Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

Anna, Erdei, Gabriella, Sármay, József, Prechl (2012)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

A receptorok általános jellemzői

A receptorok általános jellemzői

Sejtmembránreceptorok

Az immunsejtek plazmamembránjában számos, különböző molekulák felismerésére alkalmas fehérjét, ún. jelfogókat,receptorokat találhatunk. Ezen fehérjék közös tulajdonsága, hogy nagy fajlagossággal és változó affinitással képesek különféle ligandumokat felismerni és megkötni. A kötődés jellegét a ligandum tulajdonságai (pl. szekvencia, térszerkezet, adott molekuláris mintázat) jelentősen befolyásolják. Ez jelentheti azt, hogy egy receptor különböző ligandumokat képes kötni eltérő affinitással (pl. a mintázatfelismerő receptorok), vagy azt, hogy csak egyféle molekulát köt, de a körülmények által megszabott, eltérő affinitással (pl. az immunoglobulin molekulák kötésére specializálódott Fc-receptor-izotípusok). A sejtmembránreceptorok olyan fehérjék, melyek a ligandumot felismerő domént az extracelluláris szakaszukon hordozzák. A felismerési folyamat gyakran sztereoszelektív, azaz kis méretű kémiai struktúrák (többnyire peptidek) pontos térbeli szerkezetére korlátozott (ilyenek pl. a T- és a B-limfociták antigén-felismerő receptorai, a TCR és a BCR), valamint egyes növekedési faktor- vagy citokinreceptorok ligandum-felismerése.

A sejtfelszíni jelfogók egy része egyetlen polipeptidláncból áll (pl. növekedési faktor receptorok), míg mások több polipeptidlánc (alegység) komplexeként jelennek meg. Így pl. az immunrendszer alapvető fontosságú felismerő receptorai, a B- és a T-sejtek antigénkötő struktúrái, továbbá számos citokinreceptor több alegységből épül fel, melyeknek gyakran eltérő szerepük van a receptorközvetített jelátviteli folyamatban (pl. ligandkötés, foszforiláció, internalizáció). A jelfogók intracelluláris doménjei gyakran szabályozó funkciókat is ellátnak, mint pl. a jelátviteli folyamatok beindítása vagy gátlása (pl. T-sejt-, B-sejt-receptorok tirozin alapú foszforilációs motívumai, az immunoreceptor tirozin alapú aktivációs motívum (ITAM) és az immunoreceptor tirozin alapú gátló motívum (ITIM, lásd később, a limfocitaaktiváció kapcsán).

Fontos megemlíteni, hogy számos receptor liganduma egyelőre nem ismert (ún. orphan receptorok), illetve több olyan jelentős immunrendszeri hatással bíró, természetes ligandum is ismert, melyeknek eddig nem azonosították a jelfogóit (pl. galektinek).

A sejtmembránreceptorokat háromféle domén alkotja: az extracelluláris (EC), a membránt átívelő, transzmembrán (TM) és az intracelluláris (IC) domén. A legtöbb receptorfehérje mindhárom doménnel rendelkezik, de vannak olyanok is, melyeknek egyes alegységei csak EC- és TM- (pl. interleukin-2R α alegysége) vagy TM- és IC-doménnel rendelkeznek, de ezek egymagukban nem képesek jelátvitelre. A TM-domén általában 20-25 hidrofób aminosavat tartalmaz, és α-helikális szerkezetű.

Azok a receptorok, melyek N-terminális vége a sejten kívül található, az I-es, amelyeké intracellulárisan, a II-es típusú TM-receptorok közé sorolhatók.

A legtöbb receptor egyetlen ligandum felismerésére képes, de a TCR antigénfelismerő egysége egyidejűleg képes az antigénből származó peptid és az azt bemutató fő hisztokompatibilitási komplex (MHC) molekula együttes felismerésére. A receptor–ligandum kapcsolat minden esetben szigorú molekuláris szerkezeti komplementaritás alapján valósul meg. Az immunsejtek felszíni jelfogóinak egyik fontos jellemzője, hogy a ligandum megkötése azonnal jelátviteli folyamatokat indít be, és a receptor–ligandum komplex gyorsan internalizálódik.

Működésük alapján a sejtfelszíni receptorokat három kategóriába sorolhatjuk.

– Vannak saját enzimaktivitással rendelkező receptorok, melyek esetében a ligandum kötődése közvetlenül aktiválja a kináz-, foszfatáz- vagy cikláz-enzimaktivitást. Többek között ide sorolhatók a receptor tirozinkinázok családjába tartozó epidermális vagy vérlemezke eredetű növekedési faktor receptorok (EGF-R, PDGF-R) vagy az immunsejtek jelátvitelének szabályozásában résztvevő CD45 tirozin-foszfatáz fehérje.

– Vannak saját enzimaktivitással nem rendelkező receptorok, melyek a környezetből érkező ingert a ligandum megkötését követően egy kapcsolódó, és ez által aktiválódó molekula (pl. G-protein vagy tirozin-kináz) révén továbbítják. Ilyenek pl. az idegrendszer sejtjeinek adrenalin vagy szerotonin receptorai, valamint a limfociták antigénkötő receptorai (BCR, TCR), a hízósejtek IgE-kötő receptora, továbbá számos citokinreceptor.

– Végül vannak ioncsatorna-aktivitású jelfogók is, melyek transzmembrán ioncsatorna-doménje a ligandumkötést követően aktiválódik, és ez a membránon keresztüli ionfluxust eredményez. Ilyen pl. az izomsejtek acetilkolin receptora és a B-limfocitákon megjelenő, CD20-tetraspan (a membránt négyszer átívelő) fehérje, mely a sejtfelszínen homooligomert képezve Ca2+-csatornaként működik. Extracelluláris ligandumát eddig még nem sikerült azonosítani, de feltételezhető, hogy a sejtmembránban a CD20-molekulával szorosan asszociált fehérjék közvetve aktiválják az ioncsatornát.

