ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ανοσολογία Ο Τ κυτταρικός υποδοχέας (TCR) Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.
O T KΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ ΤCR
Στόχος του μαθήματος Τι είναι ο ΤCR, τι αναγνωρίζει, ποια είναι η δομή του Το μόριο CD3 και η ζ αλυσίδα Μετάδοση σήματος μέσω TCR/CD3 Επικουρικά μόρια, ρόλος τους στην ενεργοποίηση των Τ κυττάρων -CD4/CD8 -CD28/CTLA4 -μόρια προσκόλλησης
Υποδοχείς Ag καισυνδιεγερτικά συνδιεγερτικάμόρια των Τ κυττάρων Τα Τ κύτταρα αναγνωρίζουν MHC μόρια και τα προσδεδεμένα Ag πεπτίδια μέσω του Τ κυτταρικού υποδοχέα (TCR).O TCR έχει κλωνική κατανομή, ήτοι Τ κύτταρα με διαφορετικές ειδικότητες εκφράζουν διαφορετικούς TCR. Τα βιοχημικά σήματα που πυροδοτούνται κατά την Ag αναγνώρισηδεν μεταβιβάζονται μέσω του TCR αλλά μέσω των CD3πρωτεϊνών και της ζ αλυσίδας που είναι μη-ομοιοπολικά συνδεδεμένες με τον TCR και σχηματίζουν μαζί το σύμπλεγμα του TCR (CD3 complex). Τα Τ κύτταρα εκφράζουν επίσης μεμβρανικά μόρια που δεν αναγνωρίζουν το Ag αλλά συμμετέχουν στην απάντηση στα Ag. Τα μόρια αυτά ονομάζονται συνδιεγερτικά ή επικουρικά μόρια (costimulatory ή accessory molecules). Mόρια που μεταβιβάζουν μηνύματα αναγκαία για την πλήρη ενεργοποίηση των Τ κυτ Μόρια προσκόλλησης που σταθεροποιούν την ζεύξη των Τ κυττάρων με τα APCs.
Το σύμπλεγμα του TCR (CD3 complex)
TCR και συνδιεγερτικά ή επικουρικά μόρια The principal T cell membrane proteins involved in antigen recognition and in responses to antigens are shown. The functions of these proteins fall into three groups: 1. antigen recognition, 2. signal transduction, 3. adhesion.
Τ κυτταρικός υποδοχέας (TCR) Ετεροδιμερές αποτελούμενο από 2 διαμεμβρανικές αλυσίδες, α& β, συνδεδεμένες με ομοιοπολικούς δεσμούς. Η εξωκυττάριαπεριοχή του TCR είναι όμοιαμε με το Fabτμήμα των Ig. Κάθε αλυσίδα αποτελείται από μία μεταβλητή Vα και Vβ και μία σταθερή Cα ή Cβ περιοχή που είναι ομόλογες με τις Igπεριοχές των ανοσοσφαιρινών. Η Vπεριοχή του TCR α & β έχει 3 CDR(Complementarity Determining Region) όπου συνδέεται το Ag. Η β αλυσίδα έχει 4 η CDR περιοχή που προσδένει μικροβιακά προϊόντα που ονομάζονται υπεραντιγόνα.
Δομή του TCR
Γονιδιακός τόπος του TCR Κάθε TCR αλυσίδα κωδικοποιείται από πολλά γονιδιακά τμήματα μετά από σωματικό ανασυνδυασμό που λαμβάνει χώρα κατά την ωρίμανση των Τ κυττάρων. Η C περιοχή κωδικοποιείται από 1 C και από 2 C γονιδιακάτμήματα για την ακαι βαλυσίδα αντίστοιχα. H CDR περιοχή της βαλυσίδας κωδικοποιείται από τον ανασυνδυασμότων γονιδιακών τμημάτων V (variable, μεταβλητό) D (diversity, ποικιλομορφίας) J (joining, συνδετικό). Η α αλυσίδα κωδικοποιείται από ανασυνδυασμόv και J τμημάτων. Ο ανασυνδυασμός των διαφόρων αυτών γονιδιακών τμημάτων προσδίδει κλωνικήποικιλότητα στον TCR. Η ποικιλότητα αυξάνει από προσθήκη εξωγενομικών νουκλεοτιδίων.
