Systém hla a prezentace antigenu Ústav imunologie uk lf a fn motol

Systém HLA a prezentace antigenu

• Ústav imunologie UK 2.LF a FN Motol

Struktura a funkce HLA

• historie

• struktura HLA genů a molekul

• funkce HLA molekul

• nomenklatura HLA systému

• HLA asociace s nemocemi

• prezentace antigenu

HLA - vývoj imunity

• HLA jsou membránové glykoproteiny, které představují vrchol organizace fungování imunitního systému

• ve vývoji imunitního systému se objevují až u obratlovců

Evoluce imunity

• mechanismy rozpoznání vlastních komponent a určité možnosti obrany organismu nacházíme i u velmi jednoduchých organismů

Evoluce imunity ve vývoji druhů

• procaryota

• restrikční endonukleázy zničí cizí DNA

• vlastní DNA je chráněna metylací enzymů

HLA - MHC

• HLA molekuly jsou zodpovědné za histokompatibilitu -

• slučitelnost tkání

• kombinace HLA molekul je unikátní u každého jedince

• jediný příklad shody HLA molekul představují jednova-

• ječná dvojčata

• HLA molekuly jsou zodpovědné za odvržení transplantátu

• histokompatibilní molekuly v této situaci fungují jako antigeny, které vyvolají imunitní odpověď zaměřenou na odvržení štěpu

• v této souvislosti se tyto molekuly nazývají transplantační či histokompatibilní antigeny

• .

struktura HLA molekul

• HLA molekuly se dělí na 2 hlavní třídy, a to HLA molekuly I. a II. třídy

• HLA molekuly obou tříd jsou glykoproteiny, heterodimery, složené ze dvou řetezců, z nichž alespoň jeden je polymorfní

• struktura HLA molekul obou tříd umožňuje vazbu antigenu a kontakt s receptory T lymfocytů

HLA molekuly I. třídy

• HLA molekuly I. třídy se skládají ze 3 částí

• transmembránový glykoprotein, nazývaný těžký řetězec, který má transmembránovou část a 3 domény extracelulární, nazývané 1, 2 a 3.

• 1, 2 domény jsou polymorfní částí HLA molekuly I. třídy

• tyto domény mají uspořádání, které umožňuje vazbu antigenního peptidu

• těžký řetězec je nekovalentně spojen s 2mikroglobulinem, nepolymorfním řetezcem HLA molekuly I. třídy

• třetí součástí HLA molekuly je peptid, vázající se do vazebného místa tvořeného 1a 2 doménou

struktura HLA molekul I. třídy

• HLA molekuly I. třídy se skládají z

• těžkého a řetezce
• -2 microglobulinu
• peptidu

HLA A,B,C

• Lidé mají na povrchu svých buněk 3 druhy klasických HLA molekul I. třídy, nazývané HLA-A, HLA-B, a HLA-C.

• Tyto typy se liší pouze složením svého těžkého řetězce, 2 mikroglobulin je stejný.

• HLA molekuly I. třídy jsou exprimovány na všech jaderných buňkách těla.

• HLA I.třídy nejsou exprimovány na erytrocytech, téměř nebo v nepatrné míře jsou exprimovány na buňkách CNS.

• Geny kódující těžké řetězce HLA molekul I. třídy se nacházejí na 6. chromozomu v oblasti MHC.

HLA molekuly II. třídy

• HLA molekuly II. třídy se skládají z dvou transmembránových gylkoproteinů, nazývaných  a  řetězec. Oba dva řetězce jsou polymorfní.

• HLA molekuly II. třídy se nacházejí ve 3 typech, pojmenovaných HLA DR, DP a DQ.

• Tyto molekuly jsou kódovány geny na 6 chromozomu, v oblasti HLA D.

• Molekuly HLA II. třídy jsou exprimovány velmi omezeně na buňkách prezentujících antigen. Exprese HLA II. třídy je indukovatelná, při zánětu je mohutně stimulována.

Struktura HLA molekul II. třídy

• HLA molekuly II. třídy se skládají ze 2 polymofrních, transmembránových řetězců a navázaného peptidu.

Struktura HLA molekul I. a II.třídy

• HLA I. třídy HLA II.třídy

HLA a peptidy

• antigenní peptidy ve vazebných místech HLA molekul

• I.třídy

• II.třídy

HLA geny

• mezi HLA III.třídy patří složky komplementu, TNF, HSP a další

• HLA DR je polymorfní pouze beta řetězec

HLA haplotypy

• Haplotyp je kombinace alel každého HLA locusu na jednotlivém chromozomu.

• U HLA molekul I. třídy dědíme každý ze 3 typů těžkých řetězců od každého rodiče.

• Každý, pokud není homozygotní pro některou z alel, tedy exprimuje na svých buňkách 6 různých typů HLA molekul I. třídy.

HLA polymorfismus

• Geny HLA jsou nejvíce polymorfní ze všech známých systémů. V současné době jsou známy desítky alelických variant každého typu. Z těchto variant každý dědí v každém typu 2 alely, což dohromady tvoří tisíce možných kombinací.

• Diverzita je patrná na příkladu studie HLA typizace 1000 dárců krve, provedené v USA. Typizace byla provedena pouze pro HLA A a B.

• u více než poloviny byl nalezen unikátní HLA haplotyp
• 111 dárců mělo takový haplotyp u HLA A a B, že jej sdíleli pouze s 1 osobou v celé skupině
• nejčastější haplotyp (HLA-A1, HLA-A3, HLA-B7, and HLA-B8) byl v celé skupině nalezen u 11 dárců

HLA typizace

• Sekvence lidského MHC systému je nyní kompletně známa. Konsortium laboratoří oznámilo v říjnovém čísle Nature v roce 1999 dokončení sekvence 3,673,800 nukleotidů na chromozomu 6, ze kterých se skládá MHC systém a kde jsou zahrnuty i další geny s důležitou funkcí v reakcích imunitního systému.

