1. Galvenais audu saderības komplekss
Major Histocompatibility Complex (MHC)

2. Lekcijas plāns Galvenais audu saderības komplekss (MHC)
MHC kompleksa atklāšana un tā loma imūnatbildē
MHC organizācija genomā
MHC molekulu struktūra
Peptīdu saistīšanās pie MHC molekulām
MHC molekulu producēšana
Antigēna apstrāde un prezentēšana T limfocītiem
To antigēnu īpašības, kurus atpazīst T limfocīti
Antigēnprezentējošās šūnas
Antigēna apstrāde
Lipīdu antigēnu prezentēšana
Ilona Mandrika

3. Nobela prēmija Fizioloģijā vai Medicīnā 1980. gadā
“par viņu atklājumiem attiecībā uz ģenētiski noteiktām struktūrām
uz šūnu virsmas, kas regulē imunoloģiskās reakcijas"
George D. Snell
Jean Dausset
Baruj Benacerraf
ASV
Francija
ASV

4. Kā tika atklāts Galvenais audu saderības komplekss?
Transplanta atpazīšana
par savu vai svešu ir
iedzimta īpašība.

5. Peļu audu saderības lokuss tika sasaistīts ar gēnu
17.hromosomā, kas kodē asins grupas antigēnu (antigēnu II).
Šo gēnu rajonu nosauca par Histocompatibility- 2
vai vienkārši H-2.
Ģenētisko reģiona daļu, kas kontrolēja audu atgrūšanu
un sastāvēja no vairākiem saistītiem gēniem nosauca par
Galveno audu saderības kompleksu -
Major Histocompatibility Complex (MHC).

6. Turpmākos 20 gados vienīgā zināmā loma MHC kompleksam
bija audu atgrūšana.
Transplantācija nav gluži dabīgs fenomens.
Kāpēc tad MHC gēni tiek saglabāti evolūcijas gaitā?
1960 un 1970 gados tika atklāts, ka MHC gēniem ir
fundamentāla loma visās imūnajās atbildēs pret proteīnu
antigēniem.

7. Pirmie trīs gēni tika nosaukti
Cilvēka MHC molekulas = Cilvēka Leikocītu Antigēni
Human Leukocyte Antigens
HLA = H-2 pelēs
Jean Dausset pirmais parādīja, ka indivīdiem, kuri atgrūda
nieri, parādījās cirkulējošās antivielas, reaģējošas ar
limfocītu antigēniem.
Šie antigēni (alloantigēni) ir polimorfo gēnu produkti, kuri
spēj atšķirt savu no sveša.
Pirmie trīs gēni tika nosaukti
HLA-A, HLA-B, HLA-C.

8. MHC organizācija genomā
Cilvēkam MHC atrodas 6.hromosomas īsajā plecā un aptver kb.
Class II
Class III
Class I
- 20 gēni
- 30 gēni
- 15 gēni
Antigēna (peptīda)
prezentācija
Komplementa
sistēmas proteīni
Antigēna (peptīda)
prezentācija
b2-mikroglobulīnu kodē gēns, kas atrodas 15.hromosomā

9. HLA-A
HLA-C
HLA-B
TAP 1 un TAP 2 – transporta proteīnu gēni (nozīmīgi antigēnu pārstrādē)
TAP - transporter associated with antigen processing

10. satur vairākus dažādus MHC I un II klases gēnus
439 96
218
MHC ir poligēns, t.i.
satur vairākus dažādus
MHC I un II klases gēnus
MHC ir polimorfs, t.i. populācijā gēnam ir vairāki varianti. MHC gēni ir vieni no vispolimorfiskākajiem gēniem visā genomā.
MHC gēni ir kodominanti ekspresēti katrā indivīdā.
Katrā indivīdā vienādā pakāpē tiek ekspresētas mātes un tēva alēles. Tas ļauj palielināt MHC molekulu skaitu nepieciešamo peptīdu piesaistei un T-šūnu prezentācijai.

11. Katrs indivīds ekspresē sešu veidu
MHC I klases molekulas uz katras šūnas un
tikai nedaudz vairāk MHC II klases molekulas.

