Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

T-sejtek antigén-felismerő receptora, a TCR

T-sejtek antigén-felismerő receptora, a TCR

A T-limfociták antigént felismerő működésének sajátosságai

Ellentétben a B-limfocitákkal, melyek elsősorban az intakt antigének konformációs determinánsaival reagálnak, a T-limfociták a fehérje-antigénekből azok feldolgozása során képződő peptideket az MHC-molekulákkal komplexben ismerik fel (10.17. ábra, valamint a 10.3. táblázat). Itt jegyezzük meg, hogy az antigén feldolgozásának és az antigén-prezentáló sejt (Antigen Presenting Cell – APC) MHC-molekuláin való bemutatásának részletes leírása a 12. fejezetben található, itt csak a TCR (TCell Receptor) általi felismerés szempontjából legfontosabb mozzanatokat emeljük ki.

10.17. ábra. A monovalens TCR és a bivalens BCR antigén-felismerő tulajdonságai. A T-sejt-receptor (TCR) egyetlen antigén-felismerő hellyel rendelkezik (monovalens), ellentétben a két kötőhelyet tartalmazó (bivalens) BCR-rel. A TCR az antigénbemutató sejt (APC) által feldolgozott fehérje-antigénből származó, az MHC-molekula kötőhelyébe illeszkedő peptidet ismeri fel. A BCR azonos specificitású antigénkötő helyei egy adott antigén két azonos epitópjával (vagy, ha a térszerkezeti viszonyok engedik – két, egymáshoz közel elhelyezkedő antigén azonos epitópjával) kerülnek kölcsönhatásba.

10.3. táblázat - 10.3. táblázat. A B- és T-sejtek antigén-felismerésének jellegzetességei

B-sejt

T-sejt

Az antigén megjelenése

Oldott állapotban vagy bármely sejt vagy részecske felszínén

Saját sejtek MHC-molekuláihoz kötődve

Az antigén természete

Natív fehérje, szénhidrát, lipid, fémek, mesterséges vegyületek

peptidek

Ligandum

Konformációs determináns, szekvenciális determináns

MHC-peptid komplex

Sejtfelszíni antigén-felismerő receptor

BCR – bivalens

Hapténspecifikus

TCR – monovalens

MHC + peptid specifikus

Más sejtek közreműködése

Nem szükséges

Antigén-feldolgozó és bemutató (prezentáló) sejt (APC)

Antigén-átalakítás, feldolgozás

Nem szükséges

APC-n belüli enzimatikus lebontás, peptidszállítás

Koreceptorok

CD19, CD21, CD22, CD40

CD4, CD8, CD28/CTLA4, CD2, CD45, CD38


A T-sejtek aktiválódásához ugyanabból az egyedből származó, fehérjeszintézisre és anyagcserére képes sejtek közreműködése szükséges. A saját sejtek csak olyan, más egyedből származó sejtekkel pótolhatók, amelyek a fő hisztokompatibilitási komplex (Major Histocompatibility Complex – MHC) génjeinek azonos alléljeit hordozzák, vagyis kompatibilisak (pl. beltenyésztett egér, klónozott állat). Ezt a törvényszerűséget MHC-korlátozásnak nevezzük (10.18. ábra).

10.18. ábra. A T-sejtek MHC által korlátozott antigén-felismerése . a. Az érett T-sejtek csak a saját (hisztokompatibilis) MHC-molekulákhoz kötött peptidek felismerésére képesek. Ha ugyanaz a peptid más MHC-molekulához kötődik, vagy ugyanaz az MHC-molekula egy másik peptiddel képez komplexet, az APC és a T-sejt kapcsolata nem jön létre. A TCR kettős specificitása azt jelenti, hogy a kapcsolat sem a peptiddel, sem az MHC molekulával önmagában nem alakulhat ki, az csak az adott MHC-peptid komplex együttes felismerésével jöhet létre. b. A peptid – MHC komplex TCR által történő felismerése. A modellen a TCR az MHC molekula két polimorf, és a bemutatott peptid egyetlen aminosav-maradványával kapcsolódik szorosan.

