(MHC = major histocompatibility complex)

Transcript

1 HLAVNÝ HISTOKOMPATIBILNÝ SYSTÉM = HHS (MHC = major histocompatibility complex) - HHS = MHC (major histocompatibility complex) je skupina génov, ktorých produktami sú membránové glykoproteíny (MHC molekuly I. a II. triedy) charakteristické a jedinečné pre každé indivídum (rozpoznávacie glykoproteíny = sebaznaky, vlastné antigény). - HHS sa niekedy označuje ako silný a ostatné ako slabé. * Pr.: ak medzi darcom a príjemcom sú rozdiely v Ag HHS, potom je odvrhnutie transplantátu podstatne rýchlejšie a navodenie imunologickej tolerancie ťažie než v prípade, keď Ag HHS sú zhodné a rozdiely sú len v ostatných HS.

2 HISTOKOMPATIBILNÝ SYSTÉM histokompatibilné systémy sa nachádzajú u všetkých živočíšnych druhov. počet týchto systémov je pri každom druhu veľký. Pri vyšších stavovcoch je väčší ako 30. jeden z nich má však vždy dominantné postavenie a volá sa hlavný histokompatibilný systém = HHS človek systém HLA myši H-2 potkany RT1 kurčatá B psy DLA morčatá GPLA králiky RLA

3 HLA human leukocyte antigens HLA molekuly sú dôležitými zložkami imunitného systému (IS). Tieto extrémne polymorfné proteíny sú exprimované na povrchovej membráne APC buniek, prostredníctvom ktorých vystavujú antigénne fragmenty. Vystavené peptidové fragmenty antigénu sú potom detegované TCR receptormi na lymfocytoch, čo vedie k aktivácii IS voči ďalším antigénom rovnakého typu. Nakoľko variácia Ag je neobmedzená, preto musí byť štruktúra HLA proteínov veľmi variabilná.

4 MHC Nezlúčivosť biologických jedincov je biologickým zákonom, ktorý takmer nepozná výnimky. Jedinou výnimkou sú monozygotné, jednovaječné dvojčatá. Molekuly I. tr. sa dajú dokázať už pri najjednoduchších životných formách a sú prítomné na povrchu takmer všetkých bb. zložitých organizmov (s výnimkou erytrocytov cicavcov). Molekuly I. tr. majú vo svojich membránach zabudované už jednobb. organizmy; pomáhajú im poznávať totožné jedince svojho druhu a odlišovať ich od cudzích jedincov. Pr.: koral Bothryllus primigenus sa združuje pri tvorbe kolónií len s blízko príbuznými jedincami, ktorí s nimi zdieľajú aspoň jednu z niekoľkých príslušných molekúl. K jedincom z iného atolu sa chová nepriateľsky, nielenže s nimi nesplýva, ale sa dokonca od nich oddeľuje demarkačnou líniou mŕtveho tkaniva.

5 Funkcie MHC molekúl základný význam: zúčastňujú sa na prezentácii cudzieho, spracovaného Ag a na bunkových interakciách pri imunitných odpovediach kontrola zdravia zložitého jedinca, obranné reakcie chrániace pred množením Ag, hlavne vírusov transplantačné reakcie signalizačná funkcia bb. dokážu zachytiť svojimi molekulami signál informujúci o prítomnosti poškodeného alebo pozmeneného bb. povrchu. Tento mechanizmus môže v určitom rozsahu brániť v rozvoji maligných bb. chrániť jedinca pred splynutím s cudzím jedincom (len u nižších foriem organizmov)

6 MHC Väčšinu úloh pri kontrole MHC molekúl u vyšších živočíchov prevzal lymfocytový systém. B Ly tvoria Ab schopné opsonizovať chybné bunky pre fagocyty, alebo navodiť ich likvidáciu pomocou C a zabíjačských K buniek. Najvyššiu špecializáciu dosiahli T bb., ktoré sú schopné svojimi molekulami a receptormi rozpoznať aj najmenšie chyby v povrchovom usporiadaní ostatných bb. organizmu. Pr.: stupeň reaktivity T buniek voči cudzím bunkám je oveľa väčší než B lymfocytov. Proti bb. s cudzími MHC molekulami začína okamžite reagovať približne 5% všetkých T lymfocytov, kdežto protilátková odpoveď voči cudziemu Ag je oveľa menšia(zozačiatku reaguje len 1 z B Ly).

