Systm HLA a prezentace antigenu stav imunologie UK

Systém HLA a prezentace antigenu Ústav imunologie UK 2. LF a FN Motol

Nobelova cena za fyziologii a medicínu 7. října 2013

Membrane transport into and out of the cell 2010 Nature Education

Struktura a funkce HLA • • • historie struktura HLA genů a molekul funkce HLA molekul nomenklatura HLA systému HLA asociace s nemocemi prezentace antigenu

HLA - vývoj imunity • HLA jsou membránové glykoproteiny, které představují vrchol organizace fungování imunitního systému • ve vývoji imunitního systému se objevují až u obratlovců

Evoluce imunity mechanismy rozpoznání vlastních komponent a určité možnosti obrany organismu nacházíme i u velmi jednoduchých organismů miliardy let 4. 5 3. 5 procaryota, bakterie 1. 5 eukaryota 0. 5 mnohobuněčné

Evoluce imunity ve vývoji druhů procaryota restrikční endonukleázy zničí cizí DNA vlastní DNA je chráněna metylací enzymů bezobratlí obratlovci mechanismy rozpoznání lymfatické tkáně vlastních struktur disperzní - ryby a hojení ran, adhes, agregace obojživelníci buněk, fagocytóza lymfatické orgány - savci antimikrobiální látky, lektiny, histokompatibilní komplex lysozym imunoglobuliny a buňky

HLA - MHC • HLA molekuly jsou zodpovědné za histokompatibilitu slučitelnost tkání • kombinace HLA molekul je unikátní u každého jedince • jediný příklad shody HLA molekul představují jednovaječná dvojčata • HLA molekuly jsou zodpovědné za odvržení transplantátu • histokompatibilní molekuly v této situaci fungují jako antigeny, které vyvolají imunitní odpověď zaměřenou na odvržení štěpu • v této souvislosti se tyto molekuly nazývají transplantační či histokompatibilní antigeny

struktura HLA molekul • HLA molekuly se dělí na 2 hlavní třídy, a to HLA molekuly I. a II. třídy • HLA molekuly obou tříd jsou glykoproteiny, heterodimery, složené ze dvou řetezců, z nichž alespoň jeden je polymorfní • struktura HLA molekul obou tříd umožňuje vazbu antigenu a kontakt s receptory T lymfocytů

HLA molekuly I. třídy · HLA molekuly I. třídy se skládají ze 3 částí · transmembránový glykoprotein, nazývaný těžký řetězec, který má transmembránovou část a 3 domény extracelulární, nazývané a 1, a 2 a a 3. · a 1, a 2 domény jsou polymorfní částí HLA molekuly I. třídy · tyto domény mají uspořádání, které umožňuje vazbu antigenního peptidu · těžký řetězec je nekovalentně spojen s b 2 mikroglobulinem, nepolymorfním řetezcem HLA molekuly I. třídy · třetí součástí HLA molekuly je peptid, vázající se do vazebného místa tvořeného a 1 a a 2 doménou

struktura HLA molekul I. třídy • HLA molekuly I. třídy se skládají z · těžkého a řetezce · b-2 microglobulinu · peptidu

HLA A, B, C • Lidé mají na povrchu svých buněk 3 druhy klasických HLA molekul I. třídy, nazývané HLA-A, HLA-B, a HLA-C. • Tyto typy se liší pouze složením svého těžkého řetězce, b 2 mikroglobulin je stejný. • HLA molekuly I. třídy jsou exprimovány na všech jaderných buňkách těla. • HLA I. třídy nejsou exprimovány na erytrocytech, téměř nebo v nepatrné míře jsou exprimovány na buňkách CNS. • Geny kódující těžké řetězce HLA molekul nacházejí na 6. chromozomu v oblasti MHC. I. třídy se

HLA molekuly II. třídy • HLA molekuly II. třídy se skládají z dvou transmembránových gylkoproteinů, nazývaných a a b řetězec. Oba dva řetězce jsou polymorfní. • HLA molekuly II. třídy se nacházejí ve 3 typech, pojmenovaných HLA DR, DP a DQ. • Tyto molekuly jsou kódovány geny na 6 chromozomu, v oblasti HLA D. • Molekuly HLA II. třídy jsou exprimovány velmi omezeně na buňkách prezentujících antigen. Exprese HLA II. třídy je indukovatelná, při zánětu je mohutně stimulována.

Struktura HLA molekul II. třídy • HLA molekuly II. třídy se skládají ze 2 polymofrních, transmembránových řetězců a navázaného peptidu.