Fontos megemlíteni, hogy a sejtfelszíni receptorok affinitása a ligandumhoz igen széles skálán mozog (Ka: ~ pM- ~μM), és a receptorok ligandumkötő képességét számos tényező szabályozza. Így pl. a lipid mikrokörnyezete, egyes jelátviteli pályák visszacsatoló hatásai stb. Ez azt jelenti, hogy a receptorok akár más receptorok által elindított jelpályák hatására is megváltoztathatják érzékenységüket (a “receptorok közötti párbeszéd” – receptor cross-talk – egyik hatása).

Intracelluláris receptorok

A sejten belüli receptorok egy része az endoszómában található (pl. TLR 7, 8, 9, lásd később), kisebb részük nem nukleáris citoplazmatikus (NLR, RLR, lásd később), míg többségük a citoplazmában inaktív állapotban van jelen, és aktiváció hatására jut a sejtmagba (transzlokáció). Ez utóbbiak DNS-hez kötődnek, leggyakrabban az ún. “cinkujj” (zinc-finger) doménjeik segítségével. A citoplazmában a receptorfehérjét általában egy gátló fehérjekomplex tartja inaktív állapotban, ami a ligandum kötését követően leválik a receptorrról. Ilyen jelfogók az immunrendszer sejtjeiben pl. a szteroid hormonok (glukokortikoid, ösztrogén, progeszteron) receptorai, valamint a retinoid-, tiroxin- és D-vitamin-receptorok, melyek szintén a szteroidkötő receptor szupercsaládba tartoznak. E szupercsalád tagjai a ligandumkötést követően rendszerint dimerizálódva jutnak a sejtmagba, ahol az adott gén válaszelemének (response element) DNS-szakaszához kötődnek. Ezt követően a receptor DNS-transzkripciót aktiváló doménje beindítja a gén átírását. A génaktiváció folyamatát gyakran több fehérjéből álló transzaktivációs komplexek szabályozzák. A hormonreceptorok aktivitásának az immunrendszerben fontos szabályozó szerepe lehet, különösen a limfociták elsődleges nyirokszervekben történő érése és a szelekciós folyamatok során, amikor a nyirokszervek szteroidszintje stresszhatások révén többszörösére emelkedik.

A veleszületett immunrendszer receptorainak jellegzetességei

A veleszületett immunrendszer (lásd 1. fejezet), ahogyan azt neve is sugallja, már születésünkkor biztosít egy olyan receptorkészletet, amely képes a szervezetre veszélyes és idegen elemek azonosítására. Kétféle megközelítés létezik annak meghatározására, hogy mit ismernek fel ezek a receptorok. A saját és a nem saját elkülönítésére lehetőséget ad a konzervált, patogénekre jellemző molekuláris mintázatok (Pathogen Associated Molecular Pattern – PAMP, 1.3. és 1.4. ábra) felismerése. Ennek alapja, hogy a gazda számára elsősorban veszélyt jelentő kórokozók a törzsfejlődés során korán elkülönültek az embertől, így számos, az emberben nem megtalálható vagy nem jellemző sejtalkotót, makromolekulát, poszt-transzlációs módosulatot hordoznak. A másik megközelítés a veszélyes és nem veszélyes molekulák, molekula-mintázatok elkülönítését emeli ki, ami a megváltozott, károsodott saját sejtek és sejtalkotók felismerését teszi lehetővé – pl. a sejtek sérülése, molekulák oxidatív károsodása, vírusfertőzés esetében. A két megközelítési mód nem kizárólagos, azokat egyesítve érdemes értelmezni a veleszületett immunrendszer receptorainak specificitását.

Ezek a receptorok nem klonálisak, minden sejtben azonos gén kódolja őket. Ebből adódóan – az esetleges izoformáktól eltekintve – különböző egyedekben is azonos ligandumkötő tulajdonsággal rendelkeznek. Mintázatfelismerő képességük miatt kapták a Pattern Recognition Receptors (PRR) összefoglaló nevüket (1.3. és 1.4. ábra). Az adaptív immunrendszer antigén-felismerő receptoraitól eltérően ezeknek a struktúráknak nem kell “megtanulnia” a célpont felismerését – vagyis nem adaptálódnak –; már első találkozáskor hatékonyan indítanak el választ. Ismételt találkozáskor ugyanakkor nem fokozható ez a válaszkészség (1. fejezet, 4.3. ábra).

4.3. ábra. Veleszületett (VR) és adaptív (AR) receptorok felismerő képességének jellegzetességei . A VR-ok egyes típusai (VRx) több kórokozóban/antigénben (baktérium, vírus stb.) is megtalálható mintázatokat ismernek fel. Ugyanaz a receptor megtalálható a faj különböző egyedeiben (“A”, “B”), azonos felismerési képességekkel. Az első találkozás során az adaptív immunrendszer nem válaszol.A kórokozókkal/antigénnel való újabb találkozás során a VR-ok száma és specificitása változatlan mindkét egyedben. Ezzel szemben – a kialakuló adaptív immunválasz során –, az AR-ok egy adott kórokozó különböző epitópjait nagy affinitással, hatékonyan felismerik. Eltérő egyedekben ugyanazon antigén más-más epitópjai ellen alakulhat ki domináns válasz, amit az “A” egyedben AR1, AR2, a “B” egyedben pedig AR3, AR4 receptorok közvetítenek.

Mit is érthetünk veszélyre, kórokozókra jellemző mintázatok alatt? A lista sok mindent felölel, a makromolekuláktól kezdve az egyszerű szerves molekulákon át, egészen a kis molekulatömegű szintetikus anyagokig. Viszonylag kevés olyan fehérje van, mely a törzsfejlődés során egyértelműen elkülönült a pro- és eukariótákban – ezekre példa a konzervált bakteriális fehérje, a flagellin. A legtöbb mintázatot a baktériumok miénktől lényegesen eltérő sejtfal-komponensei szolgáltatják: számtalan glikolipidet, lipopeptidet, peptidoglikánt tartalmaznak, melyek PRR-on keresztül aktiválni képesek az immunrendszert. A virális és bakteriális nukleinsavak is eltérnek szerkezetükben vagy módosulásaikban az eukariótákban található formáktól. Az anyagcserezavar miatt képződő húgysavkristály pedig a megváltozott, veszélyt jelentő, saját molekulák érdekes példája.