HLA a prezentace antigenu

• Histokompatibilní antigeny byly objeveny díky své úloze v transplantačních reakcích.

• Základní funkcí HLA molekul však je prezentace antigenu, který je v této souvislosti rozpoznáván T lymfocyty.

Imunitní systém

HLA a antigeny

• antigeny, které jsou předkládány imunitnímu systému v kontextu s HLA molekulami, pocházejí jednak z extracelulárního prostředí, tak zvané vnější antigeny, jednak jsou lokalizovány uvnitř buňky, tak zvané vnitřní antigeny.

• povaha vnitřních a vnějších antigenů se výrazně liší, každý indukuje zcela jiný typ imunitní reakce

• vnitřní antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA I. třídy

• vnější antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA II. třídy

Prezentace antigenu

• Antigeny jsou molekuly, které vyvolají imunitní odpověď.

• Antigeny jsou většinou proteiny či glykoproteiny, nebo polysacharidy.

• Antigeny pocházející z vnějšího prostředí se do organismu dostanou přes gastrointestinální trakt, respirační trakt, kůži nebo arteficiálně např. injekčně.

• Antigeny vnitřní se nacházejí přímo v buňkách, může se jednat např. o proteiny kódované virovými geny nebo proteiny kódované mutovanými geny v nádorově změněných buňkách.

Antigen prezentující buňky a T lymfocyty

• K iniciaci imunitní odpovědi je nutné rozpoznání antigenu T lymfocyty

• Povaha imunitní odpovědi je určována druhem prezentovaného antigenu.

• prezentace exogenního antigenu

Antigen prezentující buňky a T lymfocyty

• K iniciaci imunitní odpovědi je nutné rozpoznání antigenu T lymfocyty

• Povaha imunitní odpovědi je určována druhem prezentovaného antigenu.

• prezentace endogenního antigenu

Exogenní antigeny

• Exogenní antigeny jsou zpracovány profesionálními antigen prezentujícími buňkami.

• Mezi tyto buňky patří

• fagocytující buňky - makrofágy, dendritické buňky
• B lymfocyty

• Všechny tyto buňky exprimují HLA II. třídy.

Zpracování exogenních antigenů

• antigen se do buňky dostává endocytózou

• je zpracován v endocytárním kompartementu buňky

• zde je degradován na fragmenty

• ve stejném kompartmentu je navázán na HLA molekulu II. třídy

• jako komplex je vystaven na povrchu buňky

• komplex HLA II. třídy a antigenu je rozpozán CD4+ lymfocyty

Cesta zpracování exogenních antigenů s HLA molekulami II. třídy

• Komplex HLA molekuly II. třídy a antigenu se tvoří v endosomálním kompartmentu buňky v několika krocích

• HLA molekula II. třídy je tvořena v endoplasmatickém retikulu z 2 řetězců
• v ER je stabilizována invariatním řetězcem
• tento komplex putuje do Golgi aparátu a do endosomů
• zde je invariatní řetězec aktivně odstraněn působením HLA DM
• antigen je vložen do vazebného místa HLA molekuly II. třídy
• komplex HLA a antigenu putuje na povrch buňky
• komplex HLA-antigen je v této souvislosti rozpoznán CD4 pozitivním lymfocytem

Endogenní antigeny

• Antigeny jsou proteiny vznikající uvnitř buněk.

• Antigeny jsou degradovány na peptidy v cytoplasmě za pomoci proteazomu

• vybrané peptidy jsou aktivně transportovány do endoplasmatického retikula činností struktury zvané TAP (transport associated protein)

• v endoplasmatickém retikulu se formuje komplex HLA a řetězce, 2 mikroglobulinu a antigenu

• tento komplex HLA I.třídy a antigenu putuje buňkou přes Golgiho aparát na povrch

• zde je připraven na kontakt s CD8+ lymfocytem

• buňka je CD8+ lymfocytem zničena

Endogenní cesta prezentace antigenu

• HLA antigeny I. třídy jsou exprimovány na všech jaderných buňkách

• komplex HLA I. třídy a antigenu se skládá z

•  řetězce

• 2mikroglobulinu

• endogenního antigenu

• na povrchu buňky se setkává s CD8+lymfocytem

TAP

• Transport associated protein - TAP je struktura zodpovědná za přenos antigenních peptidů z cytoplasmy do endoplasmatického retikula.

• proteiny jsou v cytoplasmě degradovány proteazomem na peptidy
• peptidy jsou zachyceny TAP a transportovány do ER
• v ER jsou tyto peptidy spojeny s HLA I. třídy a transportovány přes Golgiho aparát na povrch buňky

• .

Cesty zpracování antigenu

B lymfocyty

• B lymfocyty zpracovávají antigen exogenní cestou ve spojení s HLA molekulami II. třídy.

• Proces zpracování antigenu se však v některých zásadních bodech liší od cesty využívané fagocytujícími buňkami.

BCR

• B buňky zachycují antigeny procesem receptorem mediovanou endocytózou

• B buňky mohou touto cestou zachytit exogenní antigeny s vysokou afinitou

• další kroky jsou shodné s exogenní cestou prezentace antigenu

• zúčastněná CD4+ buňka sekretuje cytokiny

• tím je B lymfocyt aktivován a produkuje odpovídající protilátky

Protilátky

• produkce protilátek

Signální cesty, aktivace buněk

Souhrn- cesty prezentace antigenu

Polarizace T buněčné odpovědi