7 MHC Z chemického hľadiska sú HLA glykoproteínové komplexy (90% proteínov a 10% sacharidov). Špecifickosť Ag je určená primárnou štruktúrou peptidových reťazcov. Sacharidová časť kyselina sialová, galaktóza, glukozamín, manóza a fruktóza; neobsahuje glukózu. Štruktúra molekúl I. a II. triedy: - zakotvenie v bb. membráne = transmembránové glykoproteíny s naviazaným antigénnym peptidom - obsah a radenie jednotlivých AK a ďalších zložiek

8

9 MHC I MHC II

10 MHC Molekula I. tr.: je zložená z jedného ťažkého reťazca zahŕňajúceho 3 domény (α1, α2, α3). α1, α2 sú premenlivé a funkčne významnejšie a zodpovedné aj za prípadnú imunogénnosť. Ľahký reťazec tvorí jedna doména β2 mikroglobulínu. V α doménach sú aj sacharidové determinanty, ktoré sa spolu podieľajú na funkčných vlastnostiach molekuly. Molekula II. tr. je zložená z 2 nekovalentne viazaných polypeptidových α a β reťazca. Podľa súčasnej predstavy sa HLA Ag voľne pohybujú v kvapalnej fáze bunkovej membrány. Keď sa pridá zodpovedajúca protilátka, Ag vytvárajú zhluky (identifikovateľné napr. fluorescenčným označením protilátok), prípadne agregujú na jednom konci bunky do útvaru podobnému čiapke (capping).

11 CAPPING

12 MHC MHC je skupina, génov, ktoré sa nachádzajú sa na 6. ľudskom chromozóme, alebo u myší na 17. chromozóme. Tieto gény kódujú MHC molekuly I. a II. triedy. MHC je najpolymorfnejšie zoskupenie génov v ľudskom genóme, má veľké množstvo alel na niekoľkých odlišných miestach. Pretože polymorfizmus sa obyčajne deteguje použitím protilátok, alebo pomocou špecifických T buniek, MHC proteíny sa často nazývajú hlavnými histokompatibilnými antigénmi. Sú to molekuly proteínovej povahy a majú veľmi dôležitú funkciu pri predkladaní cudzích antigénov. Ich expresia je regulovaná cytokínmi, hlavne interferónom γ, uvoľneným počas imunitnej odpovede. MHC molekuly I.tr. prezentujú peptidy, fragmenty antigénov vznikajúcich v cytosóle (endogénny pôvod) CD8+ T C bunkám. MHC molekuly II.tr. prezentujú peptidy, fragmenty exogénneho pôvodu CD4+ T H bunkám. Vedľajšie histokompatibilné antigény (minor H antigens) sú peptidy polymorfných celulárnych proteínov viazaných na MHC molekuly, ktoré môžu byť príčinou odvrhnutia štepu, keď sú rozpoznané T bunkami.

13 Len APC sú schopné exprimovať na svojich membránach obe triedy molekúl MHC. 3typyAPC:DC,MØ,B Ly;každý typ je špecializovaný na spracovanie a prezentovanie Ag rôzneho pôvodu T bunkám. DC prezentujú vírusové Ag MØ prezentujú mikrobiálne a korpuskulárne Ag B Ly prezentujú solubilné Ag (bakteriálne toxíny) Spracovanie Ag antigen processing je modifikácia natívneho proteínu za vzniku peptidov, fragmentov. Prezentácia Ag je vystavenie peptidov na povrch bunky pomocou MHC molekúl.

