Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

Az MHC egyéb génjei

Az MHC egyéb génjei

Az MHC a klasszikus, polimorf gének közé ékelődve számos egyéb gént is magában foglal. Ezek közül a gének közül – a teljesség igénye nélkül – néhány, az immunrendszer működésében résztvevő, vagy érdekes funkciójú fehérjéket kódoló gént említünk meg, amelyek elhelyezkedését a 9.1. és 9.2. ábrákon tüntettük fel.

MHC-I-szerű molekulák

Az emberi és az egér-MHC 5' végén elhelyezkedő hosszú kromoszómaszakaszon olyan nem-polimorf gének találhatók, melyek a klasszikus MHC-I fehérjékhez hasonló molekulákat kódolnak. E gének termékeit “nem-klasszikus” vagy „MHC-szerű” fehérjéknek nevezzük. Jellegzetes sajátságuk, hogy kifejeződésük egyedi szövetspecificitást mutat. Az egér genomban e génekből lényegesen több található, mint amennyit az emberi kromoszómán azonosítottak (9.1., 9.2. ábra). Ezek a molekulák fontos szerepet játszanak a nem fehérje természetű antigének bemutatásában (6.4. táblázat). Korábbi feltételezések szerint a nem-polimorf MHC-gének a törzsfejlődés során olyan genetikai rezervoárként működtek, amelyek a rekombinációs folyamatok révén részt vettek a klasszikus MHC-molekulák nagyfokú polimorfizmusának kialakulásában. Más feltételezések alapján a törzsfejlődés zsákutcáinak tekinthetők ezek a gének. A legújabb szerkezeti és funkcionális vizsgálatok azt igazolták, hogy ezek a nem-polimorf molekulák speciális funkciókat látnak el, és fontos kiegészítő szerepet játszanak az antigénprezentáció folyamatában is. Így az is lehetséges, hogy a polimorfizmus hiánya a speciális funkció szolgálatában áll, és a törzsfejlődés során később alakult ki, amikor az adott funkcióra nem alkalmas allélok már negatív módon szelektálódtak.

Egér MHC-I-szerű fehérjék

Az egér H-2-régión belül elhelyezkedő MHC-gének nagy részét (több mint harmincat), az I. osztályba tartozó MHC-molekulákhoz hasonló fehérjéket kódoló H-2M-, -Q- és -T-lókuszok alkotják (9.2. ábra). Ezek a gének egy nem polimorf, általában nem teljes α-láncszerű polipeptidet kódolnak, amely β2m-mel kapcsolódva jelenik meg a sejtfelszínen. E gének termékei „minor” transzplantációs antigénekként viselkednek (lásd 20. fejezet), de emellett képesek a Tc-sejtek számára intracelluláris patogénekből származó, speciális felépítésű peptideket is prezentálni.

Az egér MHC-I-szerű molekulák szerkezete

A H-2M3-gének által kódolt fehérjék megjelenése általános, és bár az MHC-I-fehérjékhez hasonló peptidkötő hellyel rendelkeznek, csak olyan hexa-, illetve oktapeptidek megkötésére képesek, amelyek N-terminális aminosava N-formil-metionin. Ilyen peptidek az eukariota szervezetekben csak nagyon korlátozottan fordulnak elő, és jelenlétüket eddig csak mitokondriális enzimekben és baktériumokban mutatták ki. Ahogy ezt a NADH alegységeként működő ND1-enzim és a Listeria monocytogenes intracelluláris baktérium esetében igazolták, a H-2M gének által kódolt dimer molekula a különleges szerkezetű, N-formil-metioninnal kezdődő endogén peptidantigének Tc-sejtek számára való prezentációjában játszik szerepet. Ennek a specializált működésnek az előnye abban rejlik, hogy a nem polimorf H-2M molekulák által megkötött „saját” peptidek száma kicsi –mindössze 10-15-re becsülhető –, összehasonlítva az MHC-I-molekulákhoz kötődni képes több száz versengő peptiddel. Így a bakteriális antigén felismerése során a saját peptidekkel szembeni vetélkedés esélyei lényegesen jobbak, és ezért ezek a nem polimorf molekulák, konzervatív voltuk ellenére rendkívül hatékony antigénbemutató receptorokként működnek.