A T-sejteknek bemutatott peptidek egy része a szervezet sejtjeinek saját proteinjeiből származó, ún. endogén peptid, más része pedig a sejtet megfertőző vírusokból vagy tumorsejtekből származhat. Közös tulajdonságuk ezeknek a peptideknek, hogy olyan fehérjékből származnak, amelyek a sejt transzlációs folyamatai segítségével képződnek. Az ilyen típusú antigén bemutatására szinte valamennyi sejt képes, és azokat a T-sejteket, amelyek ebben a kapcsolatban részt vesznek, citotoxikus T-limfocitáknak (TC vagy CD8+) nevezzük (lásd részletesen a 13. fejezetben), melyek az idegen antigént bemutató sejtet elpusztítják.

Történeti áttekintés

Az MHC-korlátozás (restrikció) jelenségét kísérletesen először 1974-ben Rolf Zinkernagel és Peter Doherty igazolta, akik ezért a felfedezésükért 1996-ban Nobel-díjat kaptak. Eredményeik szerint a T-sejtek csak a „saját”, azaz „kompatibilis” MHC-molekulához kötődve képesek felismerni az antigéneket. Vírusspecifikus, citotoxikus aktivitású T-sejtekkel azt is igazolták, hogy a vírussal fertőzött, beltenyésztett állatokból izolált T-limfociták csak a fertőzést okozó vírussal előkezelt sejteket pusztítják el, így működésük specifikus a vírusra. Ha a felismerhető vírussal más, eltérő MHC-allélt hordozó, beltenyészett egértörzsből származó sejteket fertőztek meg, a citolitikus hatás elmaradt, így a T-sejtek működése MHC-specifikusnak is bizonyult. A T-limfocitákra jellemző ún. kettős specificitás molekuláris hátterét a TCR-gének azonosítása és az MHC-molekulák térszerkezetének és peptidkötő funkciójának felderítése tisztázta.

A szervezetben számos sejt képes az extracelluláris térben lévő különféle makromolekulák felvételére és lebontására. Azokat a sejteket, amelyek az extracelluláris fehérjék lebontásakor keletkező peptideket (exogén peptid) MHC-komplexeiken bemutatják a segítő (Th vagy CD4+) T-limfocitáknak, professzionális antigénprezentáló sejteknek nevezzük. Ilyenek a makrofágok, dendritikus sejtek és a B-limfociták (lásd 4. és12. fejezet).

Mindezek alapján a T-sejtek antigén-felismerő működése két sejt kölcsönhatását feltételezi, melynek során az antigént feldolgozó és bemutató sejt MHC-molekuláin megkötött, endogén vagy exogén antigénből származó peptidek a sejt külső membránján kerülnek felismerésre. Így tehát a T-limfociták antigén-felismerő receptorának kettős a specificitása, mivel fajlagosan reagál a sejtmembránon kifejeződő MHC-molekulával, valamint az antigénből származó peptiddel egyaránt. Ebből következik, hogy a TCR által felismert „ligandum” egy előzetesen kialakult MHC-peptid komplex. Mivel ezek a komplexek maguk is receptor-ligandum kölcsönhatás eredményeként alakultak ki, a T-sejtek antigén-felismerése során egy közös ligandumon, az antigénből származó peptiden keresztül alakul ki kapcsolat a két sejt között. Ezt a kölcsönhatást a peptiden kívül a különböző funkciójú T-sejtek MHC-molekulákhoz kötődő koreceptorai, a CD4 vagy CD8 (10.19. ábra), valamint egyéb járulékos és adhéziós molekulák is elősegítik.

