Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

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

Medicina Könyvkiadó Zrt.

12. fejezet - 12. fejezet – Az antigén bemutatásának folyamata

12. fejezet - 12. fejezet – Az antigén bemutatásának folyamata

(Rajnavölgyi Éva)

A fehérjékből származó peptidek T-limfociták számára történő bemutatását az MHC-I és MHC-II sejtfelszíni fehérjék végzik, míg a lipidtermészetű molekulák prezentációja az MHC-I-hez hasonló szerkezetű CD1-molekulák által valósul meg. (Az MHC- és az MHC-szerű molekulák leírása a 9. fejezetben található.)

Az antigén bemutatását megelőző antigén-feldolgozás többlépéses folyamata filogenetikailag ősi, az adaptív immunválasz létrejötte előtt már kialakult lebontási folyamatokon alapul, melyek elsődleges szerepe – a legtöbb sejttípusban – az anyagcsere egyensúlyának fenntartása. Az antigén-prezentációt biztosító intracelluláris lépések különböző sejtkompartmentumokban mehetnek végbe, ami meghatározza a klasszikus MHC-I és MHC-II, valamint a CD1-molekulák által bemutatható degradációs termékek körét is. Ennek eredményeként az antigén-bemutatás három rokon, de eltérő egyedi sajátságokkal rendelkező prezentáló molekula révén (MHC-I, MHC-II és CD1), különböző intracelluláris transzportfolyamatok közvetítésével, eltérő útvonalakon és más segítő fehérjék (chaperonok – lásd box) részvételével megy végbe.

Chaperonok (dajkafehérjék)

A molekuláris chaperonok olyan intracelluláris kísérő (védő) fehérjék, amelyek alapvető szerepet játszanak más fehérjék harmadlagos szerkezetének kialakításában, megőrzésében. A chaperonfunkciónak kitüntetett jelentősége van a sejtet érő sokkhatások – pl. a hő, károsító anyagok, patogének bejutása – kivédésében.

A sejten belüli fehérjelebontás két helyszínen zajló folyamatra épül. Az egyik a citoplazma, ahol elsődlegesen a rövid életidejű és károsodott citoszolikus fehérjék szabályozott degradációja zajlik, a másik pedig az endo- és lizoszómák vezikuláris rendszere, ahol a savas környezetben aktiválódó proteázok hasítják a fehérjéket. Az MHC-I-fehérjék elsődlegesen a citoplazmatikus lebontási folyamatok eredményeként képződő endogén, míg az MHC-II-fehérjék az endo- és lizoszomális környezetbe bejutó exogén fehérjék fragmentumait mutatják be a T-limfociták két eltérő funkciójú típusának, a CD8+ és a CD4+ T-sejteknek (12.1. ábra 12.1. táblázat). Így minden MHC-I-et kifejező magvas sejt – akár nem hivatásos, akár hivatásos antigén-bemutató sejtként (APC – Antigen Presenting Cell) működik – képes az endogén fehérjékből származó peptideket az effektor CD8+ sejtek számára bemutatni. Az MHC-II-molekulák – ellentétben az MHC-I-fehérjékkel – csak a hivatásos APC-k felszínén jelennek meg, és közös sajátságuk a hatékony endocitózis és fagocitózis.

12.1. ábra. Az endogén és az exogén fehérjék bemutatása eltérő funkciójú T-limfocitáknak. A citotoxikus aktivitással rendelkező CD8+ effektor T-sejtek (Tc) az endogén saját fehérjék és az APC-ben szintetizálódó vírális, intracelluláris baktériumból vagy tumorsejtekből származó proteinek lebomlása során képződő peptidek MHC-I-molekulákkal alkotott komplexeit ismerik fel. A két sejt kapcsolatát az MHC-I-membránfehérjéhez kötődő, kostimuláló CD8-molekula stabilizálja. A CD4+, citokintermelő segítő T-limfociták (Th) a hivatásos antigén-prezentáló sejtek által felvett exogén, oldott saját és idegen fehérjék (bakteriális toxinok, allergének) és részecskék (apoptótikus sejtek, pollenek, mikróbák) lebomlása során képződő peptidek MHC-II-molekulákkal alkotott komplexeit ismerik fel. A két sejt kapcsolatát az MHC-II-membránfehérjéhez kötődő, kostimuláló CD4-molekula stabilizálja.

