MHC

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 HUMAN LEUKOCYTE ANTIGEN

! ! Az MHCI molekulák az összes magvas sejten kifejeződnek. Az expresszió mértéke változó, szabályozott, az immunválasz vagy egyes fertőzések befolyásolhatják a sejtfelszínen megjelenő molekulák számát. 1 3 2 2m

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. ! ! 2 1 2 1

A polimorfizmus (allélek) száma AZ EMBERI MHC (HLA) POLIMORFIZMUSA AZ EMBERI POPULÁCIÓBAN Pl. a HLA-A lokuszon 218 változat fejeződhet ki 439 I osztály 218 96 A polimorfizmus (allélek) száma A B C a b 2 269 19 89 20 42 II osztály 492 allél DR DP DQ

MHCI ! Három I-es típusú polimorf génről (HLA-A,HLA-B,HLA-C) íródnak át fehérjék. 077-298-32 HLA-C HLA-B HLA-A MHCI- A sejtjeink személyi száma?!

077-298-32------------------218-329-10 HLA-C HLA-A HLA-B HLA-B HLA-A HLA-C anyai apai

~6 x 1015 lehetséges egyedi kombináció Minden egyed, minden magvas sejtje 6 féle MHCI molekulát fejez ki a sejtfelszínen ! HLA-C HLA-A HLA-B HLA-B HLA-A HLA-C anyai apai ~6 x 1015 lehetséges egyedi kombináció 10milliárd 1010

AZ MHC MOLEKULÁK POLIMORFIZMUSA AZ EMBERI POPULÁCIÓBAN FELTÉTELEZÉS • Az összes MHC allotípus elvileg véletlenszerűen oszlik el a populációban • Az 1 200 különböző allél bármely másik alléllal együttesen fordulhat elő ~6 x 1015 egyedi kombináció Csak az egypetéjű ikrek HLA lókuszai megegyezőek Az emberi populáció nagyon kevert (outbred) Az MHC genetika nagyon összetett POLIGENITÁS, POLIMORFIZMUS

Az allélek a fajták és a vonalak között haplotípusokban szegregálódnak 15.18 28.65 13.38 4.46 0.02 5.72 18.88 8.44 9.92 1.88 4.48 24.63 2.64 1.76 0.01 CAU AFR ASI Frekvencia (%) HLA-A1 HLA- A2 HLA- A3 HLA- A28 HLA- A36 Allél csoportok A valóságban az MHC allélek NEM véletlenszerűen oszlanak el a populációban Az allélek a fajták és a vonalak között haplotípusokban szegregálódnak

Az MHCII öröklődése szintén kodomináns. (Mivel egy allélon (pl 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 16-20 különféle MHCII molekula jelenik meg az egyes sejtek felszínén.) transz transz a b a b 1 1 2 2 cisz transz cisz DP DQ

! ! MHC-PEPTID KOMPLEXEKET ISMERNEK FEL Nincs T-sejt válasz A T-SEJTEK MHC MOLEKULÁKAT HORDOZÓ ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEK JELENLÉTÉBEN A SEJTFELSZÍNEN MEGJELENŐ MHC-PEPTID KOMPLEXEKET ISMERNEK FEL ! ! Nincs T-sejt válasz T-sejt válasz T Sejtfelszíni MHC-peptid komplex oldott Ag Peptid antigének Sejtfelszíni natív Ag Sejt felszíni peptidek APC

Az MHC molekulák peptid kötése

! AZ I TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE Egy polimorf α lánc (immungolbulin domének) és egy nem polimorf β2 mikroglobulin PEPTID PEPTID 1 3 2 2m Stabilizálja a konformációt A peptid kötésért az α1 és α2 domének együttesen felelősek MINDEN MAGVAS SEJTEN KIFEJEZŐDIK

AZ II TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE ! Egy polimfor α lánc és egy szintén polimorf β lánc. (immungolbulin domének) 2 1 2 1 PEPTID PEPTIDE A peptid kötésért az α1 és β1 domének együttesen felelősek A HIVATÁSOS ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEKEN (DC, makrofág, B-sejt ) JELENIK MEG

A PEPTIDKÖTŐ HELY GEOMETRIÁJA b2m a-lánc Peptid a-lánc b-lánc Peptid Az MHC-I molekula 8-10 aminosav hosszúságú peptideket köt Az MHC-II molekula >13 aminosav hosszúságú peptideket köt

Az allélikus polimorfizmus a peptid kötő helyre koncentrálódik Class I Class II (HLA-DR) 1 3 2 2m 2 1 2 1 Az MHC polimorfizmus befolyásolja a peptid kötő képességet A TCR általi felismerést Az allelikus vairánsok 20 aminosavban is eltérhetnek

A sejtfelszínen nem (alig) található üres, peptid nélküli MHC I ! 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