Amint a fenti felsorolás sejteti, egy-egy PRR jellemzően nagyon sokféle ligandumot ismerhet fel (lásd 4. 1. táblázat), ezek részleteikben esetleg hasonlóak vagy megegyeznek, sokszor azonban a teljes molekula szintjén teljesen eltérőek. Éppen ezért gyakran nem egy konkrét molekulát, hanem molekulacsoportokat, kórokozókat lehet PRR-ligandumként megnevezni. Sok esetben a receptor-ligandum interakció pontos természete sem ismert, előfordulhat, hogy közvetetten, más molekulák segítségével történik a felismerés.

4.1. táblázat - 4.1. táblázat. Veszélyt jelentő molekuláris mintázatok és felismerésük

Ligandum

Receptor/Felismerő molekula

Kémiai jellege

Eredete

idegen

saját

Membránkötött

Oldott állapotú

sejtfelszíni

organellum

citoplazma

extracelluláris

Fehérje

TLR

C1q

Lipoprotein

Di- és triacilált

lipopeptidek

oxidált LDL

TLR, SR

Lipid

SCR

Glikolipid

LPS

TLR, CD14

LBP

Szénhidrát

mannóz, fukóz,

mannán, dextrán,

β-1,3-glukán

CLR

MBL

Glikoprotein

IgG

TLR

NLR

MBL

Nuklein-sav

dsRNS, ssDNS

dsDNS

TLR

RLR

PTX, C1q, CRP

Egyéb

foszforilkolin

urát

NLR

PTX, CRP


ScR: scavenger receptor

A mintázatokat felismerő fehérjék a szó szoros értelmében mindenhol megtalálhatóak szervezetünkben. A nyálkahártyák felszínét bevonó váladékokban, a szövetek sejt közötti terében, a keringésben oldott állapotban lévő receptorok, ill. molekulák látják el e szerepet. A sejtek felszínén és organellumaiban membránkötött receptorok, citoplazmájában szolúbilis fehérjék, fehérjekomplexek felelősek a mintázatok felismeréséért. Általában elmondható, hogy az antigén-prezentáló sejteken sokféle mintázatfelismerő receptor fejeződik ki, biztosítva ezzel a hatékony antigén-felvételt, majd sejtaktivációt. Emellett a hámsejteken és endotélsejteken találunk még gyakran PRR-okat, illetve egyes receptorok teljesen általános (ubiquiter) megjelenésűek sejtjeinkben. Megfelelő visszacsatolási folyamatok szükség esetén növelhetik e receptorok mennyiségét, ill. aktivitását, biztosítva ezzel a szervezet védelmét.

A PRR-eket csoportosíthatjuk ligandumaik természete szerint (4.1. táblázat), szöveti és sejtbeli eloszlásuk alapján, valamint szerkezetük, doménjeik alapján is. Ez utóbbi szempontból vizsgálva kiemelendő a leucingazdag régiókat (Leucin-Rich Repeat – LRR) tartalmazó fehérjék családja: ide tartoznak a Toll-szerű receptorok, a NOD-receptorok és a CD14-molekula is. Bár a ligandum kötéséért az LRR-régió a felelős, maguk a ligandumok roppant nagy változatosságot mutatnak. Szénhidrát-tartalmú motívumokat ismernek fel a C-típusúlektineknek, melyeknek klasszikus és nem klasszikus csoportját különböztethetjük meg. Szintén a mintázatfelismerő receptorok közé sorolhatóak a pentraxin, az integrin és a scavenger szerkezetű receptorcsaládok egyes tagjai.

Itt említjük meg, hogy bár részben itt is helye lehetne a komplementreceptorok bemutatásának, azonban az egyes komplementfehérjéket kötő sejtmembránstruktúrák szerkezetét, funkciójukkal szoros összefüggésben, a 7. fejezetben tárgyaljuk.

Hasonlóképpen, az NK-sejtek receptorait szintén később, a 13. fejezetben részletezzük, ahol az NK-sejtek működését mutatjuk be.

A veleszületett immunrendszer receptorainak vizsgálata napjaink kutatásainak tárgya, folyamatosan újabb és újabb fehérjéket ismerünk meg. Részben ennek köszönhetően, részben a ligandumok széleskörű változatosságából adódóan, nincs kialakult teljesen egységes osztályozása, besorolása minden receptornak. A következőkben a szerkezeti osztályozás alapján mutatunk be néhány mintázatfelismerő receptorcsaládot, a teljesség igénye nélkül.

Toll-szerű receptorok (TLR) családja

E család tagjainak elnevezése az ecetmuslica Toll-receptorának felismerésével kapcsolatos. A Drosophila Toll fehérje a sejtek feszínén található, és szerepe a veszélyszignált jelentő Spätzle ligandum megkötése és az antimikrobiális válasz génjeinek aktiválása. Hasonló szerkezetű és funkciójú fehérjéket a Toll leírását követően növényekben is megfigyeltek, ami egy igen ősi szerep megőrzésére utal. Emlősökben a Toll-szerű fehérjék (Toll-like receptors – TLR) családot alkotnak: emberben már több mint 10 TLR-gén ismert. A TLR-fehérjék transzmembránreceptorok, extracelluláris szakaszuk a leucinban gazdag ismétlődéseket tartalmazó LRR-domén – ez köti a ligandumot. Az LRR-egységeket ciszteingazdag (Cys-rich) részek zárják, ezeket LRRNT-nek (LRR N-terminus) illetve LRRCT-nek (LRR C-terminus) nevezzük. Intracelluláris szakaszuk azonos: egy Toll/IL-1 receptor interakció-domént (TIR) tartalmaznak, amely a sejtben más TIR-doméntartalmú adapter fehérjékhez kapcsolódik. A különböző TLR-ok ligandumspecificitása eltérő (4.2. táblázat), és – bár közös szerepük a kórokozók elleni immunválasz megindítása – finom különbségek figyelhetők meg a sejtválasz minőségében is. A receptorok dimereket alkotnak a sejteken, így például a TLR2-fehérje a TLR1-gyel és TLR6-tal alkot heterodimer-komplexet, míg a TLR4 homodimer formában képes a ligandum megkötésére. Nem egységes a receptorok sejteken megfigyelhető eloszlása sem; egy részük a sejtfelszínen jelenik meg, míg mások az intracelluláris organellumokban dúsulnak fel (4. 4. ábra). A ligandumok felismerésének pontos mechanizmusa még nem teljesen ismert.