A hivatásos APC-k (B-limfociták, makrofágok és dendritikus sejtek – DC) között kiemelt szerepet játszanak az egyedi antigén-prezentáló képességgel rendelkező DC-k, mivel csak ezek a sejtek képesek a naiv CD8+ T-limfociták elsődleges aktiválására, továbbá a külső környezetből felvett antigénekből származó peptidek MHC-I-molekulák általi bemutatására (keresztprezentáció – lásd később). A DC-k alapvető szerepet játszanak a nem fehérje eredetű lebomlási termékek prezentálásában is, mivel a CD1 fehérjék szintén a DC-k különböző altípusainak felszínén fejeződnek ki.

Az antigén-prezentáció folyamata magában foglalja a bemutatásra kerülő endogén molekulák szintézisét, az exogén fehérjék, glikoproteinek és glikolipidek felvételét a külső térből, a sejten belüli enzimatikus lebontást, az MHC- és CD1-fehérjék ligandumkötő helyének „feltöltését” a képződő peptidekkel vagy lipidekkel, valamint az MHC– peptid vagy CD1–lipidkomplexek sejtfelszíni megjelenését biztosító transzport lépéseit. Ezek a folyamatok eltérő molekuláris mechanizmusok révén, egymástól elkülönülő intracelluláris környezetben mennek végbe az APC-ben, dajkafehérjék és járulékos molekulák részvételével. A T-sejtek jelenlététől függetlenül zajló antigén-feldolgozás és -bemutatás teszi lehetővé a citotoxikus (Tc) és a segítő (Th) T-limfociták antigén-felismerő működését, valamint a nem fehérje természetű molekulák bemutatását.

Az endogén antigének prezentációjának útja

A citotoxikus effektor-sejtekké differenciálódó CD8+ T-limfociták – melyek képesek meggátolni az intracelluláris patogének terjedését – MHC-I-korlátozással működnek, és elsődlegesen endogén, azaz az APC-ben szintetizálódó fehérjék – pl. tumor- vagy vírusantigének, intracelluláris bakteriális fehérjék – felismerésére szakosodtak. Az endogén antigének prezentációja során a citoplazmatikus fehérjék szintézise, feldolgozása és bemutatása ugyanabban a sejtben megy végbe, ezért direkt antigén-prezentációnak is nevezzük. Fontos kiemelni, hogy a folyamat során lehetőség nyílik a sejtmag fehérjéinek bemutatására is, mivel a citoplazma a sejtmagot körülvevő membrán pórusain keresztül közvetlen kapcsolatban van a nukleusszal is.

A kísérletes körülmények között ismert peptidekkel feltöltött, valamint az „üres” MHC-I-fehérjék szerkezetvizsgálata igazolta azt, hogy a két molekula konformációja jelentősen eltér egymástól. Ugyanakkor nem derült fény arra, hogy a megfelelő méretű és horgonyzó aminosavakat tartalmazó peptidek hol és hogyan képződnek, ill. mikor és hol foglalják el a peptidkötő helyet: a fehérjeképződés helyén az ER-ban, a sejten belüli szállítás valamelyik lépése során, vagy pedig a sejtfelszínen? Ezekre a kérdésekre a sejtbiológiai kutatások adtak választ.

Emberi és egérsejtvonalak vizsgálatával igazolták, hogy egyes mutáns sejtekben az MHC-I-molekulák a sejtfelszínen nem mutathatók ki – annak ellenére, hogy intracellulárisan nagy mennyiségben megjelenik a fehérje –, de az expresszió az MHC-I-molekulákhoz kötődni képes peptidek hozzáadásával visszaállítható. Ez arra utalt, hogy az MHC-I-fehérjék sejtfelszínre jutásához a kötőhelybe illeszkedő peptidek szükségesek. Mivel az MHC-I-molekulák bioszintézise – hasonlóan más membránfehérjékhez – a membránhoz kötött riboszómákon történik, ezek a vizsgálatok felvetették azt a lehetőséget is, hogy az MHC-I-molekulák már képződésük helyén, az ER-ben képesek peptideket kötni, és amennyiben ez nem történik meg, nem is juthatnak ki a sejtfelszínre. Ezek az eredmények vezettek a TAP (Transporter Associated with Antigen Processing) fehérjék azonosításához. Mivel az ER nem a fehérje lebontásának, hanem szintézisének helye, következő kérdésként felmerült, hogy milyen enzimek vesznek részt az MHC-I-molekulákhoz kötődni képes peptidek képződésében. Különböző enzimgátlók segítségével igazolták, hogy az MHC-I-molekulák általi antigén-prezentáció a citoplazmatikus proteaszóma gátlásával megakadályozható.

