HLA - systém Marcela Vlková Hlavní histokompatibilitní komplex •Jedná se o genetický systém, který je primárně zodpovědný za rozeznávání vlastního od cizorodého (Major Histocompatibility Complex). U člověka je hlavním histokompatibilním systémem komplex HLA (Human Leucocyte Antigen) – rozsáhlý komplex genů, které determinují povrchové molekuly (Ag) umístěné v plazmatické membráně buněk. HLA •Antigeny se chovají jako transplantační, tzn. že jsou příčinou odhojení tkáně při inkompatibilních transplantacích •HLA systém je homologický s lokusem H-2 u myši (systém, na kterém byl poprvé objeven princip histokompatibility) a je lokalizovaný v určitém úseku krátkého raménka chromosomu 6 •Obsahuje geny pro histokompatibilní antigeny, složky komplementu a pravděpodobně i Ir-geny (immune response genes, geny zodpovědné za intenzitu imunitní odpovědi) • Funkce HLA-systému •Hlavní fyziologickou funkcí molekul MHC je předkládat antigeny nebo jejich fragmenty buňkám imunitního systému, především T-lymfocytům •Prezentace antigenu je prvním předpokladem pro rozvoj imunitní reakce a tím obrany proti napadení mikroorganismy HLA komplexy •Známe 5 HLA komplexů: –HLA – A, HLA – B, HLA – C, HLA – D, HLA – DR –D-region related – ve vztahu k oblasti D •Každý z nich má množství alel –dnes známo nejméně 20 alel pro HLA – A, –40 alel pro HLA – B, –8 a více pro zbylé tři •Sada HLA genů na jednom chromosomu tvoří haplotyp, •Jedinec má tedy dva haplotypy (od každého z rodičů) a v každém 5 determinantů. Polymorfismus HLA- systému •Pro každý z genů HLA I. a II. třídy existuje mnohotná alelie: pro 1 lokus existují více jak 2 alternativní alely • Alelní formy molekul MHC se liší ve struktuře vazebného místa a tím i schopností vázat peptidy. •Polymorfismus zde představuje selekční výhodu související se základní rolí molekul MHC, tj. prezentace antigenu Izotypy HLA •HLA I. třídy – klasické (HLA-A, HLA-B, HLA-C) •HLA I.třídy – neklasické (HLA-E, HLA-F, HLA-G, CD1) –geny pro tyto molekuly jsou lokalizovány mimo MHC x funkční podobnost) •HLA II. třídy – (HLA-DR, HLA – DP, HLA-DQ) HLA antigeny •HLA – I •Exprese na všech jaderných buňkách •Prezentace antigenu CD8+ T lymfocytům •Prezentované antigeny jsou produktem buněčné proteosyntézy • •HLA-II •Prezentace na APC •Antigeny předkládány CD4+ T lymfocytům •Antigeny jsou exogenního původu Prezentace Ag •HLA I. třídy – krátké peptidy (9 AK) z proteinů degradovaných v cytoplazmě buňky proteazomem, rozpoznávány cytotoxickými CD8+T-lymfocyty •HLA II. Třídy – peptidy (15-30 AK) z fagocytovaných částic zpracovaných v endozomech – pomocné CD4+ T lymfocyty • Extrémní polymorfismus – vazba širokého spektra nejrůznějších antigenních peptidů S0241X-003-f011 Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier top_logo Vazba antigenu na HLA-I a HLA-II antigeny HLA I. třídy •Exprese na všech jaderných buňkách –Nejvíce: buňky IS –Méně: epitelie, hepatocyty, trombocyty, ledviny, CNS –Nejsou na erytrocytech •Exprese není konstitutivní, mění se působením cytokinů – INF •Indukce cytotoxické imunitní odpovědi •Rozdíly v expresi = imunobiologické důsledky (buňka IS x hepatocyt x erytrocyt) • Molekula HLA I. třídy •Transmembránový