4.2. táblázat - 4.2. táblázat. Az emberi Toll-szerű receptorok és ligandumaik

TLR- család

Ligandum

Idegen

Saját

TLR1

Triacilált lipopeptidek

Baktériumok

TLR2

Lipoproteinek/lipopeptidek

Baktériumok

Peptidoglikán

Gram-pozitív baktériumok

Lipoarabinomannan

Mikobaktérium

Zimozán

Gombák

Atípusos-LPS

Porphyromonas

Hősokkfehérjék

TLR3

Duplaszálú RNS-vírusok

Elpusztult sejtek

TLR4

Lipopoliszaccharid

Gram-negatív baktériumok

Glikoinozitol-foszfolipidek

Trypanosoma

F-protein

RS-vírus

Glukuronoxilomannan

Gombák

Fibrinogén,

Heparánszulfát,

Oxidált LDL,

Hialuronsav,

Hősokkfehérjék

TLR5

Flagellin

Gram-negatív baktériumok

-

TLR6

Diacilált lipopeptidek

Mmikoplazma

-

TLR7

RNS-szál

Vírusok

Elpusztult sejtek,

RNS-immunglobulin komplex

TLR8

RNS-szál

Vírusok

Elpusztult sejtek,

RNS-immunglobulin komplex

TLR9

CpG DNS

Baktériumok, vírusok

Elpusztult sejtek

TLR10

Nem ismert

Nem ismert


4.4. ábra. LRR (Leucin Rich Repeat) tartalmú receptorok . A TLR-ek (Toll Like Receptor) hetero- és homodimerek formájában fejeződnek ki, részben a sejtfelszínen, részben az endocitotikus vezikulumokkal társulva. A NLR-ok (Nod-Like Receptor; NOD1, NOD2) a citoplazmába került idegen vagy veszélyes molekulákat ismerik fel.

A TLR-család elemeit először antigén-prezentáló sejteken figyelték meg, azonban expressziójuk kimutatható az immunrendszer más sejtjein is, így hízósejteken, T-sejteken, valamint egyéb szövetekben, például a hámszövetben is.

A TLR-on keresztüli sejtaktiváció közös célpontja az NF-kB transzkripciós faktor, mely citokinek, kemokinek, antivirális fehérjék szintézisét indukálja. A receptor és a ligandum minőségétől függően azonban a jelátviteli utak is sajátosságokat mutathatnak (lásd 6. fejezet).

Sejteket aktiváló CpG-oligonukleotidok

A nukleinsavak különböző szerkezeti és módosítási formáinak felismerésére több receptor is szakosodott. Ezek között a legkiterjedtebben vizsgált a TLR9, mely metilálatlan citozin-guanin dinukleotidot tartalmazó DNS-szakaszokat ismer fel. Megfigyelték, hogy a baktériumokból izolált DNS egér limfociták szaporodását indukálta. A jelenség tisztázásához nagy számú, eltérő szekvenciájú, szintetikus oligonukleotid sejtekre kifejtett hatásait vizsgálták meg, és azt találták, hogy azok, amelyek citozin-guanin párt tartalmaztak, hatékonyan aktiváltak B-sejteket. A citozin-guanin pár eukarióta sejtekben dominánsan metilált formában található, szemben a prokariótákra jellemző metilálatlan állapottal. Természetesen a szintetikus, egyszálú oligonukleotidok – amilyeneket a PCR-reakcióhoz is használunk, s amelyet a kísérletek során alkalmaztak – szintén metilálatlanok. Ezeket az oligonukleotidokat CpG-oligóknak nevezték el. Azért, hogy ellenállóvá tegyék az oligonukleotidokat a nukleázok hatásaival szemben, a természetes foszfodiészter kötések helyett foszfotioésztert alkalmaznak a polimer szál kialakításához. A CpG-motívum körüli szekvencia, valamint a szál minősége meghatározza, hogy milyen csoportba tartozik egy adott oligonukleotid. Az egyes csoportok más-más sejtekre fejtenek ki hatást, így megkülönböztethetünk B-sejteket, dendritikus sejteket, valamint mindkét sejttípust aktiváló csoportokat. A CpG-oligonukleotidok ideálisak lehetnek, mint adjuvánsok és immunmoduláns szerek. Bár a CpG-hatásokért elsősorban a TLR9-receptort tartják felelősnek, a receptor-ligandum kapcsolat pontos jellemzése még várat magára.

A NOD-receptorcsalád (NLR)

A NOD-szerű receptorok (NOD-Like Receptors – NLR) alkotják az intracelluláris, citoplazmatikus mikrobaérzékelő molekulák egyik családját. Közös szerkezeti jellemzőjük a NOD (Nucleotidebinding Oligomerization Domain), vagy más néven NACHT (NAIP, CIIA, HET-E and TP1) domén jelenléte, mely NTPáz-aktivitással rendelkezik, és a molekulák oligomerizációjáért felelős. Ettől C-terminális irányban található a ligandumot felismerő LRR-domén, N-terminális irányban pedig az effektor folyamatokat elindító domén. Ez utóbbi három alcsaládra osztja az NLR-receptorokat: pirindomént (PYD) tartalmaznak a NALP-fehérjék, CARD-domént (caspase-recruitment domain) a NOD-fehérjék, végül BIR (baculoviral inhibitor-of-apoptosis-protein repeat-containing domain) domént a NAIP-alcsalád tagjai. Ezek az N-terminális domének különböző jelátviteli útvonalakat indítanak el, meghatározva így a NLR-alcsaládok minőségbeli jellegzetességét. Az emberi genomban leírt, húsznál is több NLR-fehérje közül számos a gyulladást elősegítő (ún. proinflammatorikus) kaszpázok aktiválásában játszik szerepet.