Λειτουργία του TCR Τόσο η αόσο και η βαλυσίδα είναι αναγκαίες για την ειδικότητα Ag και την περιοριστική αναγνώριση των MHC μορίων από τον TCR. Πειραματικές αποδείξεις Διαμόλυνση Τ κυτταρικών σειρών με α και β αλυσίδες Διαγονιδιακά ποντίκια Ο TCRέρχεται σε επαφή με 1-2 α.ο. κατάλοιπα του MHCσυνδεδεμένου πεπτιδίου. Η συγγένεια πρόσδεσης είναι πολύ χαμηλή, 10-5 -10-7.
Κάθε APC παρουσιάζει πολλά πεπτίδια, κάθε Τ κυτταρικός κλώνος απαντά σε ένα ειδικό πεπτίδιο
Σύγκριση TCR/Ig O TCR και οι Ig είναι δοµικά παρόµοια µόρια. Είναι ετεροδιμερή, όπου κάθε αλυσίδα έχει μία σταθερή και 1 μεταβλητή περιοχή. Και τα δύο μόρια έχουν 3 υπερμεταβλητές περιοχές (CDRs). Η οργάνωση των γονιδιακών τόπων τους είναι παρόμοια. Έχουν μικρό ενδοκυττάριο τμήμα που δεν μεταβιβάζει μηνύματα ενεργοποίησης. Τα μηνύματα μεταβιβάζονται από πρωτεΐνες συνδεδεμένες με τον TCR ή τον ΒCR (mig) μετά από την πρόσδεση του Ag. Κύριες διαφορές: Ο TCR δεν παράγεται σε εκκρινόμενη μορφή. Ο TCR δεν κάνει ισοτυπική μεταστροφή όπως οι Ig, ούτε ωρίμανση συγγένειας (βλέπε ενεργοποίηση Β κυττάρων).
Το σύμπλεγμα του TCR
Το σύμπλεγμα του TCR Το TCR σύµπλεγµα αποτελείται από 3 συστατικά μέρη: 1) τον TCR, 2) την CD3πρωτεΐνη και 3) το διμερές της ζ αλυσίδας. Η CD3 πρωτεΐνη αποτελείται από 3 αλυσίδες γ, δ, επου σχηματίζουν διμερή, ε-γκαι ε-δκαι είναι μη ομοιοπολικά συνδεδεμένες. Οι γ, δ, ε αλυσίδες ανήκουν στην Ig υπεροικογένεια. Το CD3 σύμπλεγμα δεν αναγνωρίζει Ag αλλά μεταβιβάζει ενεργοποιητικά μηνύματα. Η έκφραση του TCR συμπλέγματος απαιτεί την σύνθεση όλων των συστατικών του μερών.
Ενεργοποίηση του CD3 H γ, δ, ε αλυσίδες έχουν ένα ενδοκυττάριο τμήμα (44-81 α.ο.) που περιέχει μια περιοχή σημαντική για την μετάβαση μηνύματος, που αποκαλείται ITAM (Immunoreceptor tyr-based Activation Motif). Κάθε ΙΤΑΜ περιέχει 2 αντίγραφα της αλληλουχίας tyr-x-x-leu. Η κάθε ζαλυσίδα έχει 3 ΙΤΑΜs. Μετά την πρόσδεση του Ag στον TCR,φωσφοριλυώνεται η tyrτων ΙΤΑΜs Μετά την πρόσδεση του Ag στον TCR,φωσφοριλυώνεται η tyrτων ΙΤΑΜs με αποτέλεσμα την δημιουργία θέσης πρόσδεσης για πρωτεΐνες προσαρμογής (adaptors)* που επιτρέπουν την πρόσδεση κινασών** τυροσίνης όπως η ZAP-70και η Fyn. Η επακόλουθη ενεργοποίηση των κινασών αυτών πυροδοτεί ένα καταρράκτη βιοχημικών διεργασιών που ενεργοποιούν το κύτταρο.