12. MHC molekulu funkcijas
▶ Svarīgas molekulas antigēna atpazīšanā un apstrādē.
Inducē un stimulē imūnatbildi.
I klases MHC molekulas
▶ Piesaista citoplazmā degradētos antigēnus (vīrusu proteīnus)
▶ Prezentē peptīdus CD8+ citotoksiskajiem T- limfocītiem
II klases MHC molekulas
▶ Piesaista endocītiskajos pūslīšos degradētus peptīdus
▶ Prezentē peptīdus CD4+ T limfocītiem palīgiem (T helper)

13. MHC I un II klases
molekulu
struktūra

14. Kopīgas īpašības visām I un II klases MHC molekulām
Transmembrānas glikoproteīni
Ekspresētas uz šūnu virsmas
Ļoti polimorfas
Iesaistītas imunoregulācijā
Katram proteīnam izšķir 4 rajonus
- Variablais peptīda-saistīšanas rajons
- Konstantais rajons
- Transmembrānas rajons
- Citoplazmiskais rajons

15. MHC I molekulas struktūra
2 polipeptīdu ķēdes:
▪ Garā a-ķēde (45kDa)
▪ Īsā ķēde (12kDa) –
b2-mikroglobulīns
Nekovalenti saistītais
b2-mikroglobulīns palīdz
stabilizēt MHC molekulas
konformāciju.
► Citoplazmiskais rajons sastāv no
30 bāziskām aminoskābēm un
satur fosforilēšanas saitus.

16. MHC I molekulas struktūra
► Transmembrānas rajons –
25 hidrofobās aminoskābes.
► Ļoti konservatīvs
a3 domēns pie kura saistās T-šūnu CD8 molekula
► Ļoti polimorfs peptīda saistīšanas rajons, kuru veido abi a1 un a2 domēni

17. MHC II molekulas struktūra
Divas aptuveni vienāda garuma
polipetīdu ķēdes a un b.
-ķēde ir kD
b- ķēde ir kD
► Īss citoplazmiskais rajons, kas satur fosforilēšanas saitus.
►Transmembrānas rajons – 25 hidrofobās aminoskābes
katrā a un b ķēdē.

18. MHC II molekulas struktūra
► Ļoti konservatīvs
b2 domēns pie kura saistās
T-šūnu CD4 molekula
► Ļoti polimorfs peptīda saistīšanas rajons, kuru veido abi a1 un b1 domēni

20. Pilnībā nokomplektētas MHC molekulas ir heterotrimēri
MHC I
MHC II
a- ķēde
a- ķēde
b- ķēde
b2-mikroglobulīns
piesaistīts antigēna peptīds
piesaistīts antigēna peptīds
MHC molekulas bez peptīda ir nestabilas
Peptīda antigēna
piesaiste stabilizē
a-ķēdes un
b2-mikroglobulīna
mijiedarbību
a-ķēdes un
b2-mikroglobulīna
mijiedarbība pastiprina
peptīda antigēna piesaisti

21. Peptīda piesaiste pie MHC molekulas
ir fundamentāli atšķirīga no antigēna piesaistes pie
B un T limfocītu antigēnu receptoriem
MHC molekulas uzrāda plašu specifiskumu
peptīdu piesaistē.
Katra MHC molekula var piesaistīt daudz dažādus peptīdus.
MHC molekulas peptīda saistīšanas vietā vienlaicīgi
var piesaistīt tikai VIENU peptīdu.
Peptīdiem, kurus saista MHC molekulas ir kopīgas
strukturālās īpašības, kuras veicina šo piesaisti

22. ☞ MHC I saista 8-11 aminoskābju garus peptīdus
☞ MHC II saista aminoskābju garus peptīdus (optimāli 12-16)
☞ Peptīdi saistās izstieptā konformācijā

23. Peptīdi saistās pie MHC molekulām caur strukturāli
līdzīgām enkura aminoskābēm
Katrs peptīds satur
1 vai 2
enkura aminoskābes.
Enkura aminoskābes (zaļas) nav identiskas, bet ir līdzīgas:
F un Y ir aromātiskas aminoskābes
V, L un I ir lielas hidrofobas aminoskābes
Ir attēloti peptīdi eluēti no divām dažādām
I klases MHC molekulām.

24. T-šūnu antigēna receptors atpazīst
aminoskābes abos
Antigēna peptīdā
MHC molekulā
Antigēna atpazīšanas
specifiskums
MHC restrikcija

25. Peptīdu piesaiste pie MHC molekulām
Pie MHC molekulas piesaistītais antigēna peptīds disociē no MHC molekulas ļoti lēni.
Kinētikas disociācijas konstantes variē no stundām līdz pat vairākām dienām.
Cilvēka MHC molekulas neatšķir svešus peptīdus
no saviem peptīdiem.
Kāpēc tad mēs parasti neattīstam
imūnatbildi pret paša proteīniem?