14

15 Rozpoznanie R Ag B bunkou sa uskutočňuje priamou väzbou Ig na intaktný Ag. TCR o rozpoznáva Ag vo forme Ag-peptidu naviazaného na MHC molekule z

16 Význam systému H-2 u myší: H 2 systém najlepšie preštudovaný MHC u vyšších stavovcov. H-2 je zložitý génový komplex (4000 kbp) na 17. chromozóme, ktorý zasahuje rozhodujúcim spôsobom do imunitných, ale aj iných biologických procesov. H-2 komplex sa skladá zo 6 oblastí: K, I, S, D, Qa, T1a. Oblasť I sa ďalej rozdeľuje na 2 lokusy I-A, I-E. Na okrajoch úseku chromozómu kódujúceho H-2 systém sú lokusy H-2K (bližšie k centromére) a H-2D. Na každom z týchto lokusov sa striedajú (alternujú) početné alely, ktoré kódujú jednotlivé MHC molekuly. MHC-antigény delíme podľa štruktúry a funkcie do 2 skupín: MHC I.tr. sa nachádzajú na všetkých jadrových bunkách sebaznaky = OP. Môžeme ich sérologicky stanoviť (SD sérom detegovateľné) pomocou protilátok. MHC II.tr. na povrchu B - Ly, DC, MØ, epitelových bb. týmusu, spermatozoí. Sú lymfocytmi detegovateľné (LD).

17 H-2 komplex popri sérom detegovateľných antigénoch obsahuje aj gény pre LD antigény (lymfocytmi detegovateľné). Molekuly II. tr. (LD Ag) boli objavené na základe pozorovania v zmiešaných kultúrach alogénnych lymfocytov, ktoré mali totožné Ag H-2K a H-2D. Bolo pozorované zväčšenie buniek, vznik blastov, zvýšená rýchlosť syntézy DNA a bunkové delenie. Ukázalo sa, že za túto reakciu (MLR = mixed lymphocyte reaction / MLC = mixed lymphocyte culture) sú zodpovedné sérologicky nedefinovateľné rozdiely v povrchových determinatoch lymfocytov z 2 geneticky rozdielnych indivíduí.

18 Z hľadiska vyvolania tvorby protilátok, antigény H-2K, H-2D (molekuly I. tr.) patria medzi najsilnejšie Ag. U odlišných jedincov sa prejavujú ako silné transplantačné Ag (prispievajú k odvrhnutiu transplantátu), významnú úlohu však zohrávajú aj vo vnútri organizmu. Protilátky proti nim boli prvé, ktoré sa zistili v sérach zvierat s transplantovaným kožným štepom. Preto sa tieto Ag nazývajú klasické transplantačné Ag. Lymfoidné bb. myši obsahujú veľa AgH-2;pečeň, pľúca a obličky ich majú menej, mozog a kostrové svaly veľmi málo. Ag H-2K / 2D sú transmembránové glykoproteíny. Ich sérologická špecifickosť spočíva v rozdielnosti sekvencií AK. Antigény lokusov K a D prispievajú k odvrhnutiu transplantátu.

19 Medzi okrajovými K a D oblasťami H-2 systému sa nachádzajú I a S oblasti, ktoré majú významný vzťah k imunologickej reaktivite organizmu. V oblasti I sú gény Ir (immune response), ktoré sú zodpovedné za rozdiely v schopnosti jedincov imunologicky reagovať na určité antigénne podnety. 1/ kontrolujú schopnosť jedinca odpovedať na množstvo Ag, 2/ kontrolujú špecifickú interakciu buniek T a B pri imunitnej odpovedi. V mnohých prípadoch nestačí samotný Ag stimulovať B bb. k tvorbe Ab, ale na to je potrebná aj spolupráca T bb. a makrofágov. Imunitná oblasť kóduje molekuly II. tr., ktoré podnecujú v cudzom príjemcovi proliferáciu a diferenciáciu Ly; v organizme rozhodujú o stupni a povahe imunitnej reaktivity. Soblasť gény kontrolujúce syntézu zložiek komplementu a Slp (sex-limited protein) u inbredných myší len u samcov, u divo žijúcich aj u samíc.

20 Zjednodušená génová mapa: komplex H 2 (17. chromozóm) - myš S L oblasti lokusy Génové produkty: Ag (MHC molekuly I. a II. tr.) MHC I. tr. MHC II. tr. zložky C MHC I. tr. Ag z H 2K a H 2D sú najpotentnejšie pre vyvolanie Ab Ag I. tr. typické transplantačné Ag; SD; výskyt všetky jadrové bb. Ag II. tr. zodpovedné za imunitnú odpoveď; LD; výskyt - APC

