Processamento antigene e attivazione dei T, MHC

APC

Professionali: (MHC II)

• Cellule dendritiche
• Macrofagi
• Linfociti B

Non Professionali: (MHC I)

• Neutrofili
• Fibroblasti
• Cellule gliali
• Cellule β del pancreas

Complesso Maggiore di Istocompatibilità (MHC)

Scoperta MHC:

Cromosoma 9

Locus Genico: H2

Cromosoma 6

HLA

Locus Genico: HLA

Regione 1ᵒ classe:

• HLA - A
• HLA - B
• HLA - C
• MHC I classici
• MIC A e MIC B
• HLA - E
• HLA - F
• HLA - G
• MHC non classiche

Regione 2ᵒ classe:

• HLA - DP
• HLA - DQ
• HLA - DR
• MHC II
• LRP 2 e LRP 1
• TAP 2 e TAP 1
• TAP 2 (tapasina)
• HLA - DK
• HLA - DO

Regione 3ᵒ classe:

Tipizzazione HLA:

1. Trapianto
2. Malattie autoimmuni

Professionali: (MHC II)

• Cellule dendritiche
• Macrofagi
• Linfociti B

Non Professionali: (MHC I)

• Neutrofili
• Fibroblasti
• Cellule gliali
• Cellule β del pancreas

Scoperta MHC: nello

Cromosoma 9

Furono trovati quindi che

Locus genico:

2 molecole MHC I

6 molecole MHC II

Linkage HLA:

sono geni sullo stesso cromosoma che tendono a non disgregare, indipendentemente (totale 25%)

Struttura: MHC II

(eterodimero α/β) su tutte le cellule nucleate

Catena α

codificata sul locus genico HLA, derivata dai 2 alleli dei geni HLA-A, HLA-B, HLA-C ereditati dai genitori

1° segmento NH₂ terminale è formato da:

• α1 detto anche α₁, che si fissa sulle pareti della tasca che contiene l'antigene
• dilige per l'antigene strutturalmente (2 foglietti β)

può ospitare un segmento della grandezza di un elica

segue poi nuova catena con segmento in dominio Ig, chiamata α3 che contiene ancia di ponti di solfuro per legare il corecettore CD₈ citotossica dei linfociti CD₈

segue poi una porzione transmembrana di circa 25 aa idrofobici

seguito poi nel citoplasma da regione coda terminale di 30aa che interagisce con fosfolipidi del foglietto interno della membrana e fissa cost. I MHC

Catena β₂-microglobulina

(leggera) codificata su cromosoma 15

• ha un dominio di immunoglobulinico (1 ponte C. disolfuro) che interagisce in maniera non covalente con α3 ma altamente conservativo
• il peptide antigenico è la stabilizzazione il legame tra α2 microglobulina e la catena pesante per cui la molecola è “ancora” esposta sulla membrana col peptide già smesso

espresso su tutte le molecole MHC I elaborate

in realtà anche da un'altra molecola che è la CD1 e da alcune molecole HLA al MHC I classe di tipo donori

MHC II:

• sulle APC
• CD - cellule di Langerhans
• LB - cellule Epiteliali Timo

catena α (33 kD) non polimorfica

catena β (30 kD) polimorfica

• le 2 catene hanno i segmenti - NH2 terminali - che interagiscono per formare

LA TASCA:

Essa è molto più spaziosa dell'HHC I e può ospitare peptidi di grandezza variabile dai 10-30 aa.

• pareti laterali - α elice α1 e β1
• pavimento - foglietto β;

Il polimorfismo maggiore riguarda la catena β.

• Seguono poi nelle 2 catene α 2 domini Ig (+ ponti disolfuro non polimorfica) sono α2 e β2

costituita da altre interazioni covalenti

• le estremità - COOH terminali - continuano con

- Regione transmembrana idrofoba di 25 aa

- Regione citoplasmatica idrofila di 10 aa

L'espressione stabile della MHC II necessita del legame col peptide

LEGAME PEPTIDE - MHC:

• Le molecole MHC hanno una certa promiscuità nel legame
• così le molecole MHC sono in grado di presentare in gran numero di antigeni

[COSTANTE DI DISSOCIAZIONE PASSA -]

• L'associazione tra peptide - MHC ha una velocità di dissociazione molto lenta cosi da assicurare il tempo giusto per il riconoscimento.