Az első intracelluláris mikrobaérzékelőként leírt NLR a NOD1- és NOD2-fehérje volt (4.4. ábra). Ligandumaik a peptidoglikánt alkotó DAP (diaminopimélsav), illetve a muramil-dipeptid. Szerkezetük magasabb rendű komplexben való előfordulásukat valószínűsíti. Mindkét receptor NF-kB-aktivációt vált ki a RIP2-fehérjén keresztül, valamint befolyásolja a kaszpáz-1-aktivációt. A peptidoglikán-felismerés eredménye a gyulladási citokinek és kemokinek termelése és a neutrofil granulociták odavonzása a fertőzés helyszínére. Sejttípustól függő antimikrobiális válaszokat indítanak el, így például a vékonybélben található Paneth-sejtekben defenzinek termelődését váltják ki.

A NLR-család egy másik nagyobb csoportját alkotó a NALP (NACHT, Leucine rich repeat and PYD (PYrin Domain) containing) fehérjékben a CARD-domén helyén pirindomén található. A NALP-alcsalád több mint tíz tagot számlál, melyek jelentős része az IL-1 citokincsalád által közvetített gyulladásos válasz kiváltásában tölt be szerepet. E citokinekre (IL-1β, IL-18, IL-33) jellemző, hogy inaktív prekurzorokként képződnek, melyeket kaszpázenzimek alakítanak bioaktív formává. A kaszpázok egy több alegységből álló komplexben, az úgynevezett inflammaszómában aktiválódnak (lásd 8. fejezet).

Helikázok szerepe a nukleinsav-felismerésben (RLR)

A RIG-szerű fehérjék (RIG-Like Receptors – RLR) egy intracelluláris, patogénérzékelő családot alkotnak, melyek tagjai virális nukleinsavakat érzékelnek, és az interferonregulált faktor (IRF) család tagjait aktiválják.

Míg dendritikus sejtekben a TLR-család 3-as, 7-es, 8-as és 9-es tagja biztosítja a különböző virális nukleinsavak felismerését, egyéb sejtekben az RLR-család látja el ezt a feladatot. A reténsavindukált gén I (RIG-I) és a melanóma differenciációval társított gén (MDA5) az egyszálú “uncapped”, illetve a kétszálú RNS intracelluláris felismeréséért felelős.

Az RLR-család tagjai hasonlóságot mutatnak a TLR-családhoz jelátvitelükben (mindkét esetben megfigyelhető NF-kB- és IRF-3-aktiváció) és az aktivált géneket illetően (I-es típusú interferonok), illetve a NLR-okhoz hasonlóan tartalmaznak CARD-doméneket (lásd 6. fejezet).

A bakteriális sejtfal felismerésének változatossága – az LPS hatásai

Ahogy az eddig leírtakból kiderült, a veleszületett immunrendszer receptorainak felismerő képessége összetettebb, mint az adaptív immunrendszeré: ugyanaz a receptor sokféle eltérő ligandumot is képes megkötni, illetve ugyanaz a ligandum több eltérő PRR-on keresztül is aktiválhatja a sejteket. Jó példa ennek szemléltetésére a Gram-negatív baktériumok sejtfalösszetevőjének, a lipopoliszaccharid hatásainak elemzése. Az LPS-t a vérben az LPS-kötő fehérje (LBP) képes megkötni, ami egy lipidtranszporter molekula. Az így képződött komplex a sejtek felszínén a CD14-receptorhoz kötődik, ami ezek után a TLR4-dimer és MD2-molekulákon keresztül indít aktivációs jeleket. Az LPS megkötésére a CD14-en kívül a CD11b/CD18 integrin, más nevén CR3-receptor is képes, valamint hősokkfehérjékkel asszociált formája a CXCR4-receptoron át is aktiválhatja a sejteket. A sejtekbe bejutott és ott feldolgozott LPS-ből származó muramildipeptid és glutamil-diaminopimélsav a NOD1- és NOD2-receptorokon keresztül fejt ki hatást.

C-típusú lektinreceptorok (CLR)

A C-típusú lektinreceptorok (C-type Lectin Receptors – CLR) tágabb értelemben az azonos nevű domént, a szénhidrát-felismerő doménként (Carbohydrate Recognition Domain – CRD) is ismert szerkezetet tartalmazó fehérjék (lásd később). Ezeknek egy része mintázatfelismerő receptorként működik, melyek között találunk oldott formában a vérben keringő fehérjéket, valamint membránkötött receptorokat is (4.5. ábra).

4.5. ábra. CLR-C-típusú lektinreceptorok . A szénhidrát-felismerő domént (Carbohydrate Recognition Domain – CRD) tartalmazó fehérjék közül az MBL oldékony molekula, míg a mannózkötő receptor (MR), a DC-SIGN és a dectin-1 membránkötött receptor.

