Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

Az immunsejtek receptorai, koreceptorai, adhéziós és kostimulációs molekulái

Az immunsejtek receptorai, koreceptorai, adhéziós és kostimulációs molekulái

Sejtadhéziós molekulák

Az adhéziós molekulák antigéntől független kapcsolatokat hoznak létre a különböző sejtek, valamint a sejtek és az extracelluláris mátrix molekulái között. Ezek a másodlagos kötőerők, melyek proteinek, szénhidrátok és lipidek között alakulnak ki, általában viszonylag könnyen megbonthatók, de sejtaktiváció következtében jelentősen megnőhet a kötődés affinitása. Az ún. “klasszikus” adhéziós molekuláknak nem csupán a kötések kialakításában van szerepük, hanem intracelluláris jelsorozatok elindításában is, így aktívan részt vesznek a sejtek funkcióinak szabályozásában is. Alapvető szerepük van a T-limfociták és az antigén-bemutató sejtek között kialakuló, valamint a citotoxikus effektorok és célsejtjeik között létrejövő szinaptikus kapcsolatok kialakításában. A kemokinek (lásd 5. fejezet) mellett az adhéziós molekulák játsszák a főszerepet az immunsejtek homing folyamataiban, azaz a különböző típusú, funkciójú, érettségű, aktiváltságú sejtek keringésből való kilépésében és a megfelelő szervekben, szövetekben történő megtelepedésében. Ezért egyes adhéziós molekulák hiánya vagy kevéssé funkcióképes változatának jelenléte súlyos immundeficiens állapotot idézhet elő, továbbá befolyásolhatja a tumorsejtek áttéteket létrehozó képességét is.

Az adhéziós molekulák szerkezetük alapján különböző családokba sorolhatók (4.11. ábra, 4.1. táblázat).

4.11. ábra. Adhéziós molekulák főbb családjai . A sejtfelszíni adhéziós molekulák különböző családokba sorolhatók, melyek jellemző szerkezeti felépítését mutatja az ábra. Az Ig-családba tartozók extracelluláris doménjei az Ig-domének szerkezeti homológjai. A szelektinek jellegzetes építőeleme a változó számú, a komplementreceptorokra is jellemző SCR (Short Consensus Repeat) motívum is, míg a C-típusú lektinek szénhidrátok megkötésére képesek. Az integrinek α- és β-láncokból felépülő heterodimer molekulák. A mucinok erősen O-glikozilált, elágazó láncú sejtmembránfehérjék. A tetraspanmolekulák négyszer keresztezik a membránt.

Integrinek

Az integrinek két, egymással nem kovalens módon kapcsolt polipeptidláncból (α és β) felépülő heterodimer molekulák (4.9. ábra). Mindkét polipeptidlánc I-es típusú transzmembránfehérje, mely nagy extracelluláris, transzmembrán és mintegy 30-46 aminosav-maradékból felépülő, citoplazmatikus részből áll. Az α-láncok N-terminális, globuláris ligandumkötő feje, a propeller domén ún. I (inserted) domént tartalmaz, melyen bivalens kationkötő helyek vannak. Az extracelluláris szakaszon található kötőhely elsősorban Arg-Gly-Asp (RGD) szekvenciá(ka)t tartalmazó ligandumokat köt. A citoplazmatikus molekulaszakasz citoszkeletális komponensekkel (aktin, α-aktinin, vinkulin, talin, tropomiozin) kerülhet kölcsönhatásba. A ligandum kötődését követő konformációváltozás, illetve az integrineken keresztül meginduló jelsorozatok hozzájárulnak a sejt aktivációjához, mozgásához, az aktiváció, illetve a homingfolyamatok során kialakuló polarizációhoz (outside-in signaling). Ugyanakkor a sejtben más receptorok által (pl. a TCR-en, BCR-en vagy kemokinreceptorokon keresztül) indukált aktivációs folyamatok a sejtfelszíni integrinek konformációjának megváltozását idézik elő, aminek következtében nagy affinitású kapcsolatok jöhetnek létre (inside-out signaling, a molekulák jelátviteli mechanizmusairól a 6. fejezetben írunk részletesen.)

Szerkezetileg több, eltérő sajátosságot mutató α- és β-lánc ismert, melyek heterodimerjei különböző ligandumokat kötnek meg (4.3. táblázat). Az azonos β-láncot tartalmazó integrinek különböző csoportokba sorolhatók. A β2- és a β7-integrinek csak leukocitákon jelennek meg, míg a β1-integrinek széles körben kifejeződnek a különböző szövetekben. A β1-láncot tartalmazó integrineket nagyon későn megjelenő aktiválási antigéneknek (Very Late after Activation – VLA) is nevezik, mivel az elsőként megismert VLA-1 csak napokkal az aktiválás után jelenik meg a T-sejteken. A VLA-4 az éretlen, továbbá az effektor T- és B-limfociták homing folyamataiban játszik szerepet.

4.3. táblázat - 4.3. táblázat. Integrinek családjai, jellemzői

Alegységek

A molekula neve

Liganduma

Szerepe

β

α 1

VLA-1 (CD49aCD29)

Kollagének

Sejt–mátrix adhézió

α 2

VLA-2 (CD49bCD29)

Kollagének

Sejt–mátrix adhézió

α 3

VLA-3 (CD49cCD29)

Laminin

Sejt–mátrix adhézió

α 4

VLA-4 (CD49dCD29)

VCAM-1, MadCAM-1

sejt–mátrix adhézió, homing

α 5

VLA-5 (CD49eCD29)

Fibronektin

Sejt–mátrix adhézió

α 6

VLA-6 (CD49fCD29)

Laminin

Sejt–mátrix adhézió

α 7

CD49gCD29

Laminin

Sejt–mátrix adhézió

α 8

CD51CD29

Fibronektin

Sejt–mátrix adhézió

β 2

α L

LFA-1 (CD11aCD18)