Vengono esposti sia peptidi self e non self, e il T linfocita T a dover riconoscere la differenza

• con interazioni di tipo idrofobico (non covalenti) la tasca HHC presenta dei complementatori che legano ogni aa (rendinu ancora)

Esempi di malattie associate al SISTEMA HLA

MALATTIA - ALLELE HLA

• Spondilite Anchilosante - HLA-B27
• Pemfigo volgare - HLA-DR4
• IDDM - HLA-DR3/DR4
• LES - HLA-DR2/3
• Artrite Reumatoide - HLA-DR4
• Sclerosi Multipla - HLA-DR2

SPONDILITE ANCHILOSANTE   è una malattia infiammatoria cronica sistemica che colpisce

• lo scheletro assile:
  • colonna vertebrale dorsale e lombare
  • articolazioni sacro-iliache
• articolazioni periferiche:
  • gambe
  • spalle

Età di esordio: 16-40 anni (maschi)

Sintomi:

• lombalgia infiammatoria (presente da più di 3 mesi)
• dolore radiale (30 minuti) che migliora con esercizio fisico
• non migliora con riposo
• sciatica
• dolore e gonfiore (ARTRITE)

Diagnosi:

• aumento indici di infiammazione (VES e PCR)
• radiografia (bacino e colonna)
• risonanza magnetica nucleare

Terapia:

• FANS (farmaci antinfiammatori non steroidei)
• corticosteroidi
• farmaci biologici
• trattamento fisio terapico e riabilitativo

Presentazione Antigene

Pathway Antigene Extracellulare e MHC II

1. Uptake delle proteine extracellulari: i microrganismi vengono fagocitati (dalle APC) dall’ambiente esterno per endocitosi e fondono coi lisosomi e le proteine vengono degradate per generare i codici peptidici da legare a MHC II.
2. MHC II sintetizzato nel RE (chaperonine) e trasportato agli endosomi associato ad una catena invariante che ne occupa la tasca impedendo il legame improprio eterodimero αβ e indirizzato verso le vescicole endosomiali.
3. Nell'endosoma le proteasi acide (catepsine) rilavano la catena e lasciano CLIP, da infine viene sostituito il corretto antigene (processato) fornito da HLA-DM.
4. Il complesso peptide-MHC II viene esposto sulla membrana cellulare per essere riconosciuto da linfocita T CD4+.

Pathway Antigene Intracellulare e MHC I

1. Peptidi antigenici (derivano da cataboliti presenti nei citoplasmi) la maggior parte della quota viene sintetizzata endogenamente da cellule infette. Antigeni estranei possono essere codati da virus batteri intracellulari o proteine tumorali.
2. Oligodigestione proteolitica delle proteine citoplasmatiche nei proteasomi (viene stimolato da INF e subunità indette I peptidi ricodificati su MHC I (potenziato da IFNγ).
3. I peptidi sono trasportati al RE dove è presente TAP (trasportatore associato sulla presentazione dell'antigene) che media un trasporto ATP dipendente. Essa su vescicola endoplasmatica si lega alla MHC I neosintetizzata fornita tapasinina.
4. Assemblaggio MHC I: catena α e β2-microglobulina vengono assemblate e viene favorito il loro ripiegamento da chaperonine come la calnexina e la calreticulina.
5. La ERAP1 (aminopeptidasi residente del RE) taglia il peptide fino a che non abbia una grandezza consona alle tasche di MHC I. A questo punto lega e ERAP 1 si stacca dal complesso di caricamento degli antigeni di classe I.
6. Il complesso peptide-MHC I viene espresso sulla membrana cellulare e può essere riconosciuto dai linfociti T CD8+.

Altro meccanismo:

Cross presentazione: Antigeni endocitati, normalmente sono esposti su MHC II, però in alcuni casi (MHC I) per attivazione o citotossicità di linfociti CD8+ anche per questi antigeni possono essere eseguiti dalle cellule dendritiche.

PRESENTAZIONE ANTIGENI LIPIDICI E CD1

1. Nei _RE lega glicolipidi endogeni passando dal Golgi e vengono esposti sulla membrana cellulare.
2. Il complesso si instaura per un vescicolizzazione con vescicole rivestite da clatrina, endocitato nel lisosoma dove con la saposina viene sostituito il glicolipide esogeno.
3. Il complesso glicolipide - CD1 viene esposto sulla membrana.