A membránkötött CLR-ok szerkezetük alapján további alcsoportokra bonthatók. Három fontos csoport képviselője a makrofágok mannózreceptora (MMR), a DC-SIGN és a dectin-1. Míg a TLR-család tagjai a kórokozók bekebelezését csak közvetetten, a sejtek aktivációja, a fagoszómák érése révén befolyásolják, a CLR-család receptorai aktívan, közvetlenül részt vesznek a fagocitózisban és endocitózisban. A MMR hatékonyan indítja el a kötődött, mannózt tartalmazó molekulák endocitózisát, és azokat a korai endoszómákba irányítja. A DC-SIGN-receptor nevét az adhéziós folyamatokban betöltött szerepéről kapta: dendritikus sejtspecifikus ICAM-3-kötő nem integrin (DC-Specific ICAM-3 Grabbing Non-integrin). Emellett azonban kórokozók szénhidrátcsoportjait megkötve, azokat az endoszómákba irányítja, elindítva ezzel feldolgozásukat, és lehetővé téve a kórokozó eredetű molekulák prezentációját a T-sejtek számára. A dectin-1 nem klasszikus C-típusú lektin, mivel kalciumtól függetlenül is képes β-glukán-molekulákat megkötni. Ez a receptor elsősorban a gombák felismerésében játszik szerepet, és keresztkötése a sejt aktivációját is elindítja, ami citokinek termeléséhez vezet.

A szérumban található szolúbilis receptor, a kollektinek közé tartozó mannózkötő lektin (Mannose Binding Lectin – MBL) olyan szénhidrát-oldalláncokat ismer fel glikoproteineken, melyeknek terminális cukormolekulája mannóz, fruktóz, glukóz vagy N-acetilglukózamin. Az MBL szerkezete virágcsokorhoz hasonlítható: kollagénszárak kapcsolnak össze 3 fehérjeláncot, minden szál N-terminális végén egy-egy CRD-doménnel. Ezekből a kis csokrokból 2-6 darab hoz létre egy teljes oligomert, melyben az CRD-domének felelősek a ligandum kötéséért. A CRD “fejek” távolsága is meghatározó szerepet tölt be: csak a megfelelő denzitású cukormolekulákhoz képes kapcsolódni az MBL. A felismerés következménye lehet az opszonikus fagocitózis közvetlen fokozása saját receptorai révén, vagy közvetett elősegítése a komplementaktiváció lektinútjának elindítása által (lásd 7. fejezet). A tüdő alveolusainak felszínét borító folyadékfilm fontos komponensei, a “surfactant” fehérjék is a kollektinek közé tartoznak. Ezek a molekulák a felületi feszültség csökkentése mellett opszoninként és agglutininként is működnek.

Pentraxinok

A pentraxinok öt szerkezeti alegységből összeálló szolúbilis receptorok. A rövid pentraxinok közé tartozó C-reaktív protein (CRP) és a szérumamiloid protein (SAP) a májban termelődő akut fázisfehérje (a CRP emberben, a SAP egérben), azaz gyulladásos citokinek hatására koncentrációjuk sokszorosára nő a szérumban. A hosszú pentraxinok csoportjából a PTX3-molekulának van immunológiai jelentősége: gyulladási citokinek hatására makrofágok és dendritikus sejtek termelik, így a gyulladás területén jelentősen megnő a koncentrációja. A pentraxinok közös jellemzője, hogy apoptotikus sejtekhez és kórokozók különböző komponenseihez (zimozán, LPS) kötődnek, és elősegítik azok opszonikus fagocitózisát. Képesek a C1q-molekula megkötésére is, ezáltal elindítják a komplementaktiváció klasszikus útját.

Scavenger receptorok

Erre a molekulacsaládra a scavenger receptor ciszteingazdag (Scavenger Receptor Cystein Rich – SRCR) domén jellemző. Jellegzetes ligandumaik anionos polimerek és módosult lipidek, amelyeket endocitózis révén a sejtbe juttatnak. E receptorok szerepe, a patogének felismerése mellett, az elöregedett vörösvérsejtek keringésből való eltávolítása is.

A makrofágokon megjelenő makrofág scavenger receptor (SR-A, MSR) egy II-es típusú trimer membránreceptor. Ez a receptor bakteriális (LPS) és virális (dsRNS) komponensek mellett az ateroszklerotikus folyamatok során keletkező oxidált LDL-t és a cukorbetegségben kórosan glikozilált anyagcseretermékeket köti meg.

Makrofágok lépben és nyirokcsomókban megfigyelhető alpopulációin jelenik meg a MARCO (MAcrophage Receptor with COllagenous structure), mely baktériumok sejtfalkomponenseinek megkötése révén képes azokat kivonni a keringésből, és elősegíteni bekebelezésüket.

Az előző két molekulától szerkezetében eltér az úgynevezett B-típusú scavenger receptor, a CD36. Monocitákon kívül kifejeződik vörösvérsejteken, vérlemezkéken, endo- és epitélsejteken, adipocitákon is. Többek között módosult lipidek, foszfolipidek, kollagén, trombospondin megkötésére képes, valamint kapcsolódik a plazmódiumokkal fertőzött vörösvérsejtekhez is.

Integrinek

Az integrincsalád fehérjéinek szerkezetét és szerepét a sejtek adhéziós folyamatainak leírásakor, a fejezetben később ismertetjük. Itt most azt emeljük ki, hogy egyes integrinek kórokozókat is képesek megkötni, megerősítve állításunkat, miszerint a veleszületett immunrendszer mintázatfelismerő receptorai gyakran saját molekulákkal létesítenek kapcsolatot. A β2-integrinek köző tartozó CR3 (CD11b/CD18) és CR4 (CD11c/CD18, 4. 3. táblázat) komplementfragmentumokkal opszonizált és opszonizálatlan kórokozókat is képes megkötni. Az előbbit iC3b, utóbbit LPS-, β-glukán-, lipofoszfoglikán-, acilpoligalaktozid-kötő képességük teszi lehetővé.

Limfociták antigén-felismerő molekulái

Elöljáróban megjegyezzük, hogy a T- és a B-limfociták antigén-felismerő receptorairól, azok kialakulásáról, szerkezetéről, az általuk elindított jelátviteli folyamatokról és funkciójukról nagy részletességgel esik szó a könyv számos fejezetében (egyebek között a 6., 10., 14., 15. fejezetekben). Itt most, mintegy “bevezetésként” e receptorok legalapvetőbb szerkezeti jellemzőit mutatjuk be.