glykoprotein, heterodimer, řetězce strukturně podobné imunoglobulinům –Alfa řetězec – membránově vázaný –Beta-2 mikroglobulin – navázaný na alfa, shodný pro všechny molekuly HLA, kódovaný na 15.chromosomu HLA I. třídy vznik •Vznik Ag fragmentů pro vazbu na HLA I. –Protein + ubikvitin –Štěpení v proteazomu –Membránovými peptidovými pumpami (TAP) do endopalzmatického retikula (ER) •V ER: syntéza řetězců HLA I. + vazba fragmentů na HLA I. •Cestou přes Golgiho aparát na povrch buňky • Molekula HLA II.třídy •Transmembránový heterodimer, řetězce alfa+beta – oba ukotveny v membráně •Vazbné místo pro Ag je otevřené – vazba delších peptidů (15-35 AK) •Hustě exprimovány na buňkách předkládajících antigen : makrofágy, monocyty, dendritické b., B-ly •Slabá exprese na T-ly •Jiné buňky molekuly HLA II.tř. nenesou •Vazba peptidů na HLA II.tř. •Molekuly HLA II.tř. vážou exogenní Ag – peptidové fragmenty pohlcených proteinů –Endocytóza + lysozómy…endozómy…Ag fragmenty •Syntéza řetězců HLA II. V ER+ vazba na invariantní řetězec (Ii)…přes Golgiho a. do endozómu •Oddělení Ii a vazba peptidu •Vystavení na povrchu buňky – Genová organizace HLA systému •HLA vysoce polymorfní = každý člověk nese na povrchu svých buněk unikátní sestavu molekul HLA I. a II. •Molekuly HLA kódovány na krátkém raménku 6.chromosomu = HLA komplex •Geny se člení do 3 tříd: HLA I., HLA II., HLA III. •Geny HLA I. – 20 genů –Klasické: HLA-A, -B, -C…..kódují alfa řetězce HLA I.tř –HLA-E, -F, -G….jejich produkty inhibují aktivitu NK buněk •Geny HLA II. –Tři páry genů HLA-DR, -DP, -DQ….kódují alfa+beta řetězce HLA II.tř. –LMP2, LMP7….bílkoviny štěpící proteiny pro HLA I.tř. –TAP…membránové transportéry •(Geny HLA III. – C4, C2, TNFalfa….) Neklasické HLA I. třídy •Vyskytují se jen na některých buňkách •Vazba na různé ligandy •HLA- E, G –rozeznávány inhibičními receptory NK buněk •CD1 ( CD1a-e) váže mikrobiální lipidy a hydrofobní Ag, popř. organismu vlastní glykoloipidy (CD1d) –Jsou rozeznávány NKT buňkami Funkce MHC proteinů •Prezentace antigenů T lymfocytům •HLA I - Vazba peptidových fragmentů proteinů produkovaných buňkou •HLA II- Vazba peptidových fragmentů proteinů pohlcených buňkou •Jsou vystaveny na povrchu buňky •Jsou rozeznávány TCR receptory T lymfocytů S0241X-003-f001 Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier top_logo Interakce TCR-polypeptid-HLA molekula T-lymfocyty rozpoznávají •cizí antigeny v komplexu s vlastními molekulami MHC, což vede k imunitní reakci • • vlastní antigeny v komplexu s vlastními molekulami MHC, což vede k toleranci • •cizí molekuly MHC (transplantační reakce) © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Charakteristika interakcí mezi MHC a peptidy • •MHC molekuly neodlišují peptidy vlastní a cizí • •MHC molekuly vážou řadu strukturálně podobných peptidů (x TCR-epitop) • •Vazba je nekovalentní, ligand pro MHC I sestává z 8-11 aminokyselin, pro MHC II cca z 10-30 • • Vztah antigenů HLA k chorobám •Choroby s imunologickou patogenezí (např. autoimunitní, jako revmatoidní arthritida, juvenilní diabetes, celiakie..) •Choroby s etiopatogenezí nejasnou (psoriasis vulgaris, m. Bechterev) •Choroby, u nichž se imunopatogenetický mechanismus