CD1 è simile alle MHC I con catena α+β₂ microglobulina.

Vedi NKT

PROCESSAMENTO DEI GLICOLIPIDI NELLE APC

Tale fenomeno avviene in più fasi:

1. Nei _RE, CD1 lega glicolipidi endogeni e si forma una vescicola che viene trasportata nel Golgi e poi sulla membrana della cellula.
2. Il complesso glicolipide endogeno - CD1 è instabile e viene riciclato per endocitosi mediata da recettore nel lisosoma.
3. Qui avviene uno scambio ad opera della saposina con il glicolipide esogeno (es. batterio).
4. Questo viene definitivamente esposto sulla membrana.

È simile al processamento dell'Ag da parte di MHC di II classe.

MHC

(complesso maggiore di istocompatibilità)

→ espresso su tutte le cellule

DEFINIZIONE

• è un complesso di GENI che si trova su una zona molto ampia di DNA;
• gruppo di glicoproteine di membrana.

FUNZIONE

• è il responsabile del Rigetto di Trapianto
• codifica per le proteine MHC;
• mappa
  • nell'UOMO (HLA)
  • nel TOPO (H2)

TIPIZZAZIONE HLA

• presentazione di Antigeni proteici ai Linfociti T.

CARATTERISTICHE

• presenta un LOCUS GENICO

Comprende 3 GENI

CLASSE I

• HLA-A
• HLA-B
• HLA-C

CLASSE II

• HLA-DP
• HLA-DQ
• HLA-DR

CLASSE III

• proteine del complemento (C2,C4 e1) Fattore B

poliormfismo (localizzazione)

+ probabilità (%)

espressione "ubiquitaria"

Struttura

MHC I

• α1 α2 (TASCA) α3

MHC II

• α1β1 (TASCA)
• α2β2

presentazione degli Antigeni

• MHC I (CD8 citotossici) - legano 2 aa
• MHC II (CD4 helper) - legano 3-10 aa

[aa = definito "RESIDUI di ANCORAGGIO"]

processamento dei peptidi Antigenici

• MHC I (Antigene Extracellulare)
• MHC II (Antigene intracellulare o di natura citosolica)

UBIQUITINAZIONE:

processo biochimico nel corso del quale le proteine da degradazione vengono marcate con l'UBIQUITINA e poi avviate verso il proteasoma.

POLIMORFISMO

Se è elevato, rappresenta un problema nella ricerca di un donatore compatibile.

• Quello ideale è un gemello.

Se non si ha un gemello, la probabilità di avere un fratello o una sorella che è identico dal punto di vista del MHC è del 25% (leggi di Mendel).

Se il paziente non ha un fratello o una sorella compatibile, una possibilità è quella di ricorrere ai registri di donatori di midollo (18-53 anni).

LOCALIZZAZIONE

È localizzato nella tasca.

• MHC I nei domìni α1 e α2 (Formano la tasca)
• MHC II nel dominio β1

Presenta migliaia di varianti alleliche, nella quale la differenza consiste in sostituzioni amminoacidiche localizzate nella tasca di legame del peptide antigenico.

PROCESSAMENTO

DEGLI ANTIGENI DI NATURA LIPIDICA E GLICOLIPIDICA

L’Esposizione (a livello della membrana cellulare di questi antigeni) è dovuta all’ASSOCIAZIONE DI GLICOPROTEINE della famiglia delle molecole CD1.

CD1 presenta 4 VARIANTI ALLELICHE:

• CD1-A, CD1-B, CD1-C
• CD1-D

esponendo LIPIDI sulla superficie della cellula e a tutte le cellule che diventeranno: DOPPIO NEGATIVE (quindi non esprimeranno CD4 e CD8).

esponendo i GLICOLIPIDI solo cellule che diventeranno NKT, quindi quelle cellule che hanno espresso sulla superficie l’NK1.1.