A sejtek membránjában számos, az adott sejt típusára, érettségi és aktiváltsági állapotára jellemző glikoprotein biztosítja a sejt folyamatos kommunikációját a környezetével. (Számuk sejtenként néhány száztól egy-két millióig terjedhet.) Ezek a molekulák jellegzetes szerkezeti elemeik alapján különböző molekulacsaládokba sorolhatók. A sejtek érése, aktivációja és differenciációja során különböző molekulák kerülhetnek egymással ciszjellegű kapcsolatba – vagyis ugyanazon sejt membránjában egymás mellé –, vagy transzpozícióba, amikor különböző sejtek membránjaiban lévő molekulák között jön létre kölcsönhatás. A T- és a B-limfociták, ill. egyéb antigén-prezentáló sejtek között kialakuló leggyakoribb molekulakapcsolatokat a 4.6. ábra mutatja.

4.6. ábra. A T- és a B-limfociták között kialakuló molekulakapcsolatok . Az ábra a T-sejt és a B-sejt (ill. más APC) esetében mutatja be az antigén-specifikus kölcsönhatásban résztvevő sejtmembrán-struktúrákat, továbbá a legfontosabb adhéziós, koreceptor és kostimulációs molekulakapcsolatokat.

A sejtfelszíni molekulákat eredetileg valamilyen expressziós, szerkezeti vagy funkcionális tulajdonságuk alapján nevezik el, majd a későbbiekben, a kódoló gén azonosítása után nyernek besorolást az ún. CD (Cluster of Differentiation) nómenklatúrába (lásd Függelék). A BCR (B-Cell Receptor), a TCR (T-Cell Receptor) és az MHC (Major Histocompatibility Complex) antigének esetében megmaradt a hagyományos elnevezés használata, ugyanakkor néhány molekulát csak a “CD-nevén” említünk (pl. CD3, CD4, CD8, CD19, CD28).

A limfociták nagyfokú fajlagos felismerő képességgel rendelkeznek, amit a BCR, illetve TCR variábilis immunglobulin doménjeinek hipervariábilis régiói biztosítanak (erről a 10. fejezetben írunk részletesen). Az intracelluláris jelsorozatot a membránban az antigén-felismerő egységgel együttesen kifejeződő jeltovábbító láncok indítják el (a T-sejtek esetében a CD3-molekulakomplex, ill. a ζ-dimer, a B-sejteknél pedig az Igα- és Igβ-láncok). (A jelátviteli folyamatokat a 6. fejezetben tárgyaljuk.) Az ilyen, szerkezetileg és funkcionálisan többféle polipeptidláncból álló receptorkomplexek alkotják a MIRR-családot (Multichain Immune Recognition Receptors). Fontos megemlíteni, hogy csak a teljes receptorkomplexek funkcióképesek, az egyes láncok önmagukban nem képesek semmiféle feladat ellátására – többnyire meg sem jelennek a sejtmembránban.

A limfociták aktivációjához vezető sikeres jelsorozat megindulásához az esetek többségében nem elegendő az antigén kapcsolódása a specifikus receptorhoz, további molekulakapcsolatokra van szükség. Ezt a feladatot látják el a koreceptorok, melyek közvetlen kapcsolatban vannak az antigén-felismerő receptorral és az általa kötött antigénnel, ill. az antigént prezentáló molekulával.

A B-limfociták receptora (BCR) és koreceptorkomplexe

BCR

A B-limfociták receptora (BCR) antigénfelismerő alegységből és jeltovábbító polipeptidláncokból álló molekulakomplex (4. 7. ábra). A felismerő egység a sejtmembránban kötött állapotban lévő ellenanyag-molekula (mIg – membrán Ig), melynek intracelluláris szakasza rövid, így nem alkalmas a sejtmag felé irányuló jelsorozat elindítására a ligandumkötést követően. Ezt a funkciót látják el az Igα és az Igβ alegységek, melyek sejten belüli szakaszukon Immunreceptor Tirozin alapu Aktivációs Motívumokat (ITAM) tartalmaznak. A BCR kialakulását és jelátviteli folyamatait részletesen tárgyaljuk a 6. és a 10. fejezetben.

4.7. ábra. A BCR (B Cell Receptor) komplex. A BCR antigén-felismerő egysége a membrán Ig (mIg), mely önmagában nem képes a sejtmag felé irányuló jelátviteli folyamatok beindítására. Ezt a funkciót az intracelluláris szakaszain ITAM-ot, (Immunoreceptor Tyrosin-based Activation Motif) tartalmazó Igα-és Igβ-láncok látják el.

A B-sejtek működésében fontos szerepet töltenek be a szabályozó koreceptorok. Ezek közül kettőt emelünk ki, melyek az ellenanyaggal és komplementfehérjékkel komplexben lévő antigének megkötésével járulnak hozzá a B-sejt aktiválás regulációjához.

A CD19/CD21/CD81 aktiváló koreceptor komplex

A CD21-molekula mint ligandumkötő alegység két másik fehérjével – a jeltovábbító CD19-cel és a lipidraftokhoz társuló, tetraspan CD81-molekulával – együttesen alkotja a BCR-aktiválást fokozó koreceptorkomplexet. A CD21-komplementreceptor (CR2) az antigénhez kötődő komplementfragmentumokat (C3d – lásd 7. fejezet) köti meg, miközben a komplexben levő antigén ugyanazon sejt BCR-ével regál (4.8A ábra). Ez a kölcsönhatás jelentősen csökkenti a BCR-en keresztüli aktiváláshoz szükséges antigén mennyiségét (l. 6 fejezet).

Az Fc γ RII b (CD32) gátló koreceptor

Az IgG-t tartalmazó immunkomplexek az ellenanyag-molekula Fc-részével a B-sejt felszíni FcγRIIb-hoz kötődnek, miközben a komplexben lévő antigén ugyanazon limfocita BCR-jével reagál (4.8B ábra). Mivel a B-sejteken megjelenő FcγRIIb gátló hatású receptormolekula (lásd 6. fejezet), a membránközeli jelátviteli lépések blokkolása következtében ez a kölcsönhatás a B-sejt-aktiváció drasztikus csökkenéséhez vezet (lásd 6. és 15. fejezet).