Mindezek alapján az endogén antigén-prezentációs útvonal legfontosabb lépései a következők (12.2. ábra, 12.1. táblázat):

– az endogén fehérjeantigének szintézise az ubquitinált fehérjék lebontása a citoplazmában a proteaszóma enzimkomplex által

– a képződő peptidek szállítása az ER-be a TAP segítségével

– az MHC-I-molekulák peptiddel való feltöltése az ER-ben

– az MHC-peptidkomplexek sejtfelszínre szállítása

12.2. ábra. Endogén antigének prezentációja. A citoplazmatikus fehérjéket a proteaszóma enzimkomplex 8–12 aminosavból álló peptidekre hasítja, melyeket a TAP az ER lumenébe szállít. Az ER-ben szintetizálódó MHC-I α-lánc a kalnexin dajkafehérjével és a β2m-mel társulva peptidek megkötésére alkalmas konformációban van. A megkötött peptid által stabilizált MHC-I-fehérjék a Golgi-rendszeren át a membránfehérjékre jellemző szekretoros úton a sejtfelszínre kerülnek. A proteaszóma, a TAP és az MHC-I-fehérje nem tesz különbséget a sejt saját fehérjéiből vagy a sejtben képződő antigénekből (pl. vírusfehérjékből) származó peptidek között. Ezért saját és idegen peptidek MHC-I-gyel alkotott komplexei egyaránt megjelennek a sejtmembránon.

12.1. táblázat - 12. 1. táblázat. Antigén-bemutatás MHC-I és MHC-II fehérjék által

MHC-I

MHC-II

Kötött peptid

Forrás:

Saját vagy idegen fehérje

saját vagy idegen fehérje

Méret:

8–10 aminosav

13–25 aminosav

Heterogenitás:

korlátozott

átfedő szekvenciák

Természetes:

Citoplazmatikus és sejtmagból származó fehérjék

membrán- és extracelluláris fehérjék

~70% MHC eredetű

Peptidképződés

Helye:

Citoplazma

endo/lizoszóma

Enzimek:

Proteaszóma

LMP-2/LMP-7 szabályozó egységek

savas proteázok

katepszinek

Peptid

Transzport:

TAP – adott peptidméret C-terminális

citoplazma → ER

nincs

MHC

Transzport:

nincs

Ii - irányít, visszatart

ER → vezikuláris rendszer,

MVB MIIC/CIIV

Peptid feltöltés

Helye:

ER

Speciális vezikulum, MIIC/CIIV

Chaperonok:

kalnexin, tapazin, kalretukulin

Ii, DMA/B

MHC-peptid komplexek a sejtfelszínen

stabil komplexek,

a sejt belső környezetét tükrözik,

kevés nem stabil üres molekula,

nincs peptiddisszociáció, peptidcsere

stabil komplexek,

a sejt belső/külső környezetét tükrözik,

kis mértékű recirkuláló,

CLIP-peptidet kötő molekula

kismértékű peptidcsere


Mai ismereteink szerint ezeket a lépéseket számos dajkafehérje és egyéb járulékos molekula segíti, aminek hatására a fiziológiásan működő sejtekben folyamatosan szintetizálódó MHC-I-fehérjék a saját fehérjékből származó peptidekkel komplexet alkotva kerülnek a sejt felszínére (12.2. és 12.3. ábra). Ezáltal az MHC-I-molekulák folyamatosan bemutatják a T-limfociták számára a sejt belső környezetét. Amennyiben egy adott sejtben valamilyen fertőzés (vírus, intracelluláris baktérium) vagy elváltozás (malignus transzformáció) hatására idegen vagy kóros fehérjék szintetizálódnak, az ezekből származó peptideket is bemutatják a sejtfelszíni MHC-I-fehérjék közvetítésével.

Mivel MHC-I-molekula minden magvas sejten kifejeződik (vagyis a folyamat sejttípustól független), ez a mechanizmus alapvető fontosságú a vírussal fertőzött vagy tumorossá fajult sejtek eliminálásában. A T-limfociták a saját fehérjéből származó peptidek MHC-I-molekulákkal alkotott komplexeivel szemben toleránsak, míg az MHC-I-molekulákhoz kötött kórokozó vagy tumor eredetű fehérjékből származó peptideket idegenként ismerik fel. Tehát az MHC-I-fehérjék biológiai szerepe a sejt belső környezetének folyamatos bemutatása, de nem feladata a saját és idegen fehérjék közti megkülönböztetés.