A H-2Q-gén termékei (pl. a Q7/Q9 gének által kódolt Qa-2 sejtfelszíni fehérje) csak limfoid eredetű sejteken jelennek meg. A transzmembrán régiót kódoló 5. exonban „stop kód” miatt ezek a fehérjék GPI-kapcsoltan és β2m-nal asszociált formában jelennek meg a sejtfelszínen. Az immunrendszer aktiválódásának eredményeként oldott formában is jelen lehetnek, és feltehetőleg szabályozó szerepet töltenek be az immunválasz során. A H-2Q fehérjék konzervatív peptidkötő helye – hasonlóan az MHC-I-molekuláéhoz – 9 aminosavból álló, szigorúan korlátozott méretű hidrofób peptidek megkötésére képes.

A 24 H-2T gén többféle molekulát kódol. Ezek egy része az αβ TCR-ral rendelkező, citotoxikus aktivitású T-sejtek számára képes peptideket prezentálni, mások pedig elsősorban a γδ TCR-rel rendelkező sejtek prezentáló molekulái.

Emberi MHC-I-szerű fehérjék

Emberben nem sikerült azonosítani az egerekben kimutatott minden gén ortológját, de az MHC-I-molekulákkal rokon fehérjéket kódoló géneket viszont igen (9.1. ábra). Idesorolhatók a HLA-E-, HLA-F- és HLA-G-lókuszon elhelyezkedő gének, valamint a B-lókusz közelében felfedezett, a bőrben és a bélnyálkahártya hámsejtjein megjelenő MICA/B-molekula kódolásáért felelős gének is.

A HLA-E-gének átírása szinte minden emberi sejtben kimutatható, de a fehérje sejtfelszíni megjelenése erősen korlátozott: az endogén antigének bemutatásában fontos TAP-fehérjék aktivitásától (lásd 12. fejezet), valamint a rendelkezésre álló peptidek jellegzetességeitől függ. A humán HLA-E- (egérben a H-2Qa1b) és a HLA-G-molekulák az MHC-I-fehérjék lehasított „leader” szekvenciáit mutatják be, amit az NK-sejtek felszínén kifejeződő, gátló receptorként működő CD94-NKG2A lektinszerű dimer ismer fel.

A HLA-F-molekulák csak a magzati májban és az eozinofil sejtek felszínén jelennek meg, szerepük nem tisztázott.

A HLA-G-fehérje az egyetlen olyan MHC-szerű struktúra, amely a trofoblaszt sejteken megjelenik. Ez a nem polimorf molekula a terhesség alatt fontos szerepet játszik az anya és a magzat eltérő MHC-I-alléljai közötti különbségek által okozott kilökődés elkerülésében (lásd 19. fejezet). Ebben a folyamatban elsősorban az NK-sejtek által közvetített citotoxikus aktivitás gátlásának van szerepe, melynek során a trofoblasztok az MHC szintézisekor képződő szignálpeptideket mutatják be, és ez által gátolják az NK-sejt általi felismerést és aktivációt.

Az emberi B-lókusz közelében elhelyezkedő MICA- és MICB-gének (9.1. ábra) csak nagyon távoli rokonságot mutatnak az MHC-I-molekulákkal, és kifejeződésük a bélepitélsejtekre és a bőrre korlátozódik. A MICA-fehérje az NK- és a γδ T-sejteken megjelenő lektinreceptorokkal lép kölcsönhatásba. A MIC-fehérjék egyik jellegzetessége, hogy sejtfelszíni megjelenésük a β2m és peptid közreműködése nélkül, különböző ingerekkel váltható ki, és kinetikája a hősokkfehérjékhez (HSP) hasonló. Stresszfehérjeként történő működésüket támasztja alá az is, hogy génjeik promoter szekvenciáiban a HSP-kre jellemző elemeket találtak. Mindezek alapján a MICA/B-molekulák MHC-szerű sokkfehérjéknek is tekinthetők.

Az MHC-szerű molekulákat kódoló géneknek csak egy része található meg az MHC-komplexben, a CD1 molekulákat kódoló gének pl. az 1. kromoszómán jelennek meg. A rágcsálókban és emberben is kimutatható, a méhlepényben, az újszülöttek bélhámjában és az endotélsejtekben kifejeződő neonatalis Fc-receptor (FcRn) nem peptidek, hanem az IgG típusú ellenanyagok és albumin megkötésére specializálódott fehérje. Az FcRn szintén MHC-I-szerű fehérje, amely aminosavsorrendjében kismértékű, de szerkezetében jelentős homológiát mutat a klasszikus MHC-I-molekulákkal, és β2m-nal együtt jelenik meg a sejtmembránban (lásd 4. fejezet).