ICAM-1, ICAM.2, ICAM-3

Leukocitaadhézió endotéliumhoz, T-sejt–APC adhézió

α M

MAC-1, CR3 (CD11bCD18)

iC3b, fibronektin, ICAM-1

leukocitaadhézió és -fagocitózis, sejt-mátrix adhézió

α x

P150, CR4 (CD11cCD18)

iC3b, fibronektin

leukocitaadhézió és -fagocitózis, Sejt–mátrix adhézió

α d

CD11dCD18

Leukocitaadhézió endotéliumhoz

β 3

α IIb

GPIIb/IIIa (CD41CD61)

Fibrinogén, von Willebrand-faktor, trombospondin

Vérlemezke-adhézió és aggregáció

α V

vitronektin receptor (CD51CD61)

Fibronektin, vitronektin, von Willebrand-faktor, trombospondin

Sejt-mátrix adhézió

β 4

α 6

CD49fCD104

Laminin

Sejt–mátrix adhézió

β 5

α V

Vitronektin

Sejt–mátrix adhézió

β 6

α V

Fibronektin

Sejt–mátrix adhézió

β 7

α 4

VCAM-1, MadCAM-1

Limfocitahoming mukózába

α E

HML-1

E-kadherin

Intraepiteliális T-sejtek visszatartása


A β2-integrinek közül az LFA-1 (Lymphocyte Function Associated antigen-1 / CD11a/CD18) részvétele a T-sejtek adhéziójában, homing folyamataiban és aktiválódásban fontos. Az CR3 (CD11b/CD18) a granulocitákra, makrofágokra ill. DC-kre jellemző komplementreceptor, melynek fontos szerepe van az opszonizált részecskék fagocitózisában. A CR4 (CD11c/CD18) főként DC-ken jelenik meg.

Szénhidrátkötő molekulák

C-típusú lektinek

Mint erről korábban már említést tettünk, a veleszületett immunrendszer működésében fontos szerepet játszó mintázatfelismerő receptorok egy része is a C-típusú lektinek közé tartozik, és jellemző szerkezeti egysége a CRD (Carbohydrate Recognition Domain), mellyel Ca2+-függő módon köt szénhidrátokat (4.11. ábra). Ebbe a molekulacsaládba tartozik a monocitákra, makrofágokra és dendritikus sejtekre jellemző patogénfelismerő receptorok többsége, köztük a mannózreceptor (Mannose Receptor – MR) a Langerin, a DC-SIGN, a DEC-205, továbbá az NK-sejtekre jellemző MHCI-kötő receptorok (lásd 3., 12. és 13. fejezet).

A B-limfoctákon megjelenő CD72 intracellulárisan ITIM-motívumot tartalmaz, míg a CD69 a T-limfociták korai aktivációs antigénje.

A szelektinek szintén C-típusú lektinek. Ezek a molekulák N-terminális extracelluláris részükön szénhidrátkötő, EGF-szerű (Epidermal Growth Factor) domént, és egyes komplementszabályozó fehérjékre jellemző SRC (Short Consensus Repeat) doméneket tartalmaznak (4.9. ábra). Fő funkciójuk a leukociták vérerekben való áramlásának lassítása, ill. az extravazációhoz vezető folyamat első lépéseként gyenge adhézió létrehozása a sejtek és az endotél között. Ennek elsősorban a gyulladás kialakulásakor van fontos szerepe (lásd 8. fejezet). A szelektineknek három típusát különböztetjük meg: az L (Leukocyte) szelektin (CD62L) leukocitákon, az E (Endothelial) szelektin különböző szervek és szövetek érendotélsejtjein, míg a P (Platelet) szelektin elsősorban vérlemezkéken fejeződik ki.

A CD44-molekula elsősorban érett T- és B-sejteken, monocitákon, granulocitákon, fibroblasztokon és keratinocitákon van jelen, de megtalálható idegsejteken is. Mivel fagocitákon ez a molekula nagy mennyiségben jelenik meg, fagocita-glikoproteinnek (Phagocyte glycoprotein-1 – Pgp-1) is nevezték. A molekula extracelluláris N-terminális doménje a porcproteoglikánnal homológ, és glukózaminoglikánt, illetve hialuronátot köt. A membránhoz közelebb eső extracelluláris régió jelentősen különbözik a CD44 két eltérő változatában. A hemopoetikus sejtekre jellemző, kisebb molekulatömegű (80-90 kDa) változat a membránközeli részt kódoló 3 exon alternatív hasításával jön létre. Az epitélsejteken megjelenő, nagyobb méretű (160 kDa), csökkent hialuronátkötő képességgel rendelkező változatban, a 3 exon által kódolt szerinben és treoninban gazdag O-glikozilált régió a kondroitin-szulfát kapcsolódási helye. A CD44 génjében további 12 olyan exon van, amelyek hiányával, ill. meglétével a molekula különböző változatai jöhetnek létre. Az eltérő hialuronátkötő képesség az extracelluláris mátrixszal való kapcsolat erősségén keresztül befolyásolja az egyes sejtek adhéziós és a különböző tumorok áttéteket képző tulajdonságát. A CD44 nyugvó T- és B-limfocitákon csak kis mennyiségben van jelen. Expressziója az aktivált és a memóriasejteken jelentősen megnő, ami a sejtek különböző szövetekben való megtelepedését (homing) segíti elő.

Az Ig-szuperfamíliába tartozó adhéziós molekulák

Az immunglobulin szuperfamíliába (IgSF) tartozó celluláris adhéziós molekulák (CAM) egyrészt az integrinekkel kapcsolódhatnak, másrészt különböző szénhidrát-oldalláncaik révén lektinek ligandumai lehetnek, továbbá homofil kapcsolatokra is képesek (4.11. ábra, 4.3. táblázat).