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 ! A közös szekvencia részlet a MOTIF (motívum) R T Y Q L V N C A sok peptidre jellemző közös aminosavak illeszkednek az MHC molekula szerkezetéhez HORGONYZÓ AMINOSAVAK P E I Y S F H A V T Y K Q L P S A Y I K Nem azonosak de hasonlók Y & F aromás V, L & I hidrofób A horgonyzó aminosavak oldalláncai a zsebekbe illeszkednek

! N C R T Y Q L V P E I Y S F H A V T Y K Q L P S A Y I K R G Y V Q L Egy adott MHC I molekulához kötődő peptidek néhány aminosav pozicióban állandó mintázatot mutatnak,de Az eltérő (allotípusú) MHC molekulák különböző (horgonyzó aminosavakat) peptideket képesek megkötni ! R T Y Q L V N C Az eltérő (polimorf) MHC molekulák különboző horgonyzó aminosavakat igényelnek) P E I Y S F H A V T Y K Q L P S A Y I K R G Y V Q L S I F N E K L A P G Y N L

! Egyféle MHC sok különböző peptid megkötésére képes Különböző allotípusok különböző peptideket kötnek 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

Egy MHC molekula egy peptidet köt, a sejtfelszínen egy típusú MHC egy időben sok féle petidet prezentál. Vsz. csak néhány MHC mutatja be az immunválaszt kiváltó peptidet 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. peptid fehérje Fehérje mennyiség nő, pl. vírus fertőzés peptid Az MHCk által nem bemutatott fehérjék

Az allélikus polimorfizmus és a peptid kötés következményei:

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 Példa: Ha csak egyféle MHC molekula (MHC X) lenne a populációban A patogén kikerüli az MHC X általi felismerést MHC XX Többféle MHC-Gén v A populáció védett v A populációt a kihalás fenyegetné V – vírus fertőzés által okozott kár

ANTIGÉN PREZENTÁCIÓ

! ! A TCR egyszerre ismeri fel az MHC-t és a peptidet

Sejtfelszíni MHC-peptid komplex A T-SEJTEK MHC MOLEKULÁKAT HORDOZÓ ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEK JELENLÉTÉBEN A SEJTFELSZÍNEN MEGJELENŐ ANTIGÉN EREDETŰ PEPTID – MHC KOMPLEXEKET ISMERNEK FEL AZ ! ! Nincs T-sejt válasz T-sejt válasz T Sejtfelszíni MHC-peptid komplex oldott Ag Peptid antigének Sejtfelszíni natív Ag Sejt felszíni peptidek APC

! ! B sejt epitóp T sejt epitóp (B sejtek ismerik fel) fehérjék szénhidrátok lipidek DNS szteroidok stb. - mesterséges vegyület is lehet! szöveti vagy oldott (T sejtek ismerik fel) peptidek (8-23 aminosav) (szigorú méretbeli kötöttség!) APC által történő bemutatás szükséges (MHC)

! A sejtfelszínen nem (alig) található üres, peptid nélküli MHC I A bekötődött peptid nem cserélődik le

AZ MHC KORLÁTOZÁS JELENSÉGE ! ! Egy adott T-sejt receptor egy adott MHC – peptid komplex felismerésére képes Ha ugyanaz az MHC egy másik peptidet köt, a T-sejt felismerés nem jön létre

AZ EXOGÉN ÉS ENDOGÉN ANTIGÉNEK FELISMERÉSE ! ! Az endogén fehérjékből (saját, vírus, tumor) származó peptideket az I. típusú MHC molekulák kötik Citotoxikus, CD8+ T-sejtek ismerik fel Tc Th Az exogén fehérjékből származó peptideket (extracelluláris saját, patogén, allergén) a II. típusú MHC molekulák kötik A CD4+ helper T-sejtek ismerik fel CD8 CD4 MHCI MHCII Exogén Ag Endogén Ag

AZ ANTIGÉN BEMUTATÁS/PREZENTÁCIÓ ! AZ ANTIGÉN BEMUTATÁS/PREZENTÁCIÓ FELTÉTELEI MHC molekulák kifejeződése a sejtfelszínen Az antigének intracelluláris szintézise – citotoxikus T sejt válasz Fehérje antigének felvétele az extracelluláris térből – helper T sejt válasz A fehérje antigének intracelluláris denaturációja/feldolgozása a T-sejtek számára Az intracellulárisan feldolgozott fehérje antigének fragmentumai (peptidek) sejtfelszíni bemutatása az MHC molekulák által Az  TCR-ral rendelkező T limfociták a fehérje antigénekből származó peptidek és MHC molekulák által képzett sejtfelszíni komplexek felismerésére szakosodtak

Intracelluláris peptidek bemutatása az MHCI által MHCI minden magvas sejten megjelenik