Az MHC-I-szerű molekulák egy sajátos megjelenési formája a citomegalovírus által kódolt fehérje, amely gátolja a fertőzött sejt saját MHC-I-molekuláinak sejtfelszíni megjelenését (9. 4. táblázat). Egyes virális MHC-szerű fehérjék β2m-mel kapcsolódva megjelenhetnek a sejtfelszínen és kötődhetnek a gátló NK-receptorokhoz. Így a vírussal fertőzött sejtek mind a citotoxikus, mind pedig az NK-sejtek általi felismerést is elkerülhetik.

9.4. táblázat - 9.4. táblázat. A nem klasszikus MHC-szerű fehérjék jellegzetességei, biológiai funkciói

Faj

Gén

Fehérje

Szöveti megjelenés

Specifitás

Ag bemutatás

TCR

Emberi MHC-I

HLA-F

F

Magzati máj, eozinofil sejtek

?

?

?

HLA-G

G

Trofoblaszt,

szem

?

?

?

FCGRT

FcRn

Endotélsejt, méhlepény

IgG

Albumin

-

-

MICA/B

MICA/B

Bélhám, bőr

?

?

γ/δ T-sejtek

HLA-E

E

mRNS – minden sejt,

Fehérje – néhány sejt

Speciális peptid

TAP

Egér/ emberi MHC-II

DMA/B

DMA/B

APC, endoszóma

MCII/CIIV

Nem köt peptidet

MHC II

SpAg -kötőhely

-

Egér MHC-I

H-2M3

HMT

Mta1

Általános

Formil-Met-peptid (NDI2)

TAP

CD8

α/β

H-Q7/Q9

Qa-2

Limfoid sejtek

GPI-kötött/oldott

Konzervatív nonapeptidek

TAP

CD8

α/β

H-T23

H-TI3/18

Qa-I

TL

általános, peptid- függő,tímusz, bél

MHC-I-leader nonapeptid

?

TAP

CD8

?

α/β

γ/δ IEL3

FCGRT

FcRn

Endotélsejt,

újszülött bélhámsejt

IgG

Albumin

-

-


MHC-II-szerű molekulák

Az MHC-II-régióban azonosított emberi HLA-DM (egérben H2-M) és HLA-DO (egérben H-2O) molekulák és egér ortológjai, oligomorf fehérjék. Az α- és β-láncokat kódoló A- és B-gének termékeiből kialakuló heterodimerek fontos szerepet töltenek be az MHC-II-molekulák peptiddel történő feltöltésében és az exogén antigének bemutatásában (lásd 12. fejezet).

Az MHC-ben kódolt nem MHC-szerű fehérjék

Az MHC-II-régióban a DN- és DO-lókuszok között elhelyezkedő szakaszon találhatók az MHC-I-molekulák peptidkötő funkcióját elősegítő TAP1- és TAP2-gének, amelyek heterodimer termékei az ER membránjában ATP-függő peptidtranszporterként működnek (12. fejezet). Ennek közelében helyezkednek el a proteaszóma LMP2 és LMP7 alegységeit kódoló gének, melyek szintén az MHC-I általi antigénprezentációs útvonal fontos résztvevői.

Az MHC-III-régió a komplementrendszer egyes polimorf fehérjéinek (C2, C4, B-faktor), a TNF-α és limfotoxin citokineknek, valamint a 70 kD hősokkfehérjék családjába tartozó, citoplazmatikus chaperon kódolásáért felelős géneket foglalja magában. A klasszikus MHC-gének termékeivel ellentétben ezek oldott molekulák, és mindegyikük részt vesz az immunrendszer működésében. Az MHC-III-régióban található a glikokortikoidok szintézisében fontos szerepet játszó 21-hidroxilázenzim polimorf génje is.

A CD1-molekulacsalád

A klasszikus MHC-I- és MHC-II-molekulák csak fehérjeeredetű fragmentumok megkötésére képesek. Joggal merül fel a kérdés, hogy képesek-e a T-limfociták más kémiai összetételű molekulákat is felismerni? Az emlősök 1. kromoszómáján megjelenő monomorf gének termékei, a CD1-molekulák β2m-nal asszociált formában fejeződnek ki a sejtfelszínen. Ellentétben azonban a klasszikus MHC-I-fehérjékkel, ezek a molekulák hosszú láncú, módosított lipidek prezentálására képesek, és így az MHC-szerű molekulák speciális családját alkotják. Mivel a CD1-molekulák szerkezete csak kismértékben hasonló a klasszikus és nem klasszikus MHC-gének termékeihez, feltételezhető hogy e gének fejlődése már a filogenezis korai stádiumában elvált a „klasszikus” MHC-génekétől.