Az ICAM-1 (InterCellular Adhesion Molecule-1) sejtmembrán-glikoprotein (80-114 kDa), öt extracelluláris, Ig-homológ domént tartalmaz. Számos sejtféleségen, így B- és T-limfocitákon, fibroblasztokon, keratinocitákon és endotélsejteken egyaránt megtalálható; expressziójának mértékét aktivációs szignálok szabályozzák. Az ICAM-1 az LFA-1 integrin liganduma, de egyben rhinovirusok és maláriaparaziták receptora is. Az ICAM-1-LFA-1 az egyik legfontosabb adhéziós kapcsolat, ami a T-limfociták és az antigén-bemutató sejtek között jön létre az adaptív immunválasz beindításakor. Az LFA-1 két másik, szintén az Ig-szuperfamíliába tartozó molekulához, az ICAM-2-höz és az ICAM-3-hoz is kötődik. Az ICAM-2-nek két extracelluláris Ig-homológ doménje van, és konstitutív módon jelenik meg ugyanazokon a sejteken, mint az ICAM-1. A leukociták cirkulációjában és a másodlagos nyirokszervekbe történő bejutásában van fontos szerepe. A csak a hemopoetikus eredetű sejteken (T-és B-sejtek, monociták, granulociták) megjelenő ICAM-3 az ICAM-1-hez hasonlóan 5 extracelluláris Ig-domént tartalmaz. Nyugvó sejtek adhéziójában az ICAM-2-nek és az ICAM-3-nak nagyobb szerepe van, mint az ilyenkor igen kis számban jelen lévő ICAM-1-nek. Az ICAM-4-et és ICAM-5-öt csak vörösvérsejteken és az agyban mutatták ki. Az LFA-1-től eltérő helyre de az ICAM-(1, 2, 3) molekulákhoz kötődik a DC-kre jellemző C-típusú lektin, a DC-SIGN is.

Az érfalak endotélsejtjein expresszálódó VCAM-1 (Vascular Cell Adhesion Molecule-1) és a nyálkahártyába történő homingfolyamatokban szerepet játszó MAdCAM-1 (Mucosal Addressin Cell Adhesion Molecule-1) a nyálkahártyába vándorló limfocitákon megjelenő α4β7 integrin liganduma.

A MAdCAM-1-hez hasonlóan az IgSF-be és a mucinok közé is besorolhatók a TIM (T-cell Immunoglobulin Mucin) család molekulái. Az N-glikozilációs helyeket tartalmazó N-terminális V-domént követi a mucindomén, majd a transzmembránszakasz és az intracelluláris rész. A TIM1, a TIM2 és a TIM3 intracellulárisan tirozin-foszforilációs, a TIM4 Ig-doménje pedig az integrinkötődést valószínűsítő RGD-motívumot tartalmaz. A két alternatív változattal rendelkező TIM1-et a T-limfociták mellett kimutatták a vesében és a májban. Emberben ez a hepatitisz A vírus receptora. A TIM3 a polarizálódott Th1- és a gyulladással kapcsolatban megjelenő Th17-sejteken mutatható ki.

Hasonlóképpen a homofil adhéziós képességét tartják fontosnak a leukociták endotélen keresztüli áthaladásában a két extracelluláris Ig-domént expresszáló JAM (Junctional Adhesion Molecule) molekuláknak, noha ezek is kötődnek LFA-1-hez, VLA-4-hez, ill. a CR3-hoz is.

A leukocitákon és az endotélsejteken egyaránt kifejeződő, hat extracelluláris Ig-domént tartalmazó PECAM-1 (Platelet Endothel Cell Adhesion Molecule-1) homofil adhézió révén az endotélen való átjutás egyik kulcsmolekulája.

Az agyban, fibroblasztokon, csontvelői és endotélsejteken is kimutatták az erősen glikozilált, egy extracelluláris Ig-doménnel rendelkező Thy-1 antigént. Ez a GPI-horgonyzott molekula az egér T-limfociták jellegzetes raftmarkereként ismert.

A sziglekek sziálsavkötő, Ig-domént tartalmazó lektinek, melyek sejtek közötti kapcsolatokat hoznak létre az immun- és az idegrendszerben egyaránt. A sziálsavkötésért az N-terminális V-domén felelős, melyet különböző számú C2-domén követ. A molekulacsalád legismertebb tagja a B-limfocitákon kifejeződő CD22 (sziglek-2), amely ITIM-szekvenciát tartalmaz, és így a B-limfociták aktivációját negatívan szabályozó molekulák közé tartozik.

Glikoproteinek/mucinok

Azok a poszttranszlációs mechanizmusok, melyek különböző oligoszacharidokat építenek proteinekre és lipidekre, a sejtek fontos szabályozási és kommunikációs lehetőségeit teremtik meg. A sejtek érése, aktivációja, ill. differenciációja során egymást követően expresszálódó enzimek a sejt aktuális állapotának megfelelően változtatják a membránmolekulák glikozilációját, eltérő szénhidrátcsoportokat építenek be vagy emésztenek le, ilyen módon változtatva a sejt adhéziós képességét. A glikokonjugátumok típusai az aszparaginkapcsolt N-glikánok, a szerin/threoninkapcsolt O-glikánok, a glikolipidek és a proteoglikánok.

A mucinok szerinben és threoninban gazdag, erősen glikozilált molekulák (4.9. ábra). A leukociták L-szelektin molekulája az endotélsejteken kifejeződő CD34 és GlyCAM-1-hez kötődik. A főként neutrofil granulocitákon kifejeződő PSGL-1 (P-Selectin Glycoprotein Ligand-1) a gyulladásos endotélium P- és az L-szelektinjeivel reagál. A nyálkahártyákban ill. a Peyer plakkok területén kifejeződő MAdCAM mucin doménje tartalmaz L-szelektin ligandumokat. Az elsősorban leukocitákon megjelenő PSGL-1 (P-Selectin Glycoprotein Ligand-1) a P- és az L-szelektinek liganduma. A bőrben megtelepedő effektor T-sejteken jelenik meg a CLA (Cutaneous Lymphocyte Antigen) melyet a PSGL-1 speciális glikoformájaként az E-szelektin ligandumának tartanak.