26. MHC molekulu ekspresija
MHC izplatība ir saistīta ar CD4+ un CD8+
T-šūnu funkcijām.
▶ CD8+ T-limfocīti nogalina šūnas, kuras ir inficētas ar
intracelulāriem mikrobiem vai vīrusiem.
Vīrusi var inficēt jebkuru kodolsaturošu šūnu.
▶ CD4+ T-šūnas palīdz makrofāgiem iznīcināt
ekstracelulāros mikrobus un
aktivēt B limfocītus antivielu producēšanai.

27. MHC molekulu ekspresija
MHC I klases molekulas:
Ekspresētas uz visām
kodolsaturošām šūnām
MHC II klases molekulas:
Ekspresētas uz
antigēnprezentējošo šūnu
virsmas
Tiek regulētas ar IFN-g

28. Secinājumi: MHC molekulu struktūra
▶ MHC I un II klases molekulām ir
▪ dažāda struktūra,
▪ dažāda izplatība šūnu veidos
▪ dažādas funkcijas
▶ Peptīdi, kurus saista MHC I un II klases molekulas ir
atvasināti no dažādiem šūnu nodalījumiem un ir dažāda garuma
▶ Interferons-g regulē MHC molekulu ekspresiju

29. prezentēšana T limfocītiem
Antigēna apstrāde un
prezentēšana T limfocītiem

30. Antigēnprezentējošās šūnas

31. Antigēnprezentējošās šūnas (APŠ)
Pārvērš proteīnu antigēnus par peptīdiem =
antigēnu apstrāde.
Eksponē peptīda-MHC kompleksu T-šūnu atpazīšanai.
Ekspresē ko-stimulātorus, kuru ir svarīgi T šūnu aktivēšanai.
Apoptoze

32. Dažādu šūnu tipi darbojās kā APŠ lai aktivētu
naivās un iepriekš diferencētās T-šūnas
Naivās CD4+
Naivās CD8+
Diferenciētas
CD4+ T-šūnas
T-limfocītus (helper)

33. Profesionālās APŠ
Vienīgās šūnas, kuru
galvenās funkcijas ir
antigēnu saistīšana
un prezentēšana.
Vienīgās APŠ, kuras ir spējīgas ierosināt
T-šūnu atbildi.

34. Dendrītiskās šūnas ierosina T-šūnu atbildi
< 1% no šūnu populācijas
25% no epidermas (virsādas) virsmas

35. APŠ antigēn-prezentējošās funkcijas tiek pastiprinātas mikrobu produktu ietekmē
MHC un ko-stimulātoru ekspresija
Uzlabojās antigēna prezentācijas efektivitāte
Citokīnu produkcija APŠ
Stimulē T šūnu atbildi
Hemokīna receptora CCR7 ekspresija
Stimulē APŠ migrāciju uz infekcijas vietām

36. Naivās T šūnas ekspresē CCR7 un migrē
hemokīni

37. Dendrītiskās un T šūnas in vitro

38. Kāpēc dendrītiskās šūnas ir visefektīvākās T-limfocīta primārās atbildes ierosināšanā?
DŠ stratēģiski izvietotas vietās, kur parasti mikrobi iekļūst mūsu organismā.
DŠ ekspresē receptorus, kuri spēj piesaistīt mikrobus
(mannozes un Toll-like receptori).
DŠ pārsvarā migrē uz T-šūnu zonām limfmezglos, caur
kurām cirkulē naivās T šūnas.
Nobriedūšās DŠ ekspresē kostimulātorus, kuri ir nepieciešami naivo T-šūnu aktivēšanai.

39. APŠ funkcijas
Antigēna apstrāde
Antigēna prezentēšana T-šūnām

40. fizikoķīmiskās īpašības
Antigēna īpašības, kuras atpazīst T-šūnas
Antigēns
fizikoķīmiskās īpašības
T šūnas
B šūnas un antivielas

41. Antigēna īpašības, kuras atpazīst T-šūnas
B šūnas
Pārsvarā tikai peptīdus
Peptīdus, proteīnus, nukleīnskābes, lipīdus, polisaharīdus, nelielas ķīmiskās molekulas
Specifiski atpazīst peptīda aminoskābes sekvences
Atpazīst lineāras aminoskābju sekvences un konformacionālos epitopus
Atpazīst tikai tos antigēnus, kuri atrodas uz APŠ virsmas
Piesaista kā šķīstošos tā arī uz šūnu virsmas eksponētos antigēnus

42. Self MHC restriction
Katra indivīda T-šūnas atpazīst svešus antigēnus TIKAI TAD, ja šie peptīdi ir piesaistīti un izstādīti uz paša indivīda MHC molekulām.
▶CD4+ T-šūnas atpazīst peptīda- MHC II klases molekulu kompleksus
Peptīdi atvasināti no ekstracelulāriem proteīniem, kas APŠ
tiek internalizēti pūslīšos.