! T-sejtek jelenléte nem szükséges a peptidkötéshez Nem különbözteti meg a saját illetve idegen peptideket (mindent egyaránt prezentál-bemutat )

MHCI prezentációhoz szükséges folyamatok: 1, fehérjék lebomlás a citoplazmában 2a peptidek bejuttatása az endoplazmatikus retikulumba 2b MHC szintézis az endoplazmatikus retikulumban 3. peptid kötődés az MHCI-hez 4. Sejtfelszíni megjelenés

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

Az MHC fehérjék szintézise is az ER-ban történik

(Transporters associated with antigen processing (TAP1 & 2)) A proteaszóma által termelt petidek az endoplazmatikus retikulumba kerülnek. ER membrán ER lumen Citoplazma ER membrane Lumen of ER Cytosol ATP-binding cassette (ABC) domén Hidrofób transzmembrán domén Proteaszóma által termelt citoplazmatikus peptid antigének TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide A transzporter 8 aminosavnál hosszabb, hidrofób C-terminálissal rendelkező peptideket pumpál be az ER-ba A peptid származhat saját vagy idegen fehérjéből (Transporters associated with antigen processing (TAP1 & 2))

! AZ ENDOGÉN ANTIGÉN BEMUTATÁSI ÚT Tc-sejt MHC-I + saját peptid Az endoplazmatikus retikulumban szintetizálódó MHCI itt kapcsolódik a peptiddel MHC-I + saját peptid MHC-I + Ag peptid α-lánc+β2m MHC+peptid NYITOTT ZÁRT Peptid SAJÁT ANTIGÉN α-lánc TAP1/2 gp96 calnexin FEHÉRJE SAJÁT ANTIGÉN Proteaszóma

A sejtfelszínen nem (alig) található üres, peptid nélküli MHC ! A sejtfelszínen nem (alig) található üres, peptid nélküli MHC A bekötődött peptid fixálta a konformációt, azaz nem cserélődik le a sejtfelszínen

MHC-I, proteaszóma komponensek,TAP mennyisége egyidejűleg szabályozott Pl. IFN --immunválasz -- általi koordinált kifejeződés Több MHCI-peptid komplex kerül ki a sejtfelszínre

Citotoxikus, CD8+ T-sejtek ismerik fel MHCI Minden magvas sejten megjelenik Az endogén fehérjékből (saját, vírus, tumor) származó peptideket az I. típusú MHC molekulák kötik Citotoxikus, CD8+ T-sejtek ismerik fel Tc CD8 MHCI Endogén Ag

Extracelluláris peptidek bemutatása az MHCII által

AZ II TÍPUSÚ MHC MOLEKULA TÉRSZERKEZETE ! Egy polimorf α lánc és egy szintén polimorf β lánc. (immungolbulin domének) 2 1 2 1 PEPTID PEPTIDE A peptid kötésért az α1 és β1 domének együttesen felelősek A HIVATÁSOS ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJTEKEN (DC, makrofág, B-sejt ) JELENIK MEG

! ! MHCII általi bemutatás csak a professzionális antigénprezentáló sejtek által. Ezen sejtek által (speciálisan,aktívan) felvett fehérjék kerülhetnek kapcsolatba az MHCII-vel Dendritikus sejt Makrofág B-sejt

! ! MHCII általi bemutatás: csak a professzionális antigénprezentáló sejtek által Extracelluláris antigének bemutatása CD4+ T sejteknek Helper (segítő) T -sejtek

! T-sejtek jelenléte nem szükséges a peptidkötéshez Nem különbözteti meg a saját illetve idegen peptideket (mindent egyaránt prezentál-bemutat ) A két prezentációs út egyszerre zajlik

! MHCII prezentációhoz szükséges folyamatok: 1, Külső (extracelluláris) antigének felvétele 2. MHCII védelem az ER-ben, hogy intracelluláris peptid ne kötődjön hozzá 3. Invariáns lánc peptid csere az endoszómában 4. Sejtfelszíni megjelenés

Endocitózis Korai endoszóma Késői endoszóma Fúzió a lizoszómával Kapcsolat a Golgival

Opszonizáció!!!