Ενδοκυττάρια σηματοδότηση μέσω TCR Intracellular signaling events during T cell activation. Binding of the TCR and coreceptors to peptide-mhc complexes on the antigen-presenting cell (APC) initiates proximal signaling events, which result in phosphorylation of the ζ chain, binding and activation of ZAP-70, phosphorylation of adapter proteins, and activation of various cellular enzymes. These enzymes then activate transcription factors that stimulate the expression of various genes involved in T cell responses.
1. Επικουρικά μόρια(γενικά) Tα επικουρικά μόρια είναι μη πολυμορφικά και δεν παρουσιάζουν ποικιλότητα. Οι συνδέτες των επικουρικών μορίων βρίσκονται στα APCs. Τα επικουρικά μόρια μεταβιβάζουν ενδοκυττάρια μηνύματα. Η πρόσδεση ορισμένων επικουρικών μορίων στον συνδέτη τους αυξάνει το σθένος πρόσδεσης μεταξύ Τ κυττάρων και APCs. Η πρόσδεση των επικουρικών μορίων στους συνδέτες τους στα ενδοθηλιακά κύτταρα είναι υπεύθυνη για την μετανάστευση των Τ κυττάρων στους διάφορους ιστούς.
2. Επικουρικά μόρια(cd4 & CD8) Tα μόρια αυτά προσδένονται σε μη πολυμορφικές περιοχές των MHC μορίων και μεταβιβάζουν μηνύματα που μαζί με αυτά του TCR πυροδοτούν την ενεργοποίηση των Τ κυτ. Τα ώριμα Τ κύτ εκφράζουν είτε CD4 (τα βοηθητικά Τ κύτ) είτε CD8 (τα κυτταροτοξικά, CTLs) μόρια αλλά όχι και τα δύο μαζί. Επειδή λειτουργούν μαζί με τον TCR στην μεταγωγή ενεργοποιητικών μηνυμάτων κατά την Ag αναγνώριση ονομάζονται και συνυποδοχείς (coreceptors). Tα CD4 μόρια αναγνωρίζουν τα MHCII, ενώ τα CD8 μόρια τα MHC I.
Δομή των CD4 & CD8
Λειτουργία των CD4 & CD8 Ο σημαντικός ρόλος των μορίων αυτών είχε δειχθεί με διάφορα πειράματα. Αb που παρεμποδίζουντην πρόσδεση CD4/CD8 με τα αντίστοιχα MHC αναστέλλουν την ενεργοποίηση των Τ κυττάρων. Πειράματα διαμόλυνσης σε Τ κύτταρα που δεν εκφράζουν CD4/CD8 επαναφέρουν την ικανότητα των κυττάρων να απαντούν σε Ag ερέθισμα. Αντίθετα διαμόλυνση MHC, που έχει μεταλλαγμένη την περιοχή πρόσδεσης των CD4 ή CD8δεν επαναφέρει την ικανότητα αντιγονοπαρουσίασης τους. Ποντίκια ΚΟ για το CD4 ή το CD8 μόρια δεν έχουν ώριμα βοηθητικά ή κυτταροτοξικά Τ κύτταρα.
Μηχανισμός δράσης των CD4 & CD8 Τα CD4μόρια είναι μη-ομοιοπολικά συνδεδεμένα με την κινάση τυροσίνης Lck. Οταν ο ΤCR αναγνωρίσει Ag και παράλληλα τα CD4μόρια προσδεθούν με τα MHCΙΙμόρια, τα δύο μόρια πλησιάζουν έτσι ώστε η Lck να φωσφορυλιώσει τα ΙΤΑΜs του CD3. Η φωσφορυλίωση των ITAMs πυροδοτεί τον καταρράκτη ενεργοποίησης των Τ κυττάρων. Tα ίδια ισχύουν και για το μόριο CD8.