A T-limfociták adhéziójában és szinapszis képzésében szerepet játszó, erősen O-glikozilált CD43-nak a nyugvó T-sejteken és a timocitákon, ill. aktivált sejteken kimutatott két glikozilációtól függő izoformája ismert. A CD43 a sziglek-1 és a galektin-1 liganduma is lehet.

Az ideg- és hemopoetikus sejteken kimutatható HSA (Heat Stabile Antigen) változóan glikozilált formában jelenik meg (38–70 kDa). Limfocitákon, azok érési és differenciálódási stádiumának megfelelően változik az expressziója. Adhéziós molekulapartnereként eddig a P-szelektint azonosították.

Az extracelluláris mátrix proteoglikánjai aktívan hozzájárulnak a különböző élettani folyamatok szabályozásához. A proteoglikánok közé tartozik pl. a CD138 (syndecan 1), a plazmasejtek jellegzetes markere, mely szolúbilis formában is kimutatható, és a tumornekrózisfaktor-családba tartozó APRIL (AProlifeRation-Inducing Ligand) liganduma is lehet.

Sejtmembránenzimek

A sejtek felszínén számos enzimaktivitással rendelkező molekula is kifejeződik, melyek adhéziós funkciót is betölthetnek.

A CD45 a T- és a B-sejtek által közvetített immunválaszban egyaránt fontos szerepet játszó molekula; valamennyi leukocitán nagy számban megjelenik, és ezért eredetileg közös leukocita antigénnek (Leukocyte Common Antigen – LCA) nevezték el. A molekulának több izoformája és eltérő glikoziláltságú formái ismeretesek (220, 205, 200, 190, 180 kDa). A molekulához kötődő monoklonális ellenanyagok egy része a CD45-család valamennyi tagján megtalálható közös epitópokat ismeri fel, míg egy másik részük csak bizonyos, ún. korlátozott, R (restricted) epitópokat. A CD45-családba tartozó molekulákat, az egérben és az emberben egyaránt, az 1. kromoszómán található génkomplex kódolja. A gén 33 exont tartalmaz, amelyek közül három (A-, B- és C-exonok) a primer RNS-átirat szintjén, alternatív hasítás (splicing) következtében 8 különböző mRNS-t, ill. fehérjeterméket eredményez. A különböző izoformák megjelenése a sejt típusától és differenciáltsági állapotától függ (4.12. ábra). A B-sejtekre az erősen glikozilált 220 kDa molekulatömegű forma a jellemző (ez az egér B-limfociták azonosítására, izolálására használt B220), míg a T-sejteken kevésbé glikozilált, ill. aktiváltságuktól függően eltérő izoformák találhatók. Az aktivált és memória T-sejtek jellegzetes markere a CD45R0, amely egyik alternatív domént sem tartalmazza, és könnyen hoz létre homodimereket. A CD45 transzmembrán szakasza 22 aminosavból áll, amit szokatlan hosszúságú (kb. 700 aminosav), erősen konzervált (különböző fajokban homológ szerkezetű) C-terminális citoplazmatikus szakasz követ. Ez utóbbiban két tandem elhelyezkedésű, egyenként kb. 240 aminosav-maradékot tartalmazó, protein-tirozinfoszfatáz (PTPáz) aktivitású domént azonosítottak. A CD45 legfontosabb szerepe az optimális jelátvitel biztosítása. Defoszforilálja a másodlagos hírvivők képződésében szerepet játszó protein-tirozinkináz (PTK) negatívan reguláló egy vagy több tirozinmaradékát, ezáltal aktiválva a kinázokat. A jelátviteli folyamatokról a 6. fejezetben írunk részletesebben.

4.12. ábra. A CD45 szerkezete . A CD45 sejtfelszíni foszfatáz alternatív splicing útján kifejeződő A-, B- és C-doménje, továbbá változatos mértékű glikozilációja révén többféle méretben fejeződhet ki a különböző típusú, ill. aktiváltsági állapotban lévő sejteken. A B-sejtekre pl. jellemző az erősen glikozilált 220 kDa molekulatömegű izoforma (CD45ABC), míg az aktivált és memória T-sejtek jellegzetes markere a CD45R0.

Az ún. ektoenzimek közé számos membránmolekula tartozik. Egy részük szekretált formában is kimutatható az extracelluláris térben. Enzimatikus aktivitásuk alapján különböző csoportokba sorolhatók. A nukleotidázok (CD39, CD73, CD203) az ATP, az ADP, illetve az AMP-molekulákat defoszforilálják, így szabályozva a környezet adenozinszintjét. Az ADP-ribozilciklázok (CD38, CD157) és -riboziltranszferázok (ART2) szubsztrátja a NAD(P). A CD38 termékén, a ciklikus ADP-ribózon keresztül Ca2+-szignált képes kiváltani, és szerepe van az integrinek aktív formájának kialakulásában. Enzimaktivitásától függetlenül a CD38 a PECAM-1 adhéziós molekula liganduma is.

A peptidázok (CD10, CD13, CD26) és egyes MMP-k (Mátrix MetalloProteázok) egyrészt kemokinekből hasítanak le peptideket, és ezzel változtatják azok kötődési képességét, másrészt adhéziós molekulák sejtfelszínről történő leemésztésében vesznek részt. Az ADAM (ADisintegrin And Metalloproteinase) család enzimjei ilyen módon szabályozzák a különböző immunsejtek adhéziós és homingfolyamatait, továbbá résztvesznek membránkötött citokinek vagy kostimulációs molekulák szolubilizálásában, így esetenként azok autokrin hatásának elősegítésében is (4.13. ábra).

4.13. ábra. Az ADAM (A Dysintegrin And Metalloproteinase) molekulák szerepe a sejtek aktivációs és homing folyamataiban . Az integrinek aktív konformációjának kialakulását a kemokinreceptorokon keresztül érkező szignálok indukálják. Ennek hatására az ADAM molekulák katalitikusan aktívvá válnak, és membránhoz kötött citokineket vagy kostimulációs ligandumokat hasíthatnak. Mindez a sejt működésének autokrin szabályozását teszi lehetővé.