4.8. ábra. A BCR működését fokozó és gátló receptor-kölcsönhatások . Az antigén és a C3d-komplementfragmentum molekulakomplexe képes a BCR és a CR2-TAPA-CD19 koreceptorkomplex keresztkötésére. Ez a kölcsönhatás jelentősen megnöveli a sejtek ellenanyag-termelő képességét. Ugyanakkor az antigén-ellenanyag komplexek a BCR és az FcγRIIb keresztkötésére képesek, ami a B-sejtaktiválás – így az ellenanyag-termelés – erős gátlásához vezet.

A T-limfociták receptora (TCR) és koreceptorai

TCR

A T-limfociták – szemben a B-sejtekkel – antigén-bemutató sejtek (APC-k) közreműködését igénylik a nem saját struktúrák felismeréséhez (lásd 12. fejezet). A TCR egységében ismeri fel az APC-n kifejeződő MHC-molekulák polimorf doménjeit, és az ezek peptidkötő árkában bemutatott peptidet, ami az antigén APC-ben történt feldolgozásával alakult ki.

A TCR a BCR-hez hasonlóan a MIRR-családba tartozik; a több polipeptidláncból álló receptorkomplex α/β, ill. γ/δ láncai ismerik fel az MHC-peptidkomplexet, míg a többi alegység (a CD3 γ-, δ-, ε-láncai, valamint a ξ-dimer) a jelátviteli folyamatokat indítja el. (4.9. ábra, lásd még 6. fejezet). Az ε, γ és δ járulékos láncoknak egy extracelluláris doménje van, míg a ξ-lánc nem rendelkezik sejten kívüli doménnel. A TCR-CD3 komplexet transzmembrándomének közötti, nem kovalens kölcsönhatások tartják össze. A TCR szerkezetéről, kialakulásáról és funkcionális sajátságairól részletesen a 10. és 11. fejezetekben lesz szó.

4.9. ábra. A TCR (T Cell Receptor) komplex . A TCR antigén-felismerő egysége az α/β-láncokból álló dimer. Ez a receptor-alegység önmagában nem képes a sejtmag felé irányuló jelátviteli folyamatok beindítására. Ezt a funkciót az intracellulárs szakaszán ITAM-ot, (Immunoreceptor Tyrosin-based Activation Motif) tartalmazó ξ-dimer, valamint a γ-, δ-láncok látják el. Ez utóbbi láncok együttesét CD3-nak nevezzük.

A TCR koreceptorai – a CD4- és a CD8-molekulák

A TCR koreceptorai az antigén-peptidet bemutató MHC-molekulák membránközeli doménjének külső, a peptidkötésben részt nem vevő részéhez kötődnek.

Az MHCII-peptidkomplexet felismerő, α/β-láncot kifejező T-sejtek a segítő vagy helper T-sejtek (Th). Ezek jellemző koreceptora a CD4-molekula, ezért gyakran ezeket a T-limfocitákat CD4+-sejteknek is nevezzük. A CD4 egyetlen polipeptidláncból álló, 55 kDa molekulatömegű glikoprotein. A molekula 4 extracelluláris, Ig-szerű doménből, hidrofób transzmembrán szakaszból és erősen bázikus, de viszonylag rövid (38 aminosav hosszúságú) citoplazmatikus részből áll. A membrántól legtávolabb eső (V1) domén nagy szerkezeti homológiát mutat az IgV-doménnel, a másik három domén (V2, V3, V4) hasonlósága ennél kisebb. A CD4 membrántól legtávolabbi doménje kapcsolódik a peptidet prezentáló MHCII-molekula β-láncának membránközeli, konstans doménjéhez, és ilyen módon egyrészt stabilizálja a TCR-MHC-peptid kapcsolatot, másrészt a molekula intracelluláris részéhez kötődő Lck-kináz által kiváltott fehérjefoszforiláció elindítja a jelátviteli lépések sorozatát (4.10.A ábra). A CD4 nemcsak a szoros közelségében lévő TCR által felismert MHCII-höz kötődhet, hanem egy másik TCR-rel kapcsolatban lévő MHCII-molekulához is, így segítve minél több TCR-nek az aktivációs raftba való toborzását.

Az MHCI-peptidkomplexet felismerő, α/β-láncot kifejező T-sejtek a pusztító vagy citotoxikus T-sejtek (Tc). Ezek jellemző koreceptora a CD8-molekula, ezért ezeket a T-limfocitákat CD8+-sejteknek is nevezzük. A CD8 két polipeptidláncból áll, melyek egy-egy Ig-homológ extracelluláris domént tartalmaznak (4.10.B ábra). A CD8 α-láncát egy 45 aminosavból, β-láncát pedig egy 32 aminosavból álló, kinyújtott állapotú, sok szerint, treonint és prolint tartalmazó, O-glikozilált peptidszakasz kapcsolja a sejtmembránhoz. Ezt követi a transzmembrán rész, majd a citoplazmatikus farok. A CD8α az MHCI Ig-homológ, nem polimorf α3-doménjéhez kapcsolódik, és ezáltal stabilizálja a Tc-sejt és az MHCI-molekulákat expresszáló APC közötti kapcsolatot. Hasonlóan a CD4-molekulához, a CD8 α-lánc sejten belüli szakasza is a p56lck tirozin-kinázzal kapcsolódik, de β-lánca nem. Ugyanakkor csak a CD8β-lánc transzmembrán része palmitoilált, ezért ennek jelenléte a CD8αβ-heterodimerben növeli az Lck-asszociációt és a raftokba való belépés mértékét.

4.10. ábra. A T-limfociták CD4- és CD8-koreceptorai . (a) A Th-sejtek koreceptora, a CD4 a TCR által felismert peptidet prezentáló MHCII-molekulához kötődik. (b) A Tc-sejtek koreceptora, a CD8 a TCR által felismert peptidet prezentáló MHCI-molekulához kötődik.