neuplatňuje (narkolepsie, idiopatická hemochromatóza, adrenogenitální syndrom) • •Možné příčiny: HLA antigen je znakem přítomnosti patognostického genu, HLA antigeny jsou receptory pro mikroby, fenomen molekulárního mimikry a zkřížená reaktivita Cesty antigenů © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com Presentace antigenů lymfocytům T •T-lymfocyty poznávají antigeny pouze ve formě peptidových fragmentů vázaných na MHC I nebo II. • •HLA antigeny musí být stejné, jako má příslušný konkrétní jedinec (Fenomen MHC-restrikce). • •Antigen musí být nejdříve v buňkách „zpracován“ (processing)- nativní protein je proteolyticky degradován na peptidy, které se (intracelulárně) váží na molekuly MHC. Tento komplex se dostává na buněčnou membránu, kde je schopen reagovat s TCR. • •T-lymfocyty jsou schopny poznávat i lipidové a glykolipidové struktury: je to populace NK-T, která poznává tyto antigeny „neklasickými molekulami MHC“ – CD1 • •Imunogennost proteinových antigenů je určena schopností buněk předkládajích antigen vytvořit peptidy, které se budou vázat na vlastní molekuly MHC. Antigen prezentující buňky •Dendritické buňky •Monocyty, makrofágy •B-lymfocyty •Presentují antigen pomocí MHC (major histocompatibility complex) •U lidí se označují jako HLA (human leukocyte antigen) Buňky předkládající antigen •APC (Antigen-presenting Cells)…monocyty/makrofágy, B-lymfocyty, dendritické buňky •Makrofágy – ve všech tkáních těla –Diferenciace v kostní dřeni – myeloidní řada – monocyt (CD14+HLADR+) – do periferní krve –Změna exprese povrchových znaků – do tkání –makrofág: identifikuje nebezpečné podněty, vystavuje endogenní(HLA I.) i exogenní(HLA II.) antigeny….aktivace T-lymfocytů •Dendritické buňky (DC) – informace z počátku 70.let, studium umožněno až po kultivaci v laboratořích (mono z PK, prekurzory z KD) –Diferenciace z pluripotentních kmenových buněk (CD34+) •Lymfoidní větev (CD11c-) •Myeloidní větev (CD11c+) –Nejúčinnější APC, žijí 2-3 dny –V organismu ve dvou formách •Nezralé •zralé •Nezralé dendritické buňky – rozhraní organismus x okolní prostředí (kůže, sliznice), pohlcují téměř všechno ze svého okolí –Není přítomen patogen: fagocytují odumřelé buňky – vystavují na svém povrchu, nemají kostimulační CD znaky (CD80-CD86-CD40-)…. neaktivují T-lymfocyty – zajišťují autotoleranci –Je přítomen patogen nebo zánětlivé cytokiny: dendritická b. začne dozrávat •Zralé dendritické buňky – přesun ze sliznic a kůže do lymfoidních tkání (uzliny) –Přestávají fagocytovat –Vystavují na svém povrchu fragmenty pohlcených patogenů –Exprimují kostimulační a adhezivní molekuly: CD80+CD86+CD40+ –Poskytují T-lymfocytům 2.signál…. klonální expanze a efektorová aktivita T-ly •Použití dendritických buněk v terapii nádorových onemocnění –Rozdíl zralé x nezralé…..indukce: imunitní odpovědi x imunitní tolerance –Izolace monocytů z PK –Kultivace s růstovými faktory…nezralé dendritické b. –Nezralé DC + nádorový Ag…vyzrávání –Problém = nádorový Ag •Funkce APC: –Spojují nespecifickou a specifickou imunitní řeakci –Aktivují T-lymfocyty –Navozují imunitní odpověď vůči •Virům •Bakteriím •Nádorovým buňkám –Navozují toleranci vůči •Vlastním antigenům •transplantátu