12.3. ábra. Az MHC-peptidkomplexek kialakulása; dajkafehérjék (chaperonok) szerepe. Az ER membránjában az MHC-I α-lánca szénhidrátcsoportján keresztül a kalnexin chaperonhozkapcsolódik, ami elősegíti a β2m lánccal való kapcsolódást. Humán sejtekben a kalnexin gyorsan leválik a komplexről, helyére a homológ szerkezetű, oldott kalretikulin kötődik, ami kapcsolatba lép a tiol-oxidoreduktáz enzimmel (ERp57), és így elősegíti a megfelelő fehérjekonformáció kialakulását. A kalretikulinhoz és a TAP-hoz is kötődő membránfehérje, a tapazin az ER-be szállított peptidek kötődését segíti elő úgy, hogy továbbra is a peptidkötésre alkalmas konformációban tartja az MHC-I-fehérjét. Az illeszkedő peptidek – akár saját, akár idegen fehérjéből származnak – részt vesznek a sejtfelszínen megjelenő MHC-I-molekula stabil konformációjának stabilizálásában. Az MHC-II-molekulák α- és β-láncának párosodását az ER-ben az invariáns lánc (Ii) segíti elő, ami egyúttal gátolja a környezetben lévő peptidek kötődését. Az endo-/lizoszóma enyhén savas közegében az Ii fokozatosan lehasad, és a peptidkötő hely szabaddá válik a saját vagy idegen fehérjékből származó peptidek számára. Az endoszóma membránjában található nem polimorf MHC-II-szerű HLA-DM-fehérjék elősegítik az invariáns lánc lehasadásakor keletkező CLIP-peptid (az Ii fragmentuma) és más, az exogén fehérjékből származó peptidek kicserélődését.

Az endogén fehérjék lebontása

A vírussal vagy intracelluláris baktériummal fertőzött sejtekben a kórokozók fehérjéinek szintézisét a gazdasejt biztosítja, és a malignus sejtek citoplazmájában zajló fehérjeszintézis a tumorsejtekre jellemző fehérjék képződését eredményezheti. Ezeknek az antigéneknek a feldolgozását ugyanaz a citoplazmatikus enzimrendszer, a proteaszóma végzi (12.4. ábra), amely a nem megfelelő konformációval rendelkező, vagy már nem szükséges, ill. károsodott saját fehérjék lebontásáért felelős. Ezeknek a nemkívánatos fehérjéknek a degradációját az ubiquitin-fehérjéhez kapcsolódó citoplazmatikus eltávolító rendszer (ubiquitin-rendszer) közvetíti. A lizin ε-NH2 csoportokhoz kötődott ubiquitin-láncokkal megjelölt (poli-ubiquitinált) fehérjék sorsa a gyors lebontás, ami a proteaszóma-enzimkomplex közreműködésével megy végbe. A többféle specificitással jellemezhető proteaszóma kritikus szerepet játszik az MHC-I-molekulákhoz kötődni képes peptidek előállításában is.

12.4. ábra. A standard és az immunproteaszóma szerkezete. A standard (vagy konstitutív) proteaszóma minden sejt citoplazmájában jelen van, és a citoszol szükségtelenné vált vagy sérült fehérjéinek lebontását végzi. A 20S proteaszóma katalitikus magja 4 gyűrűbe rendeződő polipeptid-alegységekből épül fel. Az α-alegységekből álló külső gyűrűk a komplex konformációját stabilizálják, míg a belső gyűrűk β-alegységei katalitikus aktivitással rendelkeznek. Az α- és a β-egységekhez reguláló komplexek kapcsolódnak, amelyek fontos szerepet játszanak az enzimkomplexaktivitásának szabályozásában. Gyulladás (IFNγ, TNFα) hatására a hivatásos APC-kben megjelenik az immunproteaszóma, amelynek regulátor egysége (PA28) különbözik a konstitutív proteaszómáétól. A PA28 hatására a standard β-alegységek kicserélődnek, és három új katalitikus alegység, a β1i, β5i és β2i épül a komplexbe. Ez megváltoztatja az enzimkomplex specificitását, aminek eredményeként az MHC-I-molekulák kötőhelyének megfelelő méretű, elsősorban hidrofób vagy bázikus C-terminális aminosavval végződő peptidek képződnek.

