peptd kötő zsebet
Az MHC-I molekula 8-10 aminosav hosszúságú peptideket köt A PEPTIDKÖTŐ HELY GEOMETRIÁJA m -lánc Peptid -lánc -lánc Peptid Az MHC-II molekula >13 aminosav hosszúságú peptideket köt
A sejtfelszínen nem (alig) található üres, peptid nélküli MHC I A peptidkötést követően az MHC a sejt felszínére vándorol, ha a peptidkötés sikertelen, az MHC nem juthat ki a felszínre. !
A bekötődött peptid fixálta a konformációt, azaz nem cserélődik le A sejten belül az MHC-re kötődőtt peptid megjelenik a sejtfelszínen !
A PEPTIDKÖTŐ HELY SZERKEZETE P2 és P9 nagy hidrofób zsebbe illeszkednek A „törzs” régió aminosav oldalláncai egyenletesen elosztott zsebekbe illeszkednek
Egy MHC molekulákról leoldott peptidek eltérő szekvenciákkal rendelkeznek de közös motívumokat tartalmaznak Egy adott MHC I molekulához kötődő peptidek néhány pozicióban állandó aminosav mintázatot mutatnak,de egy MHC sok különböző peptid megkötésére képes PEIYSFH I AVTYKQT L PSAYSIK I RTRYTQLV NC Nem azonosak de hasonlók Y & F aromás V, L & I hidrofób A horgonyzó aminosavak oldalláncai a zsebekbe illeszkednek A közös szekvencia részlet a MOTIF (motívum) A sok peptidre jellemző közös aminosavak illeszkednek az MHC molekula szerkezetéhez HORGONYZÓ AMINOSAVAK !
Egy adott MHC I molekulához kötődő peptidek néhány aminosav pozicióban állandó mintázatot mutatnak,de Az eltérő MHC molekulák különböző (horgonyzó aminosavakat) peptideket képesek megkötni PEIYSFH I AVTYKQT L PSAYSIK I RTRYTQLV NC SIIFNEKL APGYNPAL RGYYVQQL ! Az eltérő (polimorf) MHC molekulák különboző horgonyzó aminosavakat igényelnek)
Egy MHC molekula egy peptidet köt, de a sejtfelszínen levő azonos MHC molekulák egyidőben is többféle peptidet kötnek. ! Az MHC a sejten belüli peptidek közül nem mindet, de számosat képes megkötni A bemutatásra kerülő peptidek aránya a molekulák sejten belüli koncentrációjától, és az MHC/peptid kapcsolat affinitástól függ. fehérje peptid Pl. vírus fertőzés/szaporodás Az adott MHC által nem bemuatatott fehérje
Flexibilis kötőhely? A kötőhely kialakulásának kezdeti, intracelluláris szakaszában a peptid irányítja az MHC molekula térszerkezetét Laza, rugalmasZárt Egy adott MHC molekula számára lehetővé teszi, hogy sok különböző peptiddel lépjen kapcsolatba a peptidet a sejtfelszínen nagy affinitással kösse stabil komplexeket képezzen a sejtfelszínen csak olyan molekulákat szállítson a sejtfelszínre, amelyek intracellulárisan peptidet kötöttek
MHC molekulák Amíg a peptid kötés nem történik meg, flexibilis konformációt vesznek fel A peptidkötést konformáció változás kíséri, ami növeli a komplex stabilitását A peptid „befogására” kevés horgonyzó aminosav szolgál - a horgonyzó aminosavak közt különböző szekvenciák lehetnek - különböző hosszúságú peptidek kötődhetnek
A T-SEJTEK MHC MOLEKULÁKAT HORDOZÓ ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEK JELENLÉTÉBEN A SEJTFELSZÍNEN MEGJELENŐ ANTIGÉN EREDETŰ PEPTID – MHC KOMPLEXEKET ISMERNEK FEL AZ Y T Nincs T-sejt válasz oldott Ag Sejtfelszíni natív Ag Peptid antigének Sejtfelszíni MHC- peptid komplex T-sejt válasz Sejt felszíni peptidek APC ! !