Homing és az extravazáció folyamata

Az immunrendszer hatékony működésének alapvető feltétele, hogy a különböző sejtek az érettségüknek és funkciójuknak megfelelő szervekben, ill. szövetekben telepedjenek meg. A sejtek “hazatalálásának” (homing) folyamatában a felszínükön jelenlévő adhéziós molekulák és kemokinreceptorok mintázata fontos szerepet játszik. Ezek a mintázatok folyamatosan változnak a sejtek érése, aktivációja és differenciációja során, így biztosítva az adott állapotnak, illetve funciónak megfelelő adhéziós és jelfogadó képességeket.

A sejtek kb. 4000 μm/mp sebességgel áramlanak a vérerekben. Ahhoz, hogy az érendotéllel adhéziós kapcsolatba kerüljenek, le kell lassulniuk kb. 40 μm/mp-re. Ezt az érfal sejtjein kifejeződő szelektinek, és a leukocitákon megjelenő mucinok között kialakuló kapcsolat indítja el. A lassú gördülés az érfalon lehetőséget teremt a kezdetben kisebb, majd az aktivációs szignálok hatására megjelenő integrinek és kemokinreceptorok közvetítésével egyre növekvő affinitású kapcsolatok kialakulására és a sejt polarizációjára. Diapedezisnek nevezzük a leukociták átjutását a vér endotéljén a szövetbe. Ennek során két endotélsejt között halad át a leukocita. Az érfal integritását az endotélsejtek közötti molekulakapcsolatok (junction) biztosítják. Az ún. tightjunction kialakításában a homofil JAM-kapcsolatok vesznek részt. Az adherens kapcsolatokban a PECAM-1, a CD99 (32 kDa, erősen O-glikolizált transzmembrán glikoprotein) és a VE (Vascular Endothelial) cadherin (Ca2+-függő homofil, cisz- és transzkapcsolatokat kialakító molekula) szerepét mutatták ki. A gap junctionok ionok és kis molekulák transzportját lehetővé tevő, hidrofil transzmembrán csatornákból állnak. Az extravazáció során a szomszédos endotélsejtek közötti JAM–JAM kapcsolat felbomlik, és az áthaladó leukocita és az endotélsejt között alakul ki JAM–JAM vagy JAM–integrin kölcsönhatás. A VE-cadherinek eltűnnek az endotélsejtekről, a PECAM-1- és CD99-molekulák pedig a JAM-okhoz hasonlóan, a leukocitákon lévő partnerekkel hoznak létre átmeneti kapcsolatot (4.14. ábra).A homing ilyen módon egymást követően kialakuló, majd felbomló adhéziós kapcsolatok során, az érendotél, majd az extracelluláris mátrix molekuláin immobilizált kemokinek irányításával zajlik. A különböző szövetekben eltérő adhéziós molekulák, illetve kemokinek expresszálódnak a megfelelő mintázattal rendelkező sejtek számára.

4.14. ábra. Sejtek érfalon való átjutásában ( extravazáció) szerepet játszó adhéziós kapcsolatok . A vérerekben keringő sejtek először lelassulnak, majd gördülni kezdenek az érendotélen a kis affinitású szelektin-mucin kapcsolat hatására. A kemokinreceptorokon keresztül érkező jelekre kialakul az integrinek aktív konformációja, és ez nagy affinitású integrin-ICAM kapcsolat létrejöttéhez vezet. A sejt polarizálódik, szorosan az érfalra tapad, majd áthalad két endotélsejt között. Az extravazáció folyamatában az extracelluláris mátrixhoz adszorbeált kemokinek is részt vesznek.

Az aktiválódásban és differenciálódásban szerepet játszó járulékos molekulák

Eddig az előzőekben ismertetett molekulák adhéziós szerepét emeltük ki, noha a legtöbb adhéziós kapcsolat egyúttal intracelluláris szignálokat is indukál. Az így meginduló jelsorozat szükséges mind a homing során, mind a sejtek aktiválódásához és differenciálódásához. A továbbiakban azokról a molekulákról lesz szó, amelyek elsősorban az aktivációban és differenciációban játszanak fontos szerepet. Itt említjük meg a sejtek életfolyamataihoz elengedhetetlen ioncsatornákat, a lipidraftoktól független, de azokhoz társulni képes membránmikrodomént alkotó tetraspanmolekulákat, továbbá az immunsejtek kostimulációs, illetve koinhibíciós jelátviteli folyamataiban fontos molekulacsaládokat.

Az immunsejtek aktivációjában résztvevő plazmamembrán ioncsatorna- és transzporterfehérjék

Az immunrendszer aktiválódásakor főként a T- és a B-limfociták, de számos egyéb sejt (pl. bazofil leukociták, neutrofil granulociták, hízósejtek) intracelluláris szabad Ca2+-ionszintje is jelentősen megnő. Ez a Ca2+-jel különböző Ca2+-kötő fehérjékhez kapcsolt enzimatikus aktivitás (pl. a kalmodulin és a kalcineurin által szabályozott foszforilációs, ill. defoszforilációs folyamatok) révén dekódolódik a sejt számára, és végül transzkripciós faktorokon (pl. NFAT) keresztül vezet pl. a limfociták osztódásához szükséges gének (pl. IL-2, illetve IL-2-receptor) aktivációjához. A másodlagos hírvivő Ca2+-ionok, melyek szervezetünk leggyakoribb kationjai (kb. 20-30 g/testsúly kg), azonban passzív módon nem jutnak át a plazmamembránon, illetve az intracelluláris kalciumraktárakat (pl. endoplazmatikus retikulum, ER, mitokondrium) körülvevő membránokon (4.15. ábra). Ennek következtében az immunsejtekben nyugalmi állapotban igen nagy Ca2+-koncentráció gradiensek léteznek. Az extracelluláris térben, az ER-ben és a mitokondrium belsejében ~ 1 mM a szabad Ca2+-ionok koncentrációja, míg a citoplazma nyugalmi Ca2+-szintje ~ 50-100 nM. Aktiváció hatására ez a szint akár öt-tízszeresére is emelkedhet, melynek mértéke és időbeli kinetikája (hossza) érzékenyen befolyásolja a sejtek válaszát a dekódolást követően. T-limfociták esetében pl. a gyengébb, vagy nem kellően hosszú kalciumszignálok – noha számos jelátviteli kaszkád aktiválására képesek –, végül is nem vezetnek a sejtek hatékony proliferációjához. A limfociták aktivációja során aktiválódó gének mintegy 75%-a erős függést mutat a fenntartott kalciuminfluxtól. Azt mondhatjuk tehát, hogy a kalciumszignálok erőssége és időtartama alapvetően befolyásolja az immunsejtek aktuális válaszát.