A minden sejt citoplazmájában kb. 1%-ban előforduló, 700 kDa molekulatömegű ún. standard vagy konstitutív proteaszóma a citoszol szükségtelenné vált vagy sérült fehérjéinek lebontását végzi. A jellegzetes, hordó formájú komplex katalitikus magja 20–30 kDa molekulatömegű polipeptid-alegységekből épül fel, melyek 4 gyűrűbe rendeződnek (12.4. ábra). Az α-alegységekből álló külső gyűrűk a komplex konformációját stabilizálják, míg a belső gyűrűk β-alegységei tripszin- és kimotripszinszerű, valamint peptid–glutamil–peptid kötések bontására alkalmas katalitikus aktivitással rendelkeznek, és a komplex belső terében fejtik ki hatásukat. A belső „csatorna” átmérője meghatározza a belépő fehérjék és a kilépő peptidek méretét, az α- és β-egységekhez kapcsolódó reguláló komplexek pedig fontos szerepet játszanak az enzimkomplexaktivitásának szabályozásában. A reguláló egységek ATP-áz, ubiquitint konjugáló és ligázaktivitással is rendelkeznek, valamint fehérjedenaturációt és -transzlokációt elősegítő dajkafehérjéket is tartalmaznak.

A standard proteaszóma enzimjeinek aktivitása 3–22 aminosavból álló peptidek képződését eredményezi, melyeknek csak kis hányada (~20%) felel meg az MHC-I-molekulák kötőhelyébe illeszkedő ideális (8–10 aminosav) méretnek (9.9. ábra). Gyulladás hatására azonban a hivatásos APC-kben megjelenik az immunproteaszóma, amelynek regulátor egysége (PA28) különbözik a konstitutív proteaszómáétól, és a standard β-alegységek helyett három új katalitikus alegység; az MHC-ben kódolt LMP-2 és LMP-7 (Low Molecular Weight Protein-2 és -7), valamint az MHC-n kívül kódolt MECL-1 (Multicatalytic Endopeptidase Complex subunit) fehérje beépülését teszi lehetővé. Ezek a „kicserélt” elemek a β1i, β5i és β21 alegységek (12.4. ábra). Ennek hatására megváltozik az enzimkomplex specificitása, aminek eredményeként az MHC-I-fehérjék kötőhelyének megfelelő méretű, elsősorban hidrofób vagy bázikus C-terminális aminosavval végződő peptidek képződnek. Nem aktivált hivatásos APC-kben a proteaszómák mintegy felét az immunproteaszóma teszi ki, míg a gyulladási citokinek (IFNγ vagy a TNFα) hatására aktiválódó APC-k már csak immunproteaszómával rendelkeznek.