Egyféle MHC sok különböző peptid megkötésére képes Nem különbözteti meg a saját illetve idegen peptideket (mindent egyaránt prezentál-bemutat ) A sejtfelszínen egy típusú MHC egy időben sok féle petidet prezentál. Vsz csak néhány MHC mutatja be az immunválaszt kiváltó peptidet T-sejtek jelenléte nem szükséges a peptidkötéshez !
Az allélikus polimorfizmus és a peptid kötés következményei:
11 33 22 2m2m 22 11 22 11 Az allélikus polimorfizmus a peptid kötő helyre koncentrálódik Az MHC polimorfizmus befolyásolja 1.a peptid kötő képességet 2.A TCR általi felismerést Az allelikus vairánsok 20 aminosavban is eltérhetnek Class II (HLA-DR) Class I
AZ MHC MOLEKULÁK SAJÁT VAGY ANTIGÉN EREDETŰ PEPTIDEKET KÖTVE JELENNEK MEG A SEJTFELSZÍNEN Vese epitél sejt Bemutatják a sejt belső környezetét I. típusú MHC A citoszólból és a sejtmagból származó adott méretű peptidek
De egy típusú MHC sok féle peptidet köt egy időben, 6-szor sokféle petid prezentálódik. (kb MHCI jelenhet meg a sejtfelszínen. Stimulus függő) Az immunválaszt kiváltó peptid a bemutatott peptidek kis százaléka csupán.
Mi az előnye az MHC típusok sokféleségének? A patogén mikroorganizmusok osztódása lényegesen gyorsabb, mint az emberi reprodukció Adott idő alatt a patogén gének sokkal gyakrabban mutálódnak, mint az emberi gének és ezáltal gyakran kikerülhetik az MHC gének változásait Az egy sejten kifejeződő MHC típusok száma korlátozott A populációban nagy számú MHC allél-kombináció van jelen, sok variáns A variánsok eltérő peptideket képesek bemutatni, azaz eltérő kórokozók ellen jelentenek hatásos védelmet Ezek a variánsok nem feltétlenül nyújtanak védelmet az egyes egyed számára, de védik a populációt a kihalástól !
A FERTŐZÉSEK KIMENETELE EGY ÉS TÖBB POLIMORF MHC GÉN ESETÉN v Példa: Ha csak egyféle MHC molekula (MHC X) lenne a populációban A populációt a kihalás fenyegetné A patogén kikerüli az MHC X általi felismerést MHC XX Többféle MHC-Gén v v v v v v v v v v v v vvv v v v v v v v v v A populáció védett V – vírus fertőzés által okozott kár
HIV HLA-B14-es allotípus megléte lassú betegség fejlődés HLA-A29 gyors Lisztérzékenység: A betegek több, mint 95%-ánál megtalálható a HLA DQ2 és a DQ8 kombinációja. Példák a polimorfizmus következményeire:
A VÍRUSSAL FERTŐZÖTT SEJTEK FELISMERÉSE TERMÉSZETES ÖLŐ SEJTEK ÁLTAL KAR KIR KIR – Killer Inhibitory Receptor MHC I kötődés KAR – Killer Activatory Receptor NK Target MHC+ NK KAR KIR Target MHC- ! 1.Az NK sejteket alap aktivitását citokinek, aktiváló receptorok fokozzák 2.A saját sejteken megjelenő gátló receptorok megakadályozzák a saját sejt lízisét Sejt Sejt lízise Lízis gátlása Az NK sejtek működését a célsejten jelenlévő MHC molekulák gátolhatják. (saját jelzése)
Az MHC G Magzat—anyai+apai!! MHC Ezért a placenta nem fejez ki MHC I-et.--- NK aktiváció A HLA G a trophoblast felszínén található, nem köt peptidet. Szerepe a magzat védelme az anya immunrendszerével szemben. MHC-E más MHC fehérjék N terminális peptidjeit prezentálják – MHC fehérjék szintézisének gátlása esetén elfogynak a sejt felszínéről, jelezve, hogy a sejt működése megváltozott---nem gátolja az NK sejtek működését Nem polimorf MHC allélek: MHC E, F,G