21 Ak sa líšia 2 jedince v znakoch celého H 2 systému, dochádza k vypudeniu vzájomne prenesených štepov buniek alebo kože veľmi rýchlo za 8 12 dní; a naviac sa prejaví prudká reakcia lymfoidných bb. štepu proti hostiteľovi, silná je odpoveď v zmiešaných kultúrach a je takmer nemožné vyvolať vzájomnú imunologickú znášanlivosť bb., tkanív a orgánov. Zhoda príjemcu a darcu v znakoch H 2 systému však ešte nezaručuje trvalý úspech štepov.?prečo nie?vedľa tohtohss veľkou účinnosťou, u myší existuje ešte asi 20 ďalších vedľajších, menších lokusov (H 1, H 3, H 13...), ktoré sú umiestnené na autozómoch a jeden tiež na Y chromozóme. Tieto určujú slabšie H znaky: takto sa líšiace štepy prežívajú dlhšiu dobu, rozvíjajúcu sa transplantačnú reakciu je možné ľahšie potlačiť, reakcia štepu proti hostiteľovi je mierna.

22

23 HLA u ľudí lokalizácia na 6.chromozóme na krátkom ramene, viac ako 6000 kbp. Má 5oblastí: smerom od centroméry je to oblasť HLA D, B, C, E, A. Medzi oblasťami HLA-D a HLA-B sa nachádza úsek DNA obsahujúci gény pre niektoré zložky C (C2, C4, Bf). HLA-antigény delíme podľa štruktúry a funkcie do 2 skupín: MHC I.tr. sa nachádzajú na všetkých jadrových bunkách sebaznaky - OP MHC II.tr. na povrchu B, DC, MØ a aktivovaných T Ly pozn.: myšacie T Ly MHC molekuly II. tr. neexprimujú V rámci oblasti HLA D sa doposiaľ identifikovalo 5 rodín génov: HLA DN, DO, DP, DQ a DR. Ich produkty predstavujú molekuly MHC II. tr., pričom sú typickými antigénmi imunitnej odpovede. Histokompatibilné antigény sa označujú rovnakými symbolmi aké platia pre jednotlivé lokusy MHC.

24 Zjednodušená génová mapa: komplex HLA (6. chromozóm) - človek oblasti podoblasti D oblasti Génové produkty: Ag (MHC molekuly I. a II. triedy) MHC II.tr. zložky C MHC I. tr. Ag I. tr. typické transplantačné Ag; SD; výskyt všetky jadrové bb. Ag II. tr. zodpovedné za imunitnú odpoveď; LD; výskyt - APC, stimulované T

25 HLA u ľudí HLA antigény I. tr. na membránach bb. sa určujú sérologicky pomocou špecifických protilátok. HLA antigény II. tr. (produkty oblasti HLA D) sa určujú testom zmiešaných lymfocytových kultúr, preto sa označujú ako antigény LD (lymfocytmi detegovateľné). MHC molekuly II. tr. boli objavené na základe zistenia, že keď sa zmiešali Ly od 2 darcov, pozorovala sa ich blastogenéza, atoaj napriek tomu, že obaja darcovia mali zhodné MHC I. tr. (HLA A, B, C, E). Blastogenéza je vývojové štádium bb., charakteristické vysokým metabolizmom, biosyntézou proteínov, DNA a RNA. Morfologicky sa prejavuje zväčšením bunky (vznikajú lymfoblasty) a jej delením. Stupeň blastogenézy sa v MLC meria na základe inkorporácie 3 H tymidínu alebo 14 C do DNA. Blastogenézu v MLC zapríčiňujú rozdielne antigény II. tr. nachádzajúce sa na povrchu Ly rôznych jedincov.

26 HLA u ľudí Štúdium systému HLA je dôležité pre potreby pri výbere vhodného darcu pri transplantáciách bb. (kostná dreň), tkanív a orgánov. Tiež sú to problémy a otázky genetickej predispozície a mechanizmu vzniku chorôb, pretože je stále viac dôkazov o tom, že HLA majú významný vzťah k rôznym ochoreniam. U chorých s niektorými chorobami sa určité antigény HLA vyskytujú častejšie ako u zdravých. Pr. 96% pacientov s Bechterevovou chorobou (ankylozujúca spondylitída je dlhodobé zápalové ochorenie, Postihuje predovšetkým tzv. sakroiliakálne skĺbenie tj. kĺb medzi krížovou kosťou a panvou, a kĺby chrbtice ) má Ag HLA B27, výskyt tohto Ag v normálnej populácii je len 4%. Chorí s diabetes mellitus majú o 26% vyššiu frekvenciu HLA B15, pacienti s celiakiou o 50% vyšší výskyt HLA B8. Molekulový základ asociácie týchto HLA Ag s určitými chorobami nie je zatiaľ známy. Pri vírusových infekciách alebo zhubnom nádorovom ochorení sa môžu uplatniť aj spiace gény a na povrchu bb. je potom možné dokázať väčší počet molekúl.

