Immunologia

MHC!

MHC nell'uomo è un complesso grosso e ospita tre famiglie di geni che codificano per tre gruppi di

proteine dette classi (1, 2 e 3).

Il locus di classe 1 ospita tre regioni dette HLA (Human Leucocite Antigene) che esistono nelle

forme A, B e C: sono presenti sul locus dell'allele in singola copia (un HLA-A, un HLA-B e un

HLA-C) per ogni allele. La maggior parte degli individui della specie ospita un HLA-A diverso

dagli altri individui, quindi esiste una spiccata eterogeneità del locus HLA-A, così come per HLA-B

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e HLA-C; poiché vengono acquisiti su base ereditaria gli individui sono in genere eterozigoti per i

due HLA sui due alleli.

Tutti gli HLA sono codominanti quindi in generale ogni individuo ha 6 tipi di HLA diversi di classe

I, le cui funzioni sono identiche.

Lo stesso discorso vale per le molecole che si trovano nel locus di classe II dove le molecole si

chiamano DP, DQ e DR e sono composti però da due catene ciascuno; anche tutte le molecole di

MHC di classe II sono codominanti.

Questo sistema determina la istocompatibilità: se due individui hanno lo stesso MHC di classe I ed

MHC di classe II possono scambiarsi organi; la funzione del SI del ricevente è legata alla omologia

tra donatore e ricevente delle molecole di MHC di classe I e II.

Queste molecole costituiscono un sistema di restrizione, un antigene MHC-ristretto è un antigene

che viene percepito solo attraverso quel particolare MHC.

MHC di classe I

È costituito da un'unica catena in cui la porzione intracellulare C-terminale non ha attività di

segnalazione diretta, mentre la porzione N-terminale è costituita da due domini (α1 ed α2) che

rappresentano le zone in cui i diversi MHC di classe I differiscono; la porzione N-terminale si

organizza secondo una struttura a forma di tasca formata da un pavimento di foglietti β e due pareti

laterali di α-eliche che chiudono la tasca.

MHC presenta poi un dominio α3 uguale per tutti; per tenere insieme l'intera proteina il dominio

immunoglobulinico α3 viene accoppiato con una proteina β2 invariante per tutti gli MHC di classe

I.

Tutte le cellule di un individuo sono MHC di classe I positive ad eccezione degli eritrociti.

Gli MHC di classe I hanno la funzione di ospitare nella tasca peptidi, sono molecole di

presentazione di peptidi con potenziale valenza antigenica, così come MHC di classe II.

Tra i due peptidi presentati dai due MHC non vi è una differenza nella sequenza bensì nella

sorgente da cui essi derivano: la presentazione per gli MHC di classe I si ottiene solo per peptidi che

hanno subito una via di processazione endogena ovvero per quei peptidi che derivano da una

proteina prodotta da una cellula dell'individuo, dalla cellula stessa che li sta presentando.

In questi casi il peptide è il prodotto di degradazione da parte di un proteasoma di una proteina

citosolica, viene trasportato dalle proteine TAP nel reticolo endoplasmico (TAP1 e TAP2 si trovano

nel locus del complesso MHC di classe II) dove viene sintetizzato MHC di classe I e l'insieme

caricato viaggia per esocitosi e finisce sulla membrana plasmatica della cellula.

I peptidi presentati sulle cellule da MHC di classe I vengono riconosciuti dai linfociti T CD8+ a

funzione citotossica.

I linfociti T si dividono in due grandi categorie: CD4+ e CD8+; ad eccezione di quelli che si

trovano nel timo, un linfocita T presenta o CD4 o CD8.

I linfociti T CD8+ sono cellule killer: l'ingaggio da parte del linfocita T CD8+ sulla cellula che sta

esprimendo il peptide è legato ad una doppia interazione:

1. tra il complesso MHC-peptide presentato ed il T cell receptor del linfocita (segnale 1)

2. il recettore CD8 riconosce MHC sul dominio α3 (uguale per tutti gli MHC-I) → tutti i

linfociti T CD8+ possono ingaggiare MHC-I ma solo uno specifico linfocita T che possiede

il T cell receptor giusto ingaggia quello specifico peptide.

Se l'interazione tra il linfocita T e la cellula che presenta il peptide si limita a questi due ingaggi, ed

è quello che avviene nel 99,99% dei casi, si ha uno spegnimento del linfocita T.

L'anergia a cui vengono portati i linfociti è alla base del meccanismo di tolleranza periferica; il SI

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però svolge tutti questi processi per identificare proteine sintetizzate nella cellula che non sono

proteine self, il che avviene in due casi: infezione da virus o fagocitosi di una cellula infettata.

Il risultato è l'uccisione della cellula che ha presentato il peptide: ad informare il linfocita che il

peptide presentato deriva da una proteina non self è il segnale 2 che porta il linfocita ad uccidere.

Questo meccanismo è attivo su tutte le cellule poiché sono tutte potenzialmente infettabili da virus.

Gli interferoni aumentano l'espressione di MHC-I ed in questo modo interferiscono con l'infezione

virale.

Per bloccare il SI il virus possono mettere in atto diversi fenomeni di escape: bloccare TAP in modo

che le proteine non self vengano prodotte ma non presentate sulla membrana, bloccare la sintesi di

microglobulina β2 o bloccare il trasporto sulla membrana.

MHC di classe II

MHC-II è composto da una catena α ed una catena β: i due domini N-terminali α1 e β1 si affacciano

e compongono strutturalmente la tasca in cui alloggiare l'antigene, così come fanno α1 e α2 in

MHC-I; la struttura prosegue poi con due domini α2 e β2 identici per tutti gli MHC-II ripiegati in

domini Ig-like.