4.15. ábra. A sejtmembrán ioncsatorna-fehérjéinek funkciói a limfocitaaktivációban . A TCR által közvetített szignálok beindítják az endoplazmatikus retikulumból történő Ca2+-kiürülést. Az emelkedett citoplazmatikus Ca2+-szint egyrészt aktiválja a membrándepolarizáció által kapuzott, feszültségfüggő K+-csatornákat (Kv1.3), valamint a Ca2+-függő K+-csatornákat (IKCa1). Ezek a plazmamembránt repolarizálják, fenntartva a Ca2+-influxhoz szükséges potenciálgradienst. Ugyanakkor az ER-membránban lokalizált STIM-fehérje is érzékeli az ER kiürülését, és aktiválja a Ca2+-ionok influxában szerepet játszó SOC (Store Operated Channel) és VOCC (Voltage Operated Calcium Channel) ioncsatornákat, melyek a gének aktivációjához szükséges, “kitartott” (hosszabb, 10-15 perc) kalcium-influxot eredményeznek.

A sejtválaszt alapvetően meghatározó kalciumjel két fő fázisra osztható. Először a belső kalciumraktár aktiválódik a sejtfelszíni receptor ligandumkötését követő jelátviteli folyamat során képződő inozitol-1, 4, 5 trifoszfát (IP3) hatására. Ez a hírvivő molekula az ER membránjának ioncsatorna aktivitású receptorához (IP3-R) kötődik, ami gyors kalciumkiáramlást eredményez az ER lumenéből a citoplazmába. A második fázis az ún. “raktár vezérelt kalciuminflux” (Store Operated Calcium-influx – SOC), melyet gyakran “kalciumfelszabadulás-aktivált kalciuminfluxnak” (Calcium Release Activated Calcium-influx – CRAC) is neveznek. Míg az első fázis részletei csaknem teljesen feltártak, addig a limfocitagének kétharmadának aktivitását meghatározó influxhoz vezető jelpályák még nem ismertek pontosan. A legújabb eredmények szerint a kalciuminfluxot egy ER-membránban található, és aktivációt követően a plazmamembrán közelébe rendeződő kalciumszenzor-fehérje, az evolució során konzervált ’stromális interakciós molekula’, a STIM szabályozza, miután érzékeli a raktár (ER) kiürülését. Az ily módon aktivált SOC aztán több percig is fennálló, tartósan emelkedett citoplazmatikus kalciumszintet eredményez.

Ahhoz, hogy az extracelluláris térből megfelelő intenzitással áramoljanak a sejtbe a kalciumionok, szükség van olyan ioncsatorna-aktivitásokra is, melyek az immunsejt stimulációja során lecsökkent membránpotenciált (depolarizáció) kompenzálni képesek. Ilyen ioncsatornák pl. a Kv1.3 K+-csatornák, melyek membrándepolarizáció hatására nyílnak meg, és a káliumionokat annak elektrokémiai potenciálgradiense irányába – azaz kifelé – szállítva biztosítják a Ca2+ influx “hajtóerejét”. E csatornák gátlása toxinokkal a T-sejt aktivációs kalciumszignál és az IL-2-függő sejtproliferáció jelentős csökkenéséhez vezetett, ami jelzi funkcionális jelentőségüket. Ezen csatornafehérjékhez szorosan kapcsolódó ioncsatornák az ún. Ca2+-vezérelt K+-csatornák (KCa), melyek az emelkedett citoplazmatikus Ca2+-szint hatására válnak vezetővé. Ez az aktivitás fontos a sejtek membránpotenciáljának nyugalmi érték körüli stabilizálásában. Figyelemre méltó, hogy az utóbbi években olyan ioncsatorna-fehérjéket is azonosítottak immunsejteken, melyeket eddig kizárólag az ún. excitábilis (ingerelhető) sejteken találtak. Ilyen pl. a dihidropiridin (DHP) érzékeny L-típusú Ca2+-csatorna α1 alegysége, melyet a feszültségvezérelt kalcium-ioncsatornák (Voltage-Operated Calcium Channel – VOCC) közé sorolnak. Noha ezek az immunrendszer többféle sejtjén is expresszálódnak (pl. B-, T-limoficták, DC-k, NK sejtek), funkciójuk még nem ismert.

Összességében azt mondhatjuk, hogy az immunsejteken az utóbbi évtizedben azonosított Ca2+- és K+-ioncsatornafehérjék igen fontos, de még kellően nem ismert feladatokat látnak el a sejtek funkcionális érzékenységének és válaszának szabályozásában. Számos ioncsatorna-fehérje már ma is az érdeklődés középpontjában van, mivel kifejeződésük erősen függ a sejt differenciáltsági állapotától. (Pl. a Kv1.3 vagy KCa-ioncsatornák száma nyugvó T-limfocitákon ~ 10 molekula/sejt, míg egyes effektor, illetve memória T-sejteken ennek a százszorosa.) Ezen ioncsatornák gátlására kifejlesztett extrém nagy affinitású (~ pM-disszociációs állandó) toxinanalóg inhibitorok igen hatékonyan gátolják bizonyos limfocitapopulációk aktiválását.