A bemutatásra kerülő endogén peptidek eredete

Az intracelluláris fehérjék koncentrációja a sejtben rendkívül magas (mintegy 300–400 mg/ml-re becsülhető), és e molekulák között – a chaperonok segédlete ellenére is – sok a nem megfelelő konformációval rendelkező, vagy szükségtelenné vált fehérje, amelyeket a standard (26S) proteaszóma bont le. A proteaszóma célfehérjéi azonban származhatnak rejtett génátírási termékekből is, mint pl. az 5’ vagy 3’ régiókban található alternatív ORF (Open Reading Frame) régiók, intronok és intron-exon határok átírásából, vagy poszttranszlációs módosulásából is, ami a sejt által szintetizált saját vagy virális eredetű endogén fehérjék nagy választékát eredményezi. Továbbá a nem rendezett konformációjú fehérjék – megfelelő molekuláris kölcsönhatások hiányában – szintén gyorsan lebomlanak, vagy aggregálódva az ubiquitin-közvetítette autofágia sorsára jutnak. A standard proteaszóma a hosszú élettartamú fehérjék N-terminális ubiquitinálását követő lebontásában játszik elsősorban szerepet, és így a „minőségi kontrol” által nem megfelelőnek értékelt fehérjék zöme (~75%) az enzimatikus degradáció sorsára jut. Ezzel ellentétben a 20S proteaszóma a hibás fehérjék kisebb hányadát (~25%) bontja le. Vírusfertőzés hatására azonban a 26S proteaszóma túlterheltsége miatt feltételezhetően nagyobb szerep jut a 20S proteaszómának. Azok a megfigyelések, miszerint vírusfertőzés után röviddel az érintett sejtek már felismerhetővé válnak az effektor CD8+ T-sejtek számára, arra utalnak, hogy az MHC-I által kötött peptidek a vírusfehérjék szintézisét követő azonnali lebontásából származnak. Más vizsgálatok azt is igazolták, hogy az újonnan szintetizálódó fehérjék mintegy 30%-a – a nem megfelelő génátírás, mRNS hasítás vagy fehérje képződés miatt – egy órán belül lebomlik. Ezek az ún. defektív riboszomális termékek (DriP – Defective ribosomal Products) tehát a fehérjeszintézis ellenőrző mechanizmusainak köszönhetően szintén a gyors degradáció irányába terelődnek. A DRiP-modell értelmében a nem hibás intracelluláris fehérjék lebontása – a defektív riboszomális termékekkel szemben – olyan lassú, hogy a vírusok gyors szaporodásával nem mérhető össze. Hivatásos APC-kben egy másik lehetséges lebontási útvonalat is feltételeznek, ami a 20S proteaszóma ubiquitinálást nem igénylő aktivitásán alapszik. Ebben a folyamatban az ún. immunriboszóma is részt vesz, amennyiben a naszcens mRNS kötése mellett az újonnan képződő fehérjék konformációját is védi, míg a hibás fehérjéket közvetlenül a 20S proteaszóma egyes α-alegységeinek hősokkfehérjékhez hasonló aktivitása révén a TAP-hoz irányítja.

A citoplazmatikus fehérjékkel ellentétben a membránhoz kötött riboszómákon szintetizálódó és a szekretoros útvonalra kerülő fehérjék, valamint a sejtorganellumokban (sejtmag, mitokondrium, ER) lokalizálódó fehérjék általában nem hozzáférhetők a klasszikus proteaszóma-útvonal számára. A szecernált és membránfehérjék azonban – még nem teljesen ismert folyamatok révén – bizonyos körülmények között visszakerülhetnek az ER-be, és ott transzmembránszakaszaik vagy szignálpeptidjeik kötődhetnek az MHC-I-molekulákhoz.

Az MHC-I-molekulákhoz kötődő peptidek szállítása

Ahhoz, hogy a proteaszóma általi fehérjelebontás során képződő peptidek kölcsönhatásba kerülhessenek az újonnan képződő MHC-I-molekulákkal, a citoplazmából be kell jutniuk az ER-be. Ezt az ER membránjában elhelyezkedő, a TAP-1 és TAP-2 rokon fehérjékből álló dimer felépítésű transzporter végzi (12.2. ábra). A TAP (Transporter Associated with Antigen Processing) a régóta ismert ABC (ATP Binding Casette) fehérjék családjába tartozik, alegységei az MHC-ben kódolt tap-1 és tap-2 gének termékei. A TAP-membránfehérje az ER membránját többször átszelő hidrofób szakaszokból, egy ATP-t kötő katalitikus alegységből és egy citoplazmába nyúló peptidkötőhelyből épül fel. A TAP-dimer elsődleges szerepe a citoplazmában lebontott fehérjékből származó peptidek „bepumpálása” az ER-be, ami az újonnan képződő MHC-I-molekulák számára hozzáférhető peptidkészletet biztosítja. A citoplazmába bekerülő kisméretű peptidek hősokk-fehérjékhez (HSP70, HSP90, HSP110) kötődve jutnak el a citoplazmából az ER-membránba ágyazott TAP-molekulák citoplazmatikus peptidkötő helyéhez. Ez a folyamat nem igényel ATP-hidrolízist, de a peptidek átemelése az ER lumenébe energiaigényes folyamat. A proteaszóma által lebontott peptidek egy része az MHC-I kötőhelyébe csak további N-terminális hasítást követően képes illeszkedni. A citoplazmatikus peptidázok nem szabályozott működése egyes T-sejtepitópok teljes lebomlását is eredményezheti, amit a chaperonok védőhatása ellensúlyoz.