Il Meccanismo di Esposizione (di questi antigeni)

è dovuto al fatto che le MOLECOLE CD1 hanno:

• Stessa funzione biologica delle molecole MHC, ovvero quella di PRESENTARE L'ANTIGENE
• Struttura simile alle molecole MHC I classe:
• Sono costituite da:
  • una CATENA ALFA
  • CATENA BETA-2-MICROGLOBULINA
• la Tasca di legame è più profonda, così da legare lipidi e glicolipidi

esponendo sulla superficie i lipidi glicolipidi di natura SELF

avviene un meccanismo di "INTERNALIZZAZIONE" delle molecole CD1 in un compartimento endocitico, che le ricicla, vengono riassemblati i lipidi antigene glicolipidi e riesposti sulla superficie cellulare, così da essere presentati alle cellule immunocompetenti.

MOLECOLE PRESENTANTI L'ANTIGENE:

• CD1 → CD1-A, CD1-B, CD1-C, CD1-D
• MAIT → cellule CD8+

hanno un TCR DE particolare e sono attivate e selezionate per riconoscimento di derivati della VITAMINA B presentati da MR1.

MOLECOLE MHC NON CLASSICHE

Altre molecole che fanno parte del locus MHC I sono definite di I classe di tipo non-classico sono:

• la molecola HLA-E
• la molecola HLA-F
• la molecola HLA-G
• le molecole MIC-A
• le molecole MIC-B

Queste molecole sono definite così perché in primo luogo sono dotate di basso polimorfismo, addirittura queste molecole sono monomorfe ed inoltre alcune di esse si differenziano dalle molecole MHC classiche per la costituzione della struttura a livello della membrana cellulare.

Nel caso delle molecole MIC-A e MIC-B non è presente la β2-microglobulina. Anche l'espressione di queste molecole è differente. Nel caso della molecola HLA-E, essa è in grado di legare peptidi antigenici normalmente rappresentati dalla sequenza leader della molecola MHC I, ma in realtà HLA-E può anche legare degli antigeni di natura virale e batterica. Queste molecole sono dotate di basso polimorfismo quindi, potenzialmente, sono in grado di legare lo stesso peptide antigenico e questo è molto importante dal punto di vista immunologico perché prendendo in esempio la formulazione dei vaccini si potrebbe teoricamente usare un peptide che è immunogenico, che lega la molecola HLA-E e che è in grado di attivare i linfociti CD8.

Le molecole MIC-A e MIC-B sono espresse a livello delle cellule epiteliali e rappresentano un meccanismo di riconoscimento. Non sono in grado di presentare peptidi antigenici, ma la loro espressione rappresenta un segnale di attivazione per alcune cellule del sistema immunitario ed in particolar modo per le cellule NK e per cellule che possono esprimere dei recettori in grado di riconoscere queste molecole, in seguito al riconoscimento di queste viene indotta la citotossicità. Dunque, queste molecole sono indotte da stress cellulare, fisiologicamente sono espresse a bassi livelli e in altre circostanze (come infezioni virali, trasformazione neoplastica e altre condizioni di stress) possono rappresentare un ligando determinando il riconoscimento per far in modo quella cellula venga eliminata. Tutto ciò fa riferimento alle molecole che non solo vengono riconosciute dalle cellule NK ma sono riconosciute anche da altri tipi cellulari.

In particolare, le molecole MIC-A e MIC-B (e anche un'altra famiglia di proteine che vengono espresse in seguito ad infezione virale da parte degli herpes-virus), rappresentano i ligandi di un recettore NKG2D che viene definito con l'acronimo KAR (ovvero Killing Activator Receptor) ed è in grado di indurre la citotossicità. Questa molecola è espressa dalle cellule NK e da altre cellule che hanno come funzione biologica l'attivazione di meccanismi citotossici.

Dunque, le cellule che possono svolgere azione citotossica possono esprimere le molecole NKG2D, riconoscere le molecole MIC-A e MIC-B e quindi indurre la citotossicità.

In realtà queste cellule, che possono esplicare attività citotossica, possono riconoscere l'antigene tramite il TCR. Quindi, l'attivazione tramite il TCR può indurre la citotossicità oppure il rilascio di citochine. In realtà, queste cellule possono anche espletare attività citotossica indipendentemente dal TCR, quindi indipendentemente dal riconoscimento di quel particolare antigene. Queste cellule che esprimono il recettore NKG2D possono riconoscere una cellula infettata da un virus o una cellula tumorale perché queste cellule essendo stressata può essere uccisa, non perché espressa solo sulla superficie della cellula l'antigene, ma perché questo è un segnale di attivazione per il recettore NKG2D e quindi viene indotta la citotossicità.