La differenza rispetto ad MHC-I è la sorgente del peptide che esso presenta: in MHC-II infatti il

peptide segue la via esogena, quindi è un sistema di presentazione ristretto a peptidi che non sono

stati sintetizzati dalla cellula ma sono entrati nella cellula per fagocitosi.

Gli MHC-II si trovano infatti solo sulle cellule APC (Antigene Presenting Cells) che comprendono

i fagociti (macrofagi, monociti, cellule dendritiche).

Le strutture esogene che vengono internalizzate e degradate portano alla conversione del patogeno

in una collezione di peptidi, ovvero in un codice immunologico, che possono essere presentati

dall'MHC-II.

Anche per questi peptidi però se la presentazione avviene in assenza di una risposta infiammatoria,

ovvero se si ha solo un segnale 1, il linfocita viene indotto ad anergia; se invece il fagocita ingloba

una struttura in presenza di una risposta infiammatoria si innesca il segnale 2: il linfocita T viene

ingaggiato ed ingaggia il co-stimolo che lo attiva.

Quindi per interrompere la tolleranza è necessario un segnale di tipo 2 indotto dal sistema innato.

Ad ingaggiare MHC-II sono i linfociti T CD4+ poiché CD4 ingaggia MHC-II sui due domini

costanti (α2 e β2); i linfociti CD4+ sono detti helper (e non citotossici come i CD8+ che se attivati

rispondono uccidendo la cellula): la presentazione dei peptidi al linfocita T CD4+ serve a restituire

alla cellula che ha presentato il peptide un help sotto forma di citochine.

Non avrebbe infatti senso uccidere la cellula poiché l'agente patogeno si trova nell'ambiente esterno

quindi la funzione del linfocita T CD4+ è di migliorare la capacità del macrofago di killing: fornisce

al macrofago segnali di aumento della sua attività citotossica mediante un interferone di classe I (in

genere IFNγ).

Il pathway di presentazione del peptide sulla membrana è diverso rispetto ad MHC-I e presenta un

problema: poiché MHC-II è sintetizzato nel RE ed ha una tasca ampia, se tale tasca non viene

bloccata potrebbe catturare proteine che vengono prodotte nel RE contestualmente all'MHC-II; se

ciò avvenisse verrebbero presentati peptidi self anziché peptidi non self.

Per bloccare la tasca di MHC-II il sistema utilizza una catena invariante che possiede una porzione

N-terminale che si accomoda in tutte le tasche degli MHC-II ed inoltre funziona da trasportatore e

veicola MHC-II alla vescicola MIIC. Tale vescicola contiene tutti gli elementi necessari per

l'associazione peptide-MHC-II.

Una volta che MHC-II si trova nella vescicola la catena invariante viene clivata, lasciando un corto

frammento (CLIP) nella tasca dell'MHC; a questo punto qualsiasi peptide derivante da proteine non

self compete con CLIP per l'accesso alla tasca: se è presente un peptide con affinità maggiore per la

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tasca, la proteina HLA-DM sgancia CLIP ed inserisce il peptide derivante dal fagolisosoma.

Esistono patologie umane in cui tale meccanismo edi carica peptidi self su MCH-II è difettivo e

causa patologie autoimmuni.

Le molecole MHC-I (HLA-A, HLA-B e HLA-C) esistono in circa 700 varianti, per MHC-II sono

meno: questo significa che ogni individuo può presentare ottimamente alcuni peptidi ma ha

difficoltà a presentarne altri poiché a variare è la tasca, quindi ogni individuo è immuno-ristretto per

certi peptidi.

Per ad esempio un peptide derivante da un virus la presentazione avverrà in maniera diversa per

ciascun individuo, quindi se quel peptide è l'unico determinante molecolare per vedere quel virus, i

soggetti che non possiedono la tasca adatta sono svantaggiati!

Questo avviene poiché non tutti i peptidi sono in grado di entrare nelle tasche di MHC ma è

necessario che abbiano dei residui obbligatori, detti residui àncora, nei punti in cui il peptide si

ancora sul fondo della tasca che li dovrà presentare. I residui àncora sono differenti per i diversi

HLA: a seconda della combinazione ogni particolare peptide finisce in un HLA diverso; e a seconda

delle posizioni àncora gli MHC tollerano alcuni amminoacidi e non altri.

Quindi da ogni singola proteina del patogeno ognuno di noi genera numerosi peptidi di cui solo

alcuni possono essere presentati e vengono detti determinanti antigenici maggiori; tali determinanti

sono il target, ovvero gli effettivi peptidi che il sistema immunitario può targettare, ma per poterlo

fare deve poterli presentare.

A causa dei diversi HLA presenti nelle varie popolazioni, è possibile che un vaccino per l'epatite B

sviluppato per la popolazione europea non funzioni in Africa e viceversa, in quanto i diversi HLA

presentano determinanti antigenici diversi! 26 Marzo

Cellule che presentano l'antigene

Perché la risposta adattativa si avvii il processo di processazione e presentazione dell'antigene è

essenziale, infatti in assenza di una struttura che presenta l'antigene di per sé non induce alcuna

risposta immunitaria.

La funzione della cellula che presenta l'antigene non è limitata alla processazione, ovvero il fatto

che l'antigene debba essere presentato per essere efficace non è limitato al suo inserimento

nell'MHC, ma la cellula svolge anche altre funzioni importanti che rappresentano il punto di avvio

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del processo, ad