A tetraspanmolekulák

A sejtmembránon négyszer áthaladó transzmembránfehérjék – más kifejezéssel tetraspanmolekulák – N- és C-terminális része is intracellulárisan helyezkedik el, továbbá második extracelluláris doménjük jellegzetes Cys-Cys-Gly és Pro-Xxx-Ser-Cys konzervált aminosav-motívumokat tartalmaz. Elsősorban laterális kapcsolatokat teremtő molekulák, és ilyen módon a lipidraftoktól független mikrodoméneket stabilizálnak a membránban. Integrinekkel való társulásuk fontos a sejtek migrációjában és adhéziójában. A CD81, a BCR koreceptorkomplex része, a molekulacsalád legrégebben ismert tagja melynek eredeti neve a TAPA-1 (Target of Anti-Proliferative Antibody 1) is utal aktivációs folyamatokban való részvételére (4.5. ábra). Nemcsak a B-, de a T-sejtekben is kostimulációs jelsorozat indukálható ezen keresztül csakúgy, mint a CD9, a CD53 és a CD82 esetében. A CD9-, CD53-, CD63-, CD81- és CD82-tetraspanmolekulák részvételét kimutatták az antigén-prezentáció folyamatában is.

A B7-CD28 kostimulációs molekulacsalád

A CD28-at az 1980-as évek végén írták le, mint a naiv, nyugvó T-limfociták legfontosabb kostimulációs receptorát. Ligandumaként először a B7-1-et, majd később a B7-2-t azonosították. Később kiderült, hogy a citotoxikus T-sejteken már régebben ismert CTLA-4 (Cytotoxic TLymphocyte Antigen-4) ugyanehhez a két ligandumhoz kötődik. Ma már a molekulacsalád számos további tagját ismerjük: így az ICOS (Inducible Co-Stimulator), a PD-1 (Programmed Death-1) és a BTLA (B and TLymphocyte Attenuator) receptorokat, valamint ezek ligandumait (4.16. ábra).

4.16. ábra. A B7-CD28 kostimulációs molekulacsalád . A T-sejteken kifejeződő kostimulátor (CD28) és koinhibitor (CTLA-4, Cytotoxic TLymphocyte Antigen-4) molekulák ligandumai az APC-ken megjelenő B7-1- és B7-2-fehérjék. Az aktiváció hatására megjelenő ICOS (Inducible CO-Stimulator) szintén kostimulációs szignálokat, a PD-1 (Programmed Death-1) pedig gátló jeleket közvetít.

Mind a receptorok, mind a ligandumok többsége az Ig szuperfamília tagja. A receptorok extracellulárisan egy IgV-, a ligandumok pedig egy IgV- és egy IgC-domént tartalmaznak. A CD28, a CTLA-4 és az ICOS diszulfidkapcsolt homodimerekként, a PD-1 és a BTLA monomerként van jelen a membránban. A ligandumok közül csupán a B7-1 jelenik meg dimer formában. A CD28 a T-sejtek stimulálásakor az aktivációs raftba kolokalizálódik, ami a sikeres T-sejtaktiváció egyik feltétele. A CD28-B7 kapcsolat hiánya az aktiválódó T-limfociták apoptózisához vagy anergiájához vezet (lásd 6. és 14. fejezetek). A szintén csak T-sejteken kifejeződő CTLA-4 nyugvó állapotban csak a Treg-populáción mutatható ki megfelelő számban, a többi T-limfocita esetében adaptor fehérjékhez kötötten van jelen a citoplazmában, ill. kis mértékben recirkulál a felszín és az intracelluláris raktárak között. Aktiváció után 24-48 órával stabilizálódik a sejtmembránban. A CTLA-4 mind a B7-1-hez, mind a B7-2-höz erősebben kötődik, mint a CD28, és a T-sejtek működését negatívan szabályozza. Az ICOS is csak aktiváció hatására jelenik meg a sejtfelszínen, és az aktivált T-limfociták effektorsejtté differenciálódásában van szerepe. A PD-1 és a BTLA nemcsak a T-limfocitákon, hanem a B-sejteken és a makrofágokon is kifejeződik. A B7-1- és B7-2-ligandumok csak az érett, ill. aktivált hivatásos APC-ken jelennek meg; a B7-2 egy-két órával, míg a B7-1 csak egy-két nappal az aktivációt követően. A többi ligandum kimutatható különböző sejteken és szövetekben.

A CD2-molekulacsalád

A CD2-molekulacsalád tagjai is Ig-szuperfamíliába tartozó, I-es típusú transzmembrán glikoproteinek, kivéve a CD48-at, ami GPI-kapcsolt. Extracellulárisan egy IgV- és egy membránközeli IgC-doménnel rendelkeznek. Elsősorban hemopoetikus eredetű sejteken expresszálódnak. A CD2–CD48 vagy CD2–CD58 (LFA-3) és a CD48–CD244 sejtek közötti adhéziós kapcsolatoknak a T-limfociták és az APC-k közötti immunológiai szinapszis létrejöttében van szerepük. A CD2-családon belül a SLAM (Signalling Lymphocita Activation Molecule) alcsaládra az intracelluláris ITSM (Immunoreceptor Tyrosine-based Switch Motif) szekvencia jellemző. E molekulák többsége homofil kapcsolatokat hoz létre a sejtek között. A SLAM-család, ill. a hozzájuk társuló adaptorok szabályozó funkciót töltenek be az immunsejtek aktiválódása és differenciálódása során.

Sejthalálreceptorok és járulékos molekuláik

A TNF-receptorcsalád

A TNF-receptorok ((Tumor Necrosis Factor Receptor – TNFR) és ligandumaik (TNF) egy-egy molekulacsaládot alkotnak, melynek tagjai többségükben membránhoz kötött formában fordulnak elő(4.17. ábra). A TNF-család tagjai közül először a szolúbilis TNFα-t és a LT-t (LymphoToxin) citokinként írták le. A későbbiekben a molekulacsalád további 20 tagját azonosították.