Emberben a CD1-molekula öt izotípusa fordul elő, míg egérben két CD1d izotípus van, melyből csak az egyik fejeződik ki. A CD1-fehérjék – hasonlóan az MHC-I-molekulákhoz – az ER-ben β2m-mel kapcsolódnak Az α-lánc doménszerkezete az MHC-I fehérje α-láncához hasonló; a lipidtermészetű ligandumok az α1- és α2-domének hélixszerkezete által kialakított mély, hidrofób zsebeibe illeszkednek, melyek hosszú lipidláncok befogadására is képesek (9.11. ábra).

9.11. ábra. A CD1d-molekul a és ligandumának szerkezete. Az ábra a) részén a CD1d-molekula röntgenkrisztallográfiás módszerrel meghatározott térszerkezeti modellje látható, míg a b) egy szintetikus ligandum, az alfa-galaktozil-ceramid kémiai szerkezetét mutatja. A klasszikus MHC-molekulákon leírtakhoz hasonló árokba illeszkedik a ligandum, annak hidrofób acilláncai belesüllyednek a lipidkötő zsebekbe, cukorkomponense pedig kiemelkedik az árokból. (Nature Immunology 6, 819–826 (2005) ábra alapján).

A kötőhelyek ~1300-2000 Ǻ hosszúak, számuk, eloszlásuk és alakjuk a CD1 izotípusaiban eltérő, ami különböző jellegű lipidek megkötését teszi lehetővé. Szöveti megoszlásuk és finomszerkezetük alapján a CD1-fehérjék két csoportba oszthatók: az I.-es csoportba tartozó emberi CD1a-, CD1b-, CD1c-fehérjék a sejtmembránban β2-mikroglobulinnal együtt jelennek meg. Nagy mennyiségben fejeződnek ki a tímusz kérgi állományában, valamint a hivatásos APC-k bizonyos típusain, mint pl. a B-limfocitákon és egyes DC-altípusokban. A szintén az I. csoportba sorolható CD1e intracelluláris fehérje, amely DC-ben a lipidek prezentációját elősegítő endo/lizoszomában oldott fehérjeként működik. A II.-es csoportba tartozó emberi CD1d, és az egér CD1d1 szintén a B-limfocitákon, DC-ken és emellett a bélnyálkahártya, valamint a májepitélsejteken jelenik meg.

A CD1-molekulák rendkívül hidrofób kötőhelyük miatt feltehetőleg lipidtermészetű ligandumokkal (intracelluláris foszfatidil-inozitol (PI) és/vagy PI-glikánok) együtt transzportálódnak a sejtfelszínre, ahogy ezt a humán CD1b és CD1d esetében igazolták. Kötőhelyük azonban exogén lipidek és internalizációt követően az endo/lizoszomális lipidek számára is hozzáférhetővé válik. A különböző CD1 izotípusok eltérő intracelluláris transzport révén különböző sejt organellumokba juthatnak el, és az MHC-II-molekulákhoz hasonlóan ligandumaikat az endo/lizoszoma környezetben kötik meg.

A CD1-molekulák kisfokú genetikai polimorfizmusa, az általuk kötött lipidantigének sokfélesége és a peptidek és lipidek közti biokémiai és biofizikai eltérések alapján feltételezhető, hogy a lipidek CD1 általi bemutatása jelentősen eltér a peptidek MHC-molekulák általi prezentációjától (12. fejezet). Továbbá felveti azt a kérdést is, vajon milyen szelekciós nyomás eredményeként alakult ki a jellegzetes CD1-molekulaszerkezet? Mai ismereteink szerint a CD1a-, CD1b- és CD1c-fehérjék elsődleges feladata a mikrobiális és saját lipidek prezentálása a variábilis TCR-ral rendelkező T-limfociták számára. A CD1b-molekulák funkcionális szerepe elsődlegesen a nem peptid természetű bakteriális sejtfalantigének, pl. glikolipidek (lipoarabinomannán, glukóz monomikoloát) bemutatásáa.