27 MHC restrikcia Produkty MHC génového komplexu sa zúčastňujú na prezentácii Ag a na bunkových interakciách pri imunitných odpovediach. Kooperácia medzi bunkami IS sa uskutočňuje len medzi bunkami s rovnakým MHC systémom. Tento fenomén sa volá MHC restrikcia. Sú známe 2 cesty pre spracovanie a prezentáciu Ag. Pôvod Ag (exogénny alebo endogénny) určuje, ktorou cestou bude Ag prezentovaný (či prostredníctvom MHC molekúl I., alebo II. triedy). Jedna cesta sa týka endogénnych Ags (napr. vírusy), ktoré sa syntetizujú, ale aj degradujú v proteazómoch, v cytoplazme antigén prezentujúcej bunky, ale aj ktorejkoľvek inej bunky v tele infikovanej vírusom. Degradované fragmenty antigénu sa naväzujú na MHC molekuly I. tr. antigén prezentujúcej bunky a sú prezentované cytotoxickým CD8+ T bunkám. Druhá cesta sa týka exogénnych Ags, ktoré sú zachytené a spracované v endozómoch APC a následne naviazané na MHC molekuly II. tr. Takéto komplexy sú prezentované T pomocným CD4+ bunkám.

28

29 Väzba komplexu molekuly MHC I.tr. s vírusovým antigénom na receptory T buniek (TCR) stimuluje proliferáciu CD8+ Tc buniek. Naviazanie komplexu MHC molekuly II.tr. s antigénnym peptidom na TCR stimuluje proliferáciu CD4+ Th buniek. Odpoveď môže byť zosilnená uvoľnením IL-1 z APC buniek a IL-2 z oboch podtypov T buniek. Tc bunky potom rozpoznajú a zničia cieľové bunky, ktoré vykazujú vlastné molekuly I.tr. s vírusovým antigénom. Cudzí Ag nie je ako celok rozpoznávaný receptormi, ale len jeho časti po degradácii (fragmenty, peptidy), ktoré sa skladajú z cca 6-7 AK alebo zbytkov cukrov. To znamená, že zvyčajne veľmi veľký počet receptorov sa podieľa na väzbe s každým individuálnym Ag. Priebeh prezentácie endogénneho Ag: Ak sú Ag endogénneho pôvodu (vírus) v bunke dochádza k ich degradácii na peptidy v proteazómoch. Peptidy sú transportované do endoplazmatického retikula prostredníctvom molekúl TAP (transporter associated with antigen processing). Niektoré z týchto peptidov sa môžu naviazať na molekuly MHC I. tr. akomplexy Ag peptid-mhc I. tr. sa vo vezikulách presúvajú na bunkový povrch, kde sú rozpoznávané prostredníctvom TCR na CD8 + cytotoxických lymfocytoch (T C ).

30 Antigen proccessing β2m β2m β2m β2m

31 Antigen proccessing

32

33

34 Priebeh prezentácie exogénneho Ag: Ag je zachytený APC (v prípade B bunky je to prostredníctvom špecifickej väzby s povrchovými Ig). Ag sa endocytózou dostane do cytoplazmy APC; endozómy potom fúzujú s vezikulami obsahujúcimi proteolytické enzýmy, ktoré štiepia Ag na fragmenty peptidy. Ag peptidy sa spájajú s molekulami MHC II. tr. Komplexy Ag peptid-mhc molekuly II. tr. sa presúvajú na povrch APC bunky, aby na membráne mohli byť prezentované CD4+ T H bunkám.

35

36

37 Alert-upozorniť

38 Súhrnné cesty degradácie a prezentácie antigénov