4 .17. ábra. A TNF-receptorcsalád. A TNFR-családba tartozó receptorok és ligandumaik nagy része oldékony és membránhoz kötött formában egyaránt megjelenik. A receptorok a membránban többnyire trimer formában vannak jelen, vagy a trimer ligandum kötődésének hatására trimerizálódnak. A TNF-ligandumok egy része különböző receptorokhoz kötődhet, illetve a TNF-receptorok egy része többféle ligandumot képes megkötni. Egyes receptorok, így pl. a TNFRI és a Fas citoplazmatikus részén “haláldoménnek” (“death domain”) nevezett, apoptotikus folyamatokat kiváltó jeleket indukáló molekulaszakasz található.

A TNF-családba tartozó molekulák egy-két kivételtől eltekintve II. típusú transzmembrán-glikoproteinek (C-terminális végük a sejtmembránon kívül található), amelyek különböző sejtfelszíni proteázok hatására szolúbilis ligandummá válhatnak. Általában homotrimereket alkotnak – kivételt képez a heterotrimer formában is megjelenő APRIL és BAFF (B-cell Activating Factor), valamint LTα és LTβ. Sok esetben ugyanannak a molekulának több elnevezése is megjelent az irodalomban, ezért 1998-ban egyrészt létrehozták az egységes TNFSF-, ill. TNFRSF-nómenklatúrát, másrészt a molekulacsalád számos tagját besorolták a CD-nomenklatúrába (lásd a Függelékben).

A TNF-receptorok családjának tagjai általában I. típusú transzmembrán fehérjék (N-terminális végük helyezkedik el a sejtmembránon kívül), melyek ciszteinben gazdag, homológ szerkezetű extracelluláris doméneket tartalmaznak. A szolúbilis TNF-receptorok vagy a sejtfelszíni proteázok működése, vagy alternatív mRNS hasítása (splicing) eredményeként keletkeznek. A membránban a TNF-receptorok vagy eleve trimer formában vannak jelen, vagy a ligandumkötés hatására trimerizálódnak. A ligandumok egy része több, különböző receptorhoz is kötődhet, és a receptorok egy része is többféle ligandumot képes kötni (4.17. ábra).

A TNF-TNFR család tagjai az immunrendszer működésének több pontján töltenek be jelentős funkciót. Szekretált citokinként a TNF gyulladási folyamatok és az intracelluláris kórokozókkal szembeni védelem alapvető szereplője. A TNF-TNFR család számos tagja vesz részt az adaptív immunválasz szabályozásában. Egyrészt fontos szerepet játszanak az antigén-bemutató sejtek (pl. DC-k) érésében, aktiválódásában (elsősorban a CD40-CD40L kapcsolat révén), másrészt befolyásolják mind a T-, mind a B-limfociták aktivációját és differenciációját, az effektor és memóriasejtek kialakulását és működését. Csak néhányat kiemelve: az OX40-OX40L és a CD30-CD30L közötti kapcsolat elsősorban a Th-sejtek differenciálódásában, a CD27–CD70 és a 4-1BB–4-1BBL kapcsolat főleg a citotoxikus válasz homeosztázisában, a GITRL–GITR (Glucocorticoid-Induced TNFR family Receptor) szignál a regulátor T-sejtek működésében, a CD40–CD40L és BAFFR/TACI/BCMA–BAFF/APRIL kölcsönhatások pedig a B-limfociták érésében, homeosztázisában, illetve a humorális immunválasz kialakulásában fontosak.

A TNFR-családon belül a TRAIL (TNF-Related Apoptosis-Inducing Ligand) csoportba tartozó ligandumok receptorai az ún. “halálreceptorok”. Az elnevezés onnan származik, hogy ezek a jelfogók intracelluláris részükön egy jellegzetes szakaszt, az ún. haláldomént (Death Domain – DD) tartalmaznak, amelyhez az apoptózishoz vezető jelsorozat első mediátorai kötődnek. Ide tartoznak a TNF-RI/DR2, a TRAIL-R1, TRAIL-R2 TRAIL-receptorok, valamint a Fas/CD95, a TRAMP és az EDA-R. Az apoptózist indukáló ligandumok, ill. receptoraik nagyon fontosak mind a limfociták érése során történő negatív szelekciós folyamatokban, mind a perifériás tolerancia fenntartásához. Alapvető a szerepük továbbá az ún. immunprivilegizált helyek védelmében, és részvételük fontos a citotoxikus effektor sejtek által történő sejtpusztító mechanizmusokban is.

Egyes sejthalálreceptorok (pl. Fas) ligandum általi aktiválása létrejöhet cisz (a receptor és a ligandum ugyanazon sejten van) vagy transz (a receptor és a ligandum két különböző sejten jelenik meg, vagy a ligandum szolúbilis) kölcsönhatás révén egyaránt. Előbbit szokás “öngyilkos” sejthalálnak is nevezni, amire jó példa a limfociták esetében gyakran előforduló aktivációindukált sejthalál (Actiavtion Induced Cell Death – AICD). E folyamat során az antigénreceptoron keresztüli stimulus hatására fokozódik a FasL-expresszió, és beindul a sejthalálhoz vezető jelsorozat. A transzkölcsönhatás leggyakrabban a CD8+ T-limfociták antigén-specifikus, citotoxikus effektorfunkcióját indítja el. A TNF-R-családba tartozó fehérjékre általában jellemző bizonyos mértékű “promiszkuitás”, vagyis egyes tagjai többféle ligandumot is képesek megkötni, illetve egy adott ligandum többféle receptort képes stimulálni – természetesen eltérő biológiai funkciókat (sejtválaszokat) aktiválva (lásd 4.14. ábra).

Sejthalálreceptor-antagonisták (decoy receptorok)

A TNF-receptor család egyes tagjai, bár képesek ligandumok megkötésére, a haláldomének hiányában nem közvetítenek sejtpusztító szignálokat. Ezek az ún. decoy receptorok, melyek a ligandumokért történő verseny következtében negatív szabályozó funkciót töltenek be az immunsejtek apoptózisa során. Ilyen receptorok a TNF-R-szupercsalád tagjai közül pl. a DcR1, DcR3, CD40, OX40, BAFF-R, TACI (lásd 4.14. ábra).