A TAP elsődlegesen 8–12 aminosavból álló peptideket továbbít az ER-be. Mivel a transzporter fehérjéhez csak a C-terminális pozícióban alifás vagy aromás, illetve pozitív töltésű aminosavakat tartalmazó szekvenciák kötődnek, a TAP mintegy „kiválogatja és feldúsítja” az MHC-I-molekulák kötőhelyébe potenciálisan illeszkedő peptideket. Annak ellenére, hogy a TAP csak kis affinitással köt peptideket, a hősokkfehérjék közreműködésével percenként mintegy 10–100 molekula kerül az ER lumenébe, ahol ezáltal magas peptid-koncentráció alakulhat ki. A TAP által az ER-lumenbe szállított fehérjék védelmét ER-rezidens dajkafehérjék (gp96, grp170, BiP) biztosítják, melyek az MHC-I–peptid kapcsolat kialakulását is elősegítik. A jól koordinált peptidellátás ellenére azonban feltételezhető, hogy a TAP-fehérjék által az ER lumenébe szállított peptidek zöme mégsem kötődik sikeresen az újonnan képződő MHC-molekulákhoz, így azok rövid időn belül lebomlanak. Ennek egyik oka, hogy a transzportált peptidek mérete nagyobb, mint ami az MHC-I-kötőhely számára ideális (lásd 9. fejezet). Az ER-be transzportált peptidek további „méretre szabásában” az aminopeptidáz aktivitással rendelkező ER-rezidens gp96 fehérje és az ERAP1 (ER-Associated Endopeptidase) enzim vesz részt, amelyek azonban az ideálisnál rövidebb peptidek kialakításával akadályozhatják is az antigén-prezentáció folyamatát.

Amennyiben az ER-be nem jutnak el olyan peptidek, amelyek képesek stabilizálni az MHC-fehérjéket, a sejtfelszínre szállítás elmarad, és az MHC-molekulák gyorsan lebomlanak. Így a sejtmembránban csak ritkán fordulnak elő „üres” MHC-molekulák, melyek további peptidkötésre képesek. Egyes, az MHC-I-fehérjék sejtfelszíni expressziójára nem képes mutáns sejtvonalakról az derült ki, hogy a genetikai hibát a TAP-transzporter hiánya vagy nem megfelelő működése okozza, amit funkcionális TAP-gének bevitelével korrigálni lehetett. A TAP funkcionális jelentőségét az is igazolja, hogy egyes vírusok, így pl. a herpeszvírus-1 és -2, valamint a citomegalovírus, olyan fehérjéket kódolnak, amelyek gátolják a TAP működését (9. fejezet, 9.5. táblázat). Daganatsejtekben, különösen az áttétet képző ráksejtekben szintén gyakoriak a TAP működését vagy kifejeződését érintő mutációk. Mivel a mutáns TAP géneket hordozó sejtekben találtak az MHC-I-molekulákhoz kötött hosszabb peptideket is, feltételezhető, hogy a fiziológiásan működő sejtekben a TAP-transzporter és a citoplazmatikus fehérje lebontásban résztvevő proteázaktivitás funkcionálisan kapcsolt.

Az MHC-I-peptidkomplexek kialakulása az ER-ben

Az ER membránjában az újonnan szintetizálódó, kalnexinnel kapcsolt MHC-I-α-láncok laza komplexet alkotnak a β2-mikroglobulinnal (β2m), és konformációjuk nyitott a peptidek befogadására (12.3. ábra). A peptidek kötésére képes konformációval rendelkező MHC-I-molekulák mintegy 45–70%-a az ER-ben lokalizálódik, ahol a 48 kDa molekulatömegű, prolinban gazdag, az Ig-molekulacsaládba tartozó tapazin fehérjével teremtenek kapcsolatot. A tapazin kötődik az MHC-I- és a TAP-molekulához is, és a rövid, intracelluláris szakasz lizin aminosavakból alkotott mintázata az ER-ben való visszatartásért felelős. A tapazin elsődleges feladata tehát az MHC-I-molekulák és az ER-membránba ágyazott TAP fizikai kapcsolatának biztosítása, amelyben egy TAP-dimer négy tapazin és négy, kalretikulinhoz és ERp60/ERp75 tiol-oxidoreduktáz enzimhez kapcsolt MHC-I-molekulával alkot molekuláris komplexet. Ez jelentősen növeli annak a valószínűségét, hogy legalább egy TAP által bejuttatott peptid valamelyik közeli MHC-I-fehérje kötőhelyébe illeszkedhessen. A multimolekuláris komplexben a TAP – ATP-függő működése során – az ER membránjában „flip-flop”-szerűen ki-be fordítja az MHC-I-molekulákat, és ezáltal lehetővé teszi azt, hogy a citoplazmatikus oldalon található peptidek közvetlenül „hozzáférjenek” a még nem stabilizált MHC-I-molekulák peptidkötő helyéhez (12.3. ábra).