Struktura HLA molekul I. a II. třídy HLA II. třídy

HLA a peptidy • antigenní peptidy ve vazebných místech HLA molekul • I. třídy • II. třídy

HLA geny chromozom 6 D DP HLA oblast HLA III. třídy DQ B C E A GF DR • mezi HLA III. třídy patří složky komplementu, TNF, HSP a další • HLA DR je polymorfní pouze beta řetězec

HLA haplotypy • Haplotyp je kombinace alel každého HLA locusu na jednotlivém chromozomu. • U HLA molekul I. třídy dědíme každý ze 3 typů těžkých řetězců od každého rodiče. • Každý, pokud není homozygotní pro některou z alel, tedy exprimuje na svých buňkách 6 různých typů HLA molekul I. třídy. A B C A B C

HLA polymorfismus • Geny HLA jsou nejvíce polymorfní ze všech známých systémů. V současné době jsou známy desítky alelických variant každého typu. Z těchto variant každý dědí v každém typu 2 alely, což dohromady tvoří tisíce možných kombinací. • Diverzita je patrná na příkladu studie HLA typizace 1000 dárců krve, provedené v USA. Typizace byla provedena pouze pro HLA A a B. – u více než poloviny byl nalezen unikátní HLA haplotyp – 111 dárců mělo takový haplotyp u HLA A a B, že jej sdíleli pouze s 1 osobou v celé skupině – nejčastější haplotyp (HLA-A 1, HLA-A 3, HLA-B 7, and HLA -B 8) byl v celé skupině nalezen u 11 dárců

HLA typizace Sekvence lidského MHC systému je nyní kompletně známa. Konsortium laboratoří oznámilo v říjnovém čísle Nature v roce 1999 dokončení sekvence 3, 673, 800 nukleotidů na chromozomu 6, ze kterých se skládá MHC systém a kde jsou zahrnuty i další geny s důležitou funkcí v reakcích imunitního systému.

HLA nomenklatura HLA Alleles Over 14 000 alleles described by the HLA nomenclature and included in the IMGT/HLA Database.

HLA nomenklatura

HLA a prezentace antigenu • Histokompatibilní antigeny byly objeveny díky své úloze v transplantačních reakcích. • Základní funkcí HLA molekul však je prezentace antigenu, který je v této souvislosti rozpoznáván T lymfocyty.

Imunitní systém TCD 4 B TCD 8 plasm. b. obecné obranné mechanismy vrozená imunita získaná imunita

HLA a antigeny • antigeny, které jsou předkládány imunitnímu systému v kontextu s HLA molekulami, pocházejí jednak z extracelulárního prostředí, tak zvané vnější antigeny, jednak jsou lokalizovány uvnitř buňky, tak zvané vnitřní antigeny. • povaha vnitřních a vnějších antigenů se výrazně liší, každý indukuje zcela jiný typ imunitní reakce • vnitřní antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA I. třídy • vnější antigeny jsou prezentovány v souvislosti s HLA II. třídy

Prezentace antigenu • Antigeny jsou molekuly, které vyvolají imunitní odpověď. • Antigeny jsou většinou proteiny či glykoproteiny, nebo polysacharidy. • Antigeny pocházející z vnějšího prostředí se do organismu dostanou přes gastrointestinální trakt, respirační trakt, kůži nebo arteficiálně např. injekčně. • Antigeny vnitřní se nacházejí přímo v buňkách, může se jednat např. o proteiny kódované virovými geny nebo proteiny kódované mutovanými geny v nádorově změněných buňkách.

Antigen prezentující buňky a T lymfocyty • K iniciaci imunitní odpovědi je nutné rozpoznání antigenu T lymfocyty • Povaha imunitní odpovědi je určována druhem prezentovaného antigenu. lysozom APC ER, Golgi CD 4 HLA II. třídy antigen TCR – prezentace exogenního antigenu T lymfocyt

Antigen prezentující buňky a T lymfocyty • K iniciaci imunitní odpovědi je nutné rozpoznání antigenu T lymfocyty • Povaha imunitní odpovědi je určována druhem prezentovaného antigenu. APC ER, Golgi CD 8 HLA I. třídy antigen TCR – prezentace endogenního antigenu T lymfocyt

Exogenní antigeny • Exogenní antigeny jsou zpracovány profesionálními antigen prezentujícími buňkami. • Mezi tyto buňky patří – fagocytující buňky - makrofágy, dendritické buňky – B lymfocyty • Všechny tyto buňky exprimují HLA II. třídy.