10.19. ábra. A citotoxikus (Tc) és a helper (Th) T-limfociták MHC-függő antigén-felismerése közötti különbségek . a. A Tc-sejtek az endogén fehérjeantigének (pl. a sejtben szintetizálódó vírus- vagy kóros fehérjék) lebomlása során képződő peptideket az MHC-I molekulákhoz kapcsolódva képesek felismerni. A két sejt kapcsolatát az MHC-I molekulához kötődő CD8 is stabilizálja. A Th-sejtek az exogén fehérjeantigének (pl. extracelluláris toxinok, baktériumok, allergének) lebomlása során képződő peptideket az MHC-II molekulákhoz kapcsolódva ismerik fel. A két sejt kapcsolatát az MHC-molekulákhoz kötődő CD4 is stabilizálja.b. A legfontosabb T-sejt membránstruktúrák háromféle funkciót látnak el: antigén-felismerés, jelátvitel és adhézió.

Több esetben bizonyították, hogy a prezentált peptid egy, esetleg két aminosavának oldalláncával kapcsolódik a TCR-hez, ami bizonyítja a T-sejt-receptor nagyfokú specifikusságát. A TCR és a peptid-MHC molekulák közötti kapcsolat lényegesen gyengébb az antigén-ellenanyag kapcsolat esetében mért értékeknél; az affinitás értéke: Kd ~10-5 és 10-7 M közötti. Ezért adhéziós molekulákra is szükség van a T-sejt és az APC-k funkcionálisan aktív kapcsolódásához, ugyanis a TCR komplex hatékony jelátviteléhez hosszantartó, ill. ismétlődő TCR- és peptid-MHC kölcsönhatás szükséges (lásd 6. fejezet).

A T-limfociták antigén-felismerő receptora: a T-sejt-receptor (TCR)

T-sejt receptornak azt az antigén-felismerő molekulaegyüttest nevezzük, amely a sejtmembránban nyolc polipeptidláncból álló komplex formájában jelenik meg (lásd box). A komplex egy klonálisan megjelenő, kétláncú – lánconként két doménből álló –, variábilis szekvenciákat tartalmazó antigén-felismerő egységből és az ahhoz szorosan kapcsolódó, nem variábilis fehérjék együtteséből tevődik össze (10.20. ábra). A TCR antigén-felismerő egysége a BCR mIg Fab fragmentumával analóg felépítésű, aminek következtében funkcionális szempontból monovalens (lásd 10. 17. ábra). Így egy TCR csupán egyetlen – az antigénből származó peptidet tartalmazó – MHC-molekulával képes kapcsolatot teremteni. Az Ig-szupercsaládba tartozó, a BCR Ig-α és Ig-β láncaival rokonságot mutató γ-, δ- és ε-láncokat együttesen CD3-komplexnek nevezik. A CD3, valamint a ζζ homo- és a ζη heterodimerek fontos szerepet játszanak a felismerést követő jelátviteli folyamatokban (lásd 6. fejezet), valamint az antigént felismerő láncok sejtfelszíni expressziójában. A TCR csak a T-limfociták felszínén fordul elő, és nincs az ellenanyagokkal analóg, oldott formában is megjelenő változata. A TCR abban sem hasonlít az ellenanyagokhoz, hogy szerkezetét később nem módosítja sem izotípusváltás, sem affinitásérés, amely folyamatok a B-sejtek érése kapcsán az Ig szerkezetét és funkcióját jelentősen módosítják (lásd 14. fejezet).

A TCR megismerése

Hosszú időn át tartotta magát az a dogma, hogy az antigén-felismerésre alkalmas egyedüli struktúra az ellenanyag. Érthető tehát, hogy a TCR kutatások kezdeti szakaszában Ig, illetve Ig-szerű molekulákat kerestek a T-sejtek felszínén is. Kezdetben félrevezető volt, hogy ilyeneket poliklonális ellenanyagok alkalmazásával valóban találtak is. Ez azonban nem volt összeegyeztethető azzal, hogy érett T-sejtekben nem tudtak kimutatni átrendeződött Ig-géneket. Az Ig-molekulák Ig-kötő (Fc) receptorokhoz kötött ellenanyagoknak bizonyultak és a nyolcvanas évek elején már az is világos volt, hogy a TCR az Ig-okhoz hasonló, de azokkal nem azonos szerkezetű receptor. Csak a kilencvenes évekre derült ki, hogy az enyhe detergenssel szolúbilizált sejtekből immunprecipitációval kinyerhető TCR több fehérjeláncból álló komplex, amely antigén-felismerő és a sejtmag felé jeleket továbbító komponenseket tartalmaz.