A tapazin és kalretikulin által összetartott ún. „peptidfeltöltő” multimolekuláris komplex a peptidek számára hozzáférhető konformációban tartja az MHC-I-molekula peptidkötésben résztvevő α1 és α2 doménjeit, stabilizálja a TAP1/TAP2-dimereket és így jelentősen fokozza a hatékony peptidfeltöltést, azaz a sejtmembránba szállítható stabil MHC-I–peptidkomplexek kialakulását. Az ERp60/ERp75 tiol-oxidoreduktáz enzim szerepe ebben a folyamatban feltehetőleg az MHC-I-molekulán belüli diszulfid-hidak átmeneti redukciójával és átrendeződésével kapcsolatos. E bonyolult kölcsönhatások eredményeként az MHC-I-fehérjék az ER-ben mintegy csapdába ejtik a legjobban illeszkedő peptidet, ami stabilizálja konformációjukat. Ekkor a dajkafehérjék leválnak az MHC-I-fehérjéről, és azok a Golgi-apparátuson át a plazmamembránba jutnak. A sejtfelszínen már nincs lehetőség a további „peptidcserére”; a stabil szerkezetű MHC-I-molekula kötőhelye nem hozzáférhető az extracelluláris peptidek számára (12.3. ábra).

Mivel az MHC-I-molekulák és a peptidek kölcsönhatása a sejten belül zajlik le, az APC által bemutatott peptidek mintázata elsődlegesen a sejt belső környezetét mutatja be a T-limfociták számára. Fiziológiás körülmények között az MHC-I-molekulák kötőhelyét az adott sejtre jellemző saját fehérjékből származó peptidek „töltik fel”, ezért ezeket az MHC-I – peptid komplexeket a T-limfociták sajátként fogadják el. Az ER-ben a peptidek kötésére alkalmas konformációban lévő MHC-I-molekulák a peptidekhez képest feleslegben vannak jelen, hiszen az APC-kben zajló fehérjelebontási folyamatok fiziológiás körülmények között csak a szintetizálódó fehérjék kis hányadát érintik. Vírusos vagy intracelluláris baktériumfertőzés következtében azonban nagy mennyiségű idegen fehérje szintézise és egyidejű lebontása indul el, ami jelentősen fokozza a patogénből származó peptidekkel komplexet képző MHC-I-molekulák sejtfelszíni megjelenését.Mivel az MHC-I-fehérjék kisebb-nagyobb mértékben minden magvas sejtben szintetizálódnak, a fenti folyamatok elvileg bármely típusú sejtben végbemehetnek, aminek következtében az MHC-I-fehérjéket kifejező sejtek toleranciát vagy immunválaszt kiváltani képes APC-ként működnek.

Az MHC-I és a TAP között kialakuló, tapazin közvetítette molekuláris kapcsolat az ER membránjában, valamint az endogén peptidek képződésében (LMP-2/7) és szállításában (TAP1/2) résztvevő fehérjék génjeinek közeli elhelyezkedése az MHC-II régiójában (9.1. ábra) arra utal, hogy az endogén antigén-prezentációs útvonal működését biztosító molekulák gén- és fehérjeszinten is koordináltan működnek. Ezt támasztja alá, hogy a gyulladást jelző IFNγ citokin hatására a TAP, az LMP2/7 proteaszóma alegységek és az MHC-gének által kódolt fehérjék szintézise egyaránt fokozódik, aminek eredményeként nő az antigén-prezentáció hatásfoka (9.5. fejezet). Az MHC-régióban kódolt LMP- és a TAP-alegységekre – az MHC fehérjékhez hasonlóan – genetikai polimorfizmus jellemző, de hogy sokféleségük mennyiben érinti az antigén-prezentációt, még nem tisztázott. Amennyiben azonban a citoplazmában keletkező és az ER-be jutó peptidek összetétele változik, ez a genetikai poliformizmus is befolyásolhatja az immunológiai toleranciát, a különböző antigénekkel szemben kialakuló immunválaszt és az autoimmun betegségekre való hajlamot.