Zpracování exogenních antigenů • antigen se do buňky dostává endocytózou • je zpracován v endocytárním kompartementu buňky • zde je degradován na fragmenty • ve stejném kompartmentu je navázán na HLA molekulu II. třídy • jako komplex je vystaven na povrchu buňky • komplex HLA II. třídy a antigenu je rozpozán CD 4+ lymfocyty

Cesta zpracování exogenních antigenů s HLA molekulami II. třídy APC CD 4+ Komplex HLA molekuly II. třídy a antigenu se tvoří v endosomálním kompartmentu buňky v několika krocích – HLA molekula II. třídy je tvořena v endoplasmatickém retikulu z 2 řetězců – v ER je stabilizována invariatním řetězcem – tento komplex putuje do Golgi aparátu a do endosomů endozom – zde je invariatní řetězec aktivně odstraněn působením HLA DM – antigen je vložen do vazebného místa HLA molekuly II. třídy Golgi – komplex HLA a antigenu putuje na povrch buňky – komplex HLA-antigen je v této souvislosti rozpoznán CD 4 pozitivním lymfocytem ER

Endogenní antigeny • Antigeny jsou proteiny vznikající uvnitř buněk. • Antigeny jsou degradovány na peptidy v cytoplasmě za pomoci proteazomu • vybrané peptidy jsou aktivně transportovány do endoplasmatického retikula činností struktury zvané TAP (transport associated protein) • v endoplasmatickém retikulu se formuje komplex HLA a řetězce, b 2 mikroglobulinu a antigenu • tento komplex HLA I. třídy a antigenu putuje buňkou přes Golgiho aparát na povrch • zde je připraven na kontakt s CD 8+ lymfocytem • buňka je CD 8+ lymfocytem zničena

Endogenní cesta prezentace antigenu • HLA antigeny I. třídy jsou exprimovány na všech jaderných buňkách • komplex HLA I. třídy a antigenu se skládá z § a řetězce § b 2 mikroglobulinu § endogenního antigenu • na povrchu buňky se setkává s CD 8+lymfocytem

TAP • Transport associated protein - TAP je struktura zodpovědná za přenos antigenních peptidů z cytoplasmy do endoplasmatického retikula. – proteiny jsou v cytoplasmě degradovány proteazomem na peptidy – peptidy jsou zachyceny TAP a transportovány do ER – v ER jsou tyto peptidy spojeny s HLA I. třídy a transportovány přes Golgiho aparát na povrch buňky proteazom TAP

Cesty zpracování antigenu endogenní antigeny, HLA I. třídy exogenní antigeny, HLA II. třídy

B lymfocyty • B lymfocyty zpracovávají antigen exogenní cestou ve spojení s HLA molekulami II. třídy. • Proces zpracování antigenu se však v některých zásadních bodech liší od cesty využívané fagocytujícími buňkami. B lymfocyt CD 4 T lymfocyt

BCR · B buňky zachycují antigeny procesem receptorem mediovanou endocytózou · B buňky mohou touto cestou zachytit exogenní antigeny s vysokou afinitou · další kroky jsou shodné s exogenní cestou prezentace antigenu · zúčastněná CD 4+ buňka sekretuje cytokiny · tím je B lymfocyt aktivován a produkuje odpovídající protilátky B lymfocyt

Protilátky produkce protilátek B lymfocyt CD 4 cytokiny plasmatická buňka T lymfocyt

Signální cesty, aktivace buněk APC CD 3 iontové kanály signální cesty fosforylace proteinů proteinkinázy T lymfocyt

Souhrncesty prezentace antigenu lysozom APC ER, Golgi CD 8 HLA I. třídy antigen TCR T lymfocyt endogenní destrukce buňky CD 4 HLA II. třídy antigen TCR T lymfocyt exogenní rozvoj imunitní odpovědi B lymfocyt CD 4 HLA II. třídy antigen TCR T lymfocyt B lymfocyty sekrece protilátek

Antigenní prezentace a T lymfocyty

Polarizace T lymfocytů

Prezentace antigenu a transplantace

Prezentace antigenu a infekce

Prezentace antigenu a autoimunita

Prezentace antigenu a nádory

Prezentace antigenu a vakcíny

Prezentace antigenu - souhrn

Prezentace antigenu - souhrn

Prezentace antigenu - souhrn defective ribosomal products (DRi. Ps) mature proteins (retirees) ER aminopeptidases (ERAP) Peptides that fail to bind to MHC class I molecules are removed by the translocon SEC 61 and enter the cytoplasm Making sense of mass destruction: quantitating MHC class I antigen presentation Jonathan W. Yewdell, Eric Reits & Jacques Neefjes Nature Reviews Immunology 3, 952 -961 (December 2003)

Prezentace antigenu v obraně organismu

Antigen prezentující buňka a lymfocyt

Antigen prezentující buňka a lymfocyt