A TCR extracelluláris felismerő egységének két típusát ismerjük. Időrendben először a T-sejtek túlnyomó többségén kifejeződő, az MHC-antigén-komplexeket felismerő, α- és β-láncokból álló receptort írták le. A másik típus, az emberi T-sejtek csupán 1–10%-án megjelenő, γ- és δ-láncokból (amelyek nem azonosak a CD3 azonos elnevezésű láncaival) felépülő receptor. A T-sejt ontogenezise során a γδ-típusú receptor jelenik meg korábban, ezért TCR1-nek is nevezik, megkülönböztetésül a később megjelenő, és TCR2-nek is nevezett αβ-receptortól.

Az αβ-TCR szerkezete

Az αβ TCR egy α (43–49 kDa) és egy β (38–44 kDa) láncból álló heterodimer. Az erősen glikozilált láncokat diszulfid-híd kapcsolja össze. Mindkét lánc két extracelluláris doménnel rendelkezik. A membrántól távolabb eső szakasz variábilis (V), a membránhoz közeli domén pedig konstans (C) aminosav-sorrenddel jellemezhető. Ez utóbbit egy transzmembránszakasz kapcsolja a rövid citoplazmatikus részhez (10.20. ábra).

A 102–119 aminosavat tartalmazó V-doménekben 2-2 cisztein révén (hasonlóan az Ig-doménekhez) a láncon belüli diszulfid-hidak egy-egy hurkot alakítanak ki. A V-domén egyébként is nagy szerkezeti homológiát mutat az IgV-doménekkel, és azokhoz hasonlóan antigén-kötő funkcióval rendelkezik. Az α- és a β-lánc térszerkezeti elrendeződésére is β-redőzött lemez jellemző, és az IgV-doménekhez hasonlóan legalább három hipervariábilis (CDR) régiót tartalmaznak, amelyek az antigénkötő-hely, azaz az MHC-peptid komplexszel való kapcsolat kialakításában vesznek részt. A αβ-lánc V-régiója egy negyedik CDR-t is tartalmaz, ami azonban nem vesz részt az antigén-felismerésben, ugyanakkor ide kötődnek a mikrobák ún. szuperantigénjei (lásd később). Hasonlóan az Ig-láncokhoz, a TCR-láncok harmadik, hipervariábilis régiója is kitüntetett szerepet tölt be az antigén felismerésében. A TCR-ek sokféleségének kialakulása néhány jellegzetességében eltér az Ig-kétól. Ennek funkcionális jelentőségére a TCR-gének ismertetése kapcsán térünk ki a 11. fejezetben.

A konstans régió hossza (az α- és β-láncokban egyaránt) 138–179 aminosav, a láncokon belüli diszulfid-hidak ezekben is egy-egy hurkot képeznek. A Cα-domén szerkezete jelentősen eltér az Ig-doménekre jellemző elrendeződéstől, amennyiben mindössze egyetlen β-lemezt tartalmaz, és így viszonylagos flexibilitással rendelkezik. A transzmembrán szakasz 20–24, főként hidrofób aminosavból áll. Az α-lánc transzmembrán szakaszán egy lizin, míg a β-láncban egy lizin és egy arginin található. Ezek a pozitív töltésű aminosavak erősen destabilizálják a heterodimert, ezért az αβ-dimer önmagában nem is jelenhet meg a membránban, ugyanakkor ezek teszik lehetővé a CD3 és ζ polipeptidekkel való kapcsolatot (azok negatív töltésű aminosavaival kötődnek). A citoplazmatikus szakasz mindkét láncban rövid, mindössze 5-12 aminosavat tartalmaz, következésképpen közvetlen jelátvitelre alkalmatlan.