43. ▶ CD8+ T-šūnas atpazīst peptīda- MHC I klases molekulas
Peptīdi ir atvasināti no citozolā esošajiem, parasti
endogēni sintezētiem proteīniem
▶Īpaša T-šūnu populācija atpazīst lipīdus ne
MHC saistītā ceļā.

44. Antigēna apstrāde

45. Citozolā esošo antigēnu apstrāde
MHC I klases saistītai prezentācijai

46. Citozolā esošo antigēnu avots
Vīrusu un intracelulāro mikrobu produkti
Kļūmīgi sintezēti vai aplami salocīti proteīni
(brāķi)
Vēžu šūnas var producēt proteīnu
antigēnus no mutētiem vai
pārekspresētiem gēniem
Peptīdi, kuri nāk no fagosomās
internalizētiem mikrobiem
Producē listeriolizīnu, poras veidojošo
toksīna proteīnu, kurš ļauj baktērijai
izsprukt no pūslīša uz citozolu.
Listeria monocytogenesis

47. Citozolā esošo proteīnu proteolītiskā degradācija
cytosolic proteins
Proteolīze proteosomās
Proteīnu degradācija sākās tikai
pēc tam, kad pie proteīna ar
kovalentām saitēm tiek pievienotas
vairākas kopijas neliela polipeptīda-
ubikvitīna.
Poli-ubikvitīns kalpo kā
specifisks signāls proteosomas
atkarīgai degradācijai
Proteasomas

48. Proteasoma
20S
700 kD
(11S cap)
Notver un novirza
proteīnus uz kameru
Proteīna
degradācija
IFN-g inducē jaunas proteasomas b-subvienības: LMP2, LMP7
un MECL-1, kuras aizvieto atbilstošas katalītiskās subvienības
b1, b2 un b5.
LMP- Low Molecular Wheight Protease complex

49. izmainīta
katalītiskā aktivitāte
substrāta specifiskums
Producētie peptīdi ir no 6 līdz 30 aminoskābēm gari un
parasti satur bāziskās vai hidrofobās aminoskābes
C- terminālajā galā.

50. Peptīdu transportēšana no citozola uz endoplazmatisko tīklojumu
TAP – Transporter Associated with antigen Processing
Peptīdu transports no citozola
uz ET ir ATP atkarīgs.
Optimāli tiek transportēti no 6 līdz
30 aminoskābēm gari peptīdi
ar bāzisko vai hidrofobo C-galu.

51. 2 tapazīna un 2 MHC I klases molekulas saistās ar katru
Skats no ER lūmena
N-terminālie palīgdomēni
TAP1 un TAP2 transmembranālie domēni veido poru caur kuru tiek virzīts peptīds
2 tapazīna un 2 MHC I klases
molekulas saistās ar katru
N-terminālo palīgdomēnu
Tapazīns ir transmembranālais
glikoproteīns.
Tapazīns piesaistās pie TAP un b2-mikroglobulīna.
Kalpo kā tilts starp MHC I molekulu un TAP1/2
kompleksu.

52. Peptīda- MHC I klases kompleksa savākšanās ER
ER AminoPeptidase
kalneksīns
kalretikulīns

53. Peptīda piesaiste pie MHC molekulām notiek
PIRMS ekspresijas uz šūnas virsmas
un ir būtisks komponents MHC molekulas biosintēzē
un savākšanās.
Peptīda piesaiste ir nepieciešama abām I un II
klases MHC molekulām lai notiktu kompleksa
stabila savākšanās un ekspresija uz šūnu virsmas.

54. saistītā antigēna apstrāde
MHC II klases
saistītā antigēna apstrāde
un prezentācija

55. Prezentē proteīnus, kuri ir ielauzušies šūnā no ārienes.
APŠ piesaista ekstracelulāros proteīna antigēnus un tos
internalizē.
C-tipa lektīnus
Makrofāgi ekspresē receptorus
antivielu Fc daļai un receptorus
C3b komplementa proteīnam
B šūnas ekspresē virsmas
imunoglobulīnu
APŠ atpazīst struktūras, kuras ir raksturīgas mikrobu
patogēniem (lipīdi un ogļhidrāti) un nav atrodamas
zīdītāju šūnās.