Ενδοκυττάρια σηματοδότηση μέσω TCR Intracellular signaling events during T cell activation. Binding of the TCR and coreceptors to peptide-mhc complexes on the antigen-presenting cell (APC) initiates proximal signaling events, which result in phosphorylation of the ζ chain, binding and activation of ZAP-70, phosphorylation of adapter proteins, and activation of various cellular enzymes. These enzymes then activate transcription factors that stimulate the expression of various genes involved in T cell responses.
3. Επικουρικά μόρια (CD28 &CTLA-4) Τα Τ κύτταρα χρειάζονται 2 σήματα για να ενεργοποιηθούν. Το 1 ο μήνυμα παρέχεται από τον TCR/CD4. To 2 ο μήνυμα παρέχεται από μόρια που ονομάζονται συνδιεγέρτες (costimulators). Το καλύτερα μελετημένο τέτοιο μόριο είναι το CD28που εκφράζεται στο 90% των CD4 και στο 50% των CD8 κυττάρων. Το CD28 είναι ομοδιμερές με Ig περιοχές. Έχει δύο συνδέτες που εκφράζονται στα APCs τα μόρια CD80 (B7-1) και CD86 (B7-2). Το μόριο CTLA-4έχει παρόμοια δομή με το CD28, και αναγνωρίζει τους ίδιους συνδέτες. Εκφράζεται σε πρόσφατα ενεργοποιημένα Τ κύτ.αντίθετα από το CD28 παρέχει ανασταλτικά μηνύματα (βλέπε Ανοχή).
Ο ρόλος των συνδιεγερτικών μορίων στην Τ κυτταρική ενεργοποίηση
4. Επικουρικά μόρια (μόρια προσκόλησης) Ιντεγγρίνες: LFA-1(lymphocyte function-associatedantigen-1) μόριο που εκφράζεται σε Τ κύτταρα, με προσδέτη το μόριο ICAM-1 που εκφράζεται σε APCs, ινοβλάστες, κερατινοκύτταρα, ενδοθηλιακά κύτταρα. Σε παρθένα Τ κύτταρα η συνάφεια του LFA- 1 είναι χαμηλή και αυξάνει μετά από ενεργοποίησή τους. Κύρια λειτουργία του LFA-1 η αύξηση της ισχύος πρόσδεση των Τ κυττάρων σε APCsκαι ενδοθηλιακά κύτταρα. Λόγω της μικρής συγγένειας μεταξύ TCR και MHC-Ag η επαφή μεταξύ Τ κυττάρων και APCsπρέπει να είναι μεγάλης χρονικής διάρκειας. Αυτό επιτυγχάνεται χάρη στην σταθεροποίηση της σύνδεσης Τ κυττάρων APCμέσω των μορίων προσκόλλησης.
Μόρια προσκόλησης(2) Η συνάφεια του LFA-1 για τον συνδέτη του αυξάνει υπό την επίδραση χημειοκινών και μετά από διέγερση του TCR, εξασφαλίζοντας ότι η πρόσδεση των Τ κυττάρων με τα APCs ή τα ενδοθηλιακά κύτταρα λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες αντιγονικής διέγερσης. Το LFA-1είναι απαραίτητο για τις περισσότερες εξαρτώμενες από προσκόλληση λειτουργίες των Τ κυττάρων όπως αντιγονοπαρουσίαση, μετανάστευση και φόνος μέσω CTL μηχανισμών.
Επικουρικά μόρια στα Τ κύτταρα The interaction of a CD4 + helper T cell with an APC (A), or of a CD8 + CTL with a target cell (B), involves multiple T cell membrane proteins that recognize different ligands on the APC or target cell. Only selected accessory molecules and their ligands are illustrated. CD4 and CD8 are coreceptors. CD28 is the prototypical costimulatory receptor, and the LFA-1 integrin is an adhesion molecule that may also have signaling functions. APC, antigen-presenting cell.
Τέλος Ενότητας
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
Σημειώματα
Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ. http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1174.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Θυφρονίτης. «Ανοσολογία. Ο Τ κυτταρικός υποδοχέας (TCR)». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1174.
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1] https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/.