10.20. ábra. A TCR-komplex szerkezete. A TCR nyolc polipeptidláncból álló molekulakomplex, az antigén-felismerô egységbôl és járulékos láncokból épül fel. Az antigén-felismerô egység diszulfid-híddal összekötött α- és β, vagy γ és δ -láncokat tartalmazó heterodimer. Ehhez kapcsolódnak a CD3-at alkotó láncok: az egymáshoz nem kovalensen kötôdô ε és δ, valamint a γ- és ε-heterodimerek, továbbá a diszulfid híddal összekötött ζ-ζ homodimer. Ez utóbbi 6 polipeptidlánc zöld színû idomokkal jelzett ITAM-motívumo-(ka)t tartalmaz, következésképpen a jelátviteli folyamatokban való részvételre alkalmasak.

A γ δ -TCR szerkezete

A T-sejtek egy kisebb hányadán kifejeződő, γδ-láncokból álló receptorok általános szerkezete hasonló az αβ-láncokból álló receptorokéhoz. A receptor előfordul diszulfid-hidakkal összekapcsolt, illetve diszulfid-hidak nélküli heterodimer alakban egyaránt, de leírtak γ-γ homodimer formát is. Hasonlóan az αβ-receptorhoz, a γδ-receptor láncai is variábilis és konstans doméneket tartalmaznak, transzmembrán és citoplazmatikus részei is analóg szerkezetűek. Lényeges eltérés mutatható azonban ki a γδ-láncok variabilitásának mértéke és a variabilitást kialakító genetikai mechanizmusok között, amelyeket a TCR-gének kapcsán tárgyalunk. A γδ-T-sejtek többsége nem fejez ki CD4- vagy CD8-molekulát.

Aγδ-T-sejtek funkciójáról lényegesen kevesebbet tudunk, mint az αβ-T-sejtekről (lásd még 13. fejezet). A γδ-T-sejtek megoszlása jelentősen eltér a különböző szövetekben, és a fajok is nagy különbséget mutatnak., de általánosságban elmondható, hogy a T-sejtek 1-10%-án jelenik meg ilyen típusú TCR. A γδ-T-sejtek különböző alpopulációi az egyedfejlődés különböző fázisaiban jelennek meg, és különböző V-régiókat fejeznek ki. Egérmagzatban számos, bőrben megjelenő γδ-T-sejt fejez ki egy adott típusú TCR-t, amelyek V-régiója gyakorlatilag azonos. Ezzel szemben a nőstények nemi szerveiben (hüvely, méh) és a nyelvben megjelenő γδ-T-sejtek egy másik típusú TCR-t fejeznek ki, amelyek V-régiója az előbbi populációhoz képest eltérő. Az eltérő V-régiók arra utalnak, hogy az egyes γδ-T-sejt alpopulációk T-sejt-receptorai által felismert ligandumok is eltérőek. A felnőtt egyedekben is jellegzetes szövettani sajátosságokat találtak, így egerek és madarak vékonybél-nyálkahártyájában lévő T-sejtek fele γδ-típusú (intraepitheliális limfociták), ill. az egér bőrében a T-sejtek többsége szintén ebbe a csoportba tartozik (intradermális limfociták). Az emberi γδ-T-sejtek nem mutatnak ilyen mértékű szöveti jellegzetességeket, és kimutatható, hogy az intraepitél T-sejtek mindössze 10%-a tartozik a γδ-T-sejtek közé.

A γ δ -TCR olyan antigént ismer fel, amely nem MHC-I vagy II-molekulával asszociált. Egyes γδ-TCR-k kisméretű, foszforilált molekulákat, alkil-amint vagy lipidet ismernek fel, amelyek nagy számban találhatók mikobaktériumokban és más kórokozókban (részletesebben lásd 12. és 13. fejezet). Más esetekben olyan antigénhez kapcsolódnak, amit az ún. nem klasszikus MHC-molekulák prezentálnak, valamint azt is kimutatták, hogy a γδ-T-sejtek patogének hősokkfehérjéi által is jelentősen aktiválódnak. Mindezek az adatok arra utalnak, hogy a γδ-T-sejt elsődlegesen azokon a területeken jelenik meg, ahol a kórokozók behatolásának esélye különösen nagy.