56. MHC II klases saistītā antigēnu peptīdu
prezentācija

57. MHC II molekulas biosintēze un transports
uz endosomām
MHC II klases a un b ķēdes sintezējās un saistās
viena ar otru ET.
Viņu foldings un savākšanās notiek ar ET šaperonu
proteīnu (kalneksīns) palīdzību.
a un b ķēdes komplekss ir nestabils un tāpēc tiek
stabilizēts ar trešo proteīnu –
invarianto (nemainīgo) ķēdi (Ii).
Ii ir trimērs, kas sastāv no trim 30kD subvienībām.

58. Invariantās ķēdes proteīns
► Katra Ii subvienība saista vienu ab heterodimēru un nobloķē MHC II molekulas peptīda saistīšanas vietu.
► Ii veicina MHC II molekulas foldingu un savākšanos un virza jaunizveidoto MHC II molekulu uz vēlajām endosomām un lizosomām.
Atstāj ET kā nanomērs

59. Makrofāgos un B šūnās daļu no vēlajām endosomām, kuras ir
Early endosome with antigen
HLA-DM
Makrofāgos un B šūnās daļu no
vēlajām endosomām, kuras ir
bagātas ar MHC II klases
molekulām sauc par
MHC II klases molekulu
nodalījumu vai MIIC (compartment)
Enzīmi antigēna
degradācijai Ii
MIIC
MHC II
molekulas
Cilvēka leikocītu
antigēns DM (HLA-DM)

60. CLIP aizvākšana ir nepieciešama pirms peptīda antigēna saistīšanas.
MIIC iekšienē
Catepsin S
24 aa
CLIP
Class II-associated Invariant Peptide
CLIP aizvākšana ir nepieciešama pirms peptīda antigēna
saistīšanas.
HLA-DM palīdz aizvākt CLIP.

61. HLA-DM
Gēns ir kodēts MHC II lokusā
Struktūra ir līdzīga MHC II molekulai
Kolokalizēta ar MHC II molekulām endosomās
Nav polimorfa
Nesaistās ar Ii peptīdu
Netiek ekspresēta uz šūnas virsmas

62. HLA-DM molekulas funkcijas
▶ Izraisa CLIP disociāciju no MHC II peptīda saistīšanas
gropes
▶ Stabilizē un pasargā no degradācijas tukšas MHC II
▶ Veicina antigēna peptīda piesaisti pie MHC II

63. Peptīda piesaistīšana pie MHC II molekulas to stabilizē.
Stabils peptīda-MHC II komplekss tiek nogādāts
uz APŠ virsmas.
Tiek izstādīts atpazīšanai CD4+ T-šūnām.

64. MHC - peptīda kompleksa veidošanās procesā NAV
mehānisma, kas ļautu atšķirt savus proteīnus no svešiem
proteīniem.
Viena šūna parasti ir apkārusies ar MHC
molekulām.
Lielāka daļa no MHC molekulām ir MHC I klases molekulas,
kas saistītas ar saviem proteīniem.
Kā T-šūna spēj atpazīt un būt aktivēta ar jebkuru
svešu antigēnu?

65. T-šūnas ir ārkārtīgi jūtīgas.
Kāpēc parasti mēs neveidojām imūnatbildi pret
saviem proteīniem?
T-šūnas ir ārkārtīgi jūtīgas.
< 0.1% no kopēja skaita II klases MHC molekulu spēj iniciēt
specifisko T-šūnu atbildi.
T šūnas specifiskas pret self peptīda-MHC kompleksiem
tiek nogalinātas vai inaktivētas.

66. Lipīdu antigēnu prezentācija
Lipīdu antigēni tiek prezentēti T-šūnām caur šūnu virsmas molekulām -CD1 (cluster of differentiation)
CD1 tiek ekspresētas uz dažādām APŠ un epitēlijā.
APŠ ekspresē uz savas virsmas dažādas formas CD1 molekulas.
Katra CD1 molekula piesaista noteikta veida lipīda antigēnu (lipopeptīdu vai glikolipīdu).
CD1 molekulas veido antigēna saistīšanas gropi līdzīgi kā MHC molekulas. Aminoskābes antigēna saistīšanas gropē ir hidrofobākas nekā
tādas MHC molekulā.
Līdzīgi kā proteīna antigēni, arī lipīdu antigēni tiek sadalīti un prezentēti kā fragmenti.

67. CD1 prezentētus lipīdu antigēnus atpazīst vairākas šūnas
CD4+ T-šūnas
CD8+ T-šūnas
CD4-CD8- T- šūnas
NK-T-šūnas (T-šūnas, kuras ekspresē NK šūnu marķierus)

68. APŠ
antigēns
T-limfocīts