! ! OPSZONIZÁLÁS Megkönnyíti a patogén felismerését a természetes immunrendszer sejteinek Befolyásolja a válaszreakciót. OPSZONINNAL OPSZONIN NÉLKÜL Legfőbb opszoninok: Ellenanyag Komplement fragmensek Akut fázis fehérjék IDŐ IDŐ fagocitózis Fc vagy komplement receptor fagocitózis

Fagocitózis 1.Kemotaxis, patogénhez kapcsolódás 2. Bekebelezés 3. Fagoszóma formálás 4. Fagoszóma lizoszóma fúzió– fagolizoszóma 5. A mikróba enzimatikus emésztése

! ! Fagocitózisra képes sejtek Hivatásos antigén prezentáló sejtek Makrofágok Dendrtitikus sejtek Neutrofil granulociták Hivatásos antigén prezentáló sejtek Makrofágok Dendrtitikus sejtek B-limfociták Nem fagocita Csak receptor mediált endocitózis Nem prezentál MHCII-n keresztül 57

AZ EXOGÉN ANTIGÉN BEMUTATÁSI ÚT Th-sejt MHC-II + Ag peptid MHC-II + saját peptid ZÁRT NYITOTT Ii+αβ CLIP DMA/B Az MHCII az invariáns lánc kötődésének köszönhetően az endoszómákba kerül, (az ER-ból) Az endoszómában hasítódik az invariáns lánc Az endoszomális DMA/B az invariáns lánc maradékát (CLIP) más peptidre cseréli

Az endoszómában az Ii hasad A HLA-DM segítségével a Ii maradék CLIP hasított petidekre hasad ! MHCII szintézis az ER-ben Ii nélköl nincs stabil α β lánc dimer MHCII Ii –komplex transzportja vezikulumokba c Az MHCII-peptid komplex transzportja a membránba MHCII expresszió, bemutatás a sejtfelszínen

INVARIÁNS LÁNC (Ii) funciói: Chaperon – konformáció Peptidkötőhely gátlása Szállító/visszatartó molekula

A CD4+ helper T-sejtek ismerik fel MHCII Professzionális prezentáló sejtek! DC Makrofág B-sejt ! ! Th Az exogén fehérjékből származó peptideket (extracelluláris saját, patogén, allergén) a II. típusú MHC molekulák kötik A CD4+ helper T-sejtek ismerik fel CD4 MHCII Exogén Ag

Professzionális antigén prezentáló sejtek ANTIGEN ÁTALAKÍTÁS ÉS BEMUTATÁS !   MHC I Minden magvas sejt MHC II Professzionális antigén prezentáló sejtek Kötött peptid forrás saját vagy idegen fehérjék méret 8-10 aminosav 13-25 aminosav természetes citoplazmatikus és magi fehérjék ~70% MHC eredetű, membrán- és extra- celluláris fehérjék Peptid képződés helye citoplazma vezikulumok endo/lizoszóma MHC transzport nincs Ii - irányít, visszatart ER vezikuláris rendszer speciális vezikulum CIIV MHC - peptide kölcsönhatás Helye ER speciális vezikulum, CIIV MHC - peptid komplexek a sejtfelszínen stabil komplexek a sejt belső környezetét tükrözik stabil complexek a sejt külső környezetét tükrözik

AZ I ÉS II TÍPUSÚ MHC MOLEKULÁK KIFEJEZŐDÉSÉNEK SZABÁLYOZÁSA IFNγ IFNγR A II típusú immun IFNγ fokozza az MHC expressziót Gyulladási citokinek és IFNγ hatására az MHC II expresszió egyes szöveti sejteken (endotél, asztrocita, mikroglia) is kiváltható Co-ordinated upregulation of MHC-I, TAP, LMP and MHC-II, DM, Ii

Antigén felfétel Antigén feldolgozás MHC szintézis MHC-peptid kapcsolat

AZ EXOGÉN ÉS ENDOGÉN ANTIGÉNEK FELISMERÉSE ! ! Tc Th CD8 CD4 Exogén Ag Endogén Ag MHCI MHCII A CD8 illetve CD4 a nem polimorf α3 illetve β2 doménhez kapcsolódik

! AZ MHC FUNKCIÓI Az immunológiai saját meghatározása Saját MHC + saját peptid – egyedekként változó MHC és saját peptid Az immunológiailag idegen meghatározása Saját MHC + idegen peptid – egyedekként változó MHC és idegen peptid Saját fehérjékből származó peptidek prezentálása – immunológiai saját folyamatos megjelenítése Antigénből származó peptidek prezentálása – idegen/megváltozott saját felismerése Allogén válasz idegen MHC-val szembeni válasz (transzplantáció) Az MHC által korlátozott T-sejt felismerés következménye Az NK sejt felismerés célpontja

A VÍRUSSAL FERTŐZÖTT SEJTEK FELISMERÉSE TERMÉSZETES ÖLŐ SEJTEK ÁLTAL ! Sejt KAR KIR KIR – Killer Inhibitory Receptor MHC I kötődés KAR – Killer Activatory Receptor NK Target MHC+ NK KAR KIR Target MHC- Az NK sejteket alap aktivitását citokinek, aktiváló receptorok fokozzák A saját sejteken megjelenő gátló receptorok megakadályozzák a saját sejt lízisét Lízis gátlása Sejt lízise Az NK sejtek működését a célsejten jelenlévő MHC molekulák gátolhatják. (saját jelzése)