ΜΕΙΖΟΝ ΣΥΜΠΛΕΓΜΑ ΙΣΤΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑΣ (major histocompatibility complex, MHC).
Σε αντίθεση με τα αντισώματα ή τους υποδοχείς των Β κυττάρων, που μπορούν να αναγνωρίζουν το αντιγόνο μόνο του, οι υποδοχείς των Τ κυττάρων αναγνωρίζουν αντιγόνο μόνο όταν έχει υποστεί επεξεργασία και παρουσιάζεται μέσω ειδικών μορίων που κωδικοποιούνται από το μείζον σύμπλεγμα ιστοσυμβατότητας (major histocompatibility complex, MHC). To ΜΗC αρχικά μελετήθηκε, και αντίστοιχα ονομάστηκε, ως ένα γενετικό σύμπλεγμα που επηρεάζει την ικανότητα ενός οργανισμού να αποδεχθεί ή να απορρίψει μόσχευμα ιστού ο οποίος προέρχεται από ένα άλλο μέλος του ίδιου είδους
Αργότερα δείχθηκε ότι: τα μόρια που κωδικοποιούνται από το MHC παίζουν καίριο ρόλο στον καθορισμό των προσαρμοστικών ανοσοαποκρίσεων και η συγκεκριμένη ομάδα μορίων MHC που εκφράζονται σε ένα άτομο, επηρεάζει το ρεπερτόριο των αντιγόνων απέναντι στα οποία τα TH και TC κύτταρα του συγκεκριμένου ατόμου μπορούν να αποκριθούν Τα μόρια MHC επηρεάζουν την απόκριση ενός ατόμου σε αντιγόνα παθογόνων μικροοργανισμών και, συνεπώς, έχουν εμπλακεί στην ευαισθησία των ατόμων σε ασθένειες και στην ανάπτυξη αυτοανοσίας τα φυσικά φονικά κύτταρα εκφράζουν υποδοχείς για τα αντιγόνα MHC τάξης Ι και η αλληλεπίδραση υποδοχέα-MHC μπορεί να οδηγήσει στην αναστολή ή την επαγωγή ενεργοποίησης
Γενική οργάνωση και κληρονόμηση του MHC στη διακυτταρική αναγνώριση και στη διάκριση του εαυτού από το μη εαυτό Το MHC συμμετέχει στην ανάπτυξη τόσο των χυμικών, όσο και των κυτταρομεσολαβητικών ανοσολογικών αποκρίσεων. Οι μελέτες σε αυτό το γονιδιακό σύμπλεγμα ξεκίνησαν όταν διαπιστώθηκε ότι η απόρριψη ενός ξένου ιστού από έναν οργανισμό ήταν αποτέλεσμα μίας ανοσολογικής απόκρισης σε μόρια της κυτταρικής επιφάνειας, που τώρα ονομάζονται αντιγόνα ιστοσυμβατότητας (histocompatibility antigens).
Το MHC κωδικοποιεί τρεις κύριες τάξεις μορίων Το μείζον σύμπλεγμα ιστοσυμβατότητας είναι συλλογή από γονίδια που διατάσσονται μέσα σε μία μακριά συνεχόμενη περιοχή του DNA στο χρωμόσωμα 6 στον άνθρωπο και στο χρωμόσωμα 17 στο ποντίκι. Το MHC αναφέρεται ως σύμπλεγμα ΗLΑ (HLA complex) στον άνθρωπο και ως σύμπλεγμα H-2 (H-2 complex) στο ποντίκι. Παρόλο που η διευθέτηση των γονιδίων είναι ελαφρώς διαφορετική στα δύο είδη, και στις δύο περιπτώσεις τα γονίδια MHC οργανώνονται σε περιοχές που κωδικοποιούν τρεις τάξεις μορίων):
Τα γονίδια MHC τάξης Ι (class I MHC genes) κωδικοποιούν γλυκοπρωτεΐνες που εκφράζονται στην επιφάνεια σχεδόν όλων των εμπύρηνων κυττάρων. Η κύρια λειτουργία των προϊόντων των γονιδίων τάξης Ι είναι η παρουσίαση πεπτιδικών αντιγόνων στα TC κύτταρα. Τα γονίδια MHC τάξης ΙΙ (class II MHC genes) κωδικοποιούν γλυκοπρωτεΐνες που εκφράζονται κυρίως στα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα (μακροφάγα, δενδριτικά κύτταρα και Β κύτταρα), όπου και παρουσιάζουν επεξεργασμένα αντιγονικά πεπτίδια στα TH κύτταρα. Τα γονίδια MHC τάξης ΙΙΙ (class III MHC genes) κωδικοποιούν, εκτός των άλλων προϊόντων, διάφορες εκκριτικές πρωτεΐνες με ανοσολογικές λειτουργίες, ανάμεσα στις οποίες περιλαμβάνονται και συστατικά του συστήματος του συμπληρώματος που σχετίζονται με τη φλεγμονή.
Τα μόρια MHC τάξης Ι Τα μόρια MHC τάξης Ι κωδικοποιούνται από τις περιοχές Κ και D στο ποντίκι και από τις Α, Β και C γενετικές θέσεις στον άνθρωπο και εκφράζονται στο πιο ευρύ φάσμα κυτταρικών τύπων. Αναφέρονται και ως κλασικά μόρια τάξης Ι (classical class I molecules). Επιπλέον, γονίδια ή ομάδες γονιδίων μέσα στα συμπλέγματα H-2 ή HLA, επίσης κωδικοποιούν μόρια τάξης Ι. Αυτά τα γονίδια ονομάζονται μη κλασικά γονίδια τάξης Ι (nonclassical class I genes). Η έκφραση των μη κλασικών γονιδιακών προϊόντων είναι περιορισμένη σε συγκεκριμένους, ειδικούς κυτταρικούς τύπους. Παρόλο που δεν είναι γνωστές οι λειτουργίες όλων αυτών των γονιδιακών προϊόντων, μερικά μπορεί να έχουν ιδιαίτερα εξειδικευμένους ρόλους στην ανοσία. Για παράδειγμα, η έκφραση των μορίων τάξης Ι HLA-G στους κυτταροτροφοβλάστες στη μεσεπιφάνεια επαφής εμβρύου-μητέρας (πλακουντιακός φραγμός) έχει εμπλακεί στην προστασία του εμβρύου από την αναγνώρισή του ως ξένου (αυτό μπορεί να συμβεί όταν αρχίζουν να εμφανίζονται τα πατρικά αντιγόνα) και την απόρριψή του από τα μητρικά TC κύτταρα.
μορια MHC ταξης ΙΙ Οι δύο αλυσίδες των μορίων MHC τάξης ΙΙ κωδικοποιούνται από τις περιοχές ΙΑ και ΙΕ στο ποντίκι και από τις περιοχές DP, DQ και DR στον άνθρωπο. Η ορολογία είναι λίγο ασαφής, αφού η D περιοχή στο ποντίκι κωδικοποιεί μόρια MHC τάξης Ι, ενώ η D περιοχή στον άνθρωπο (DR, DQ, DP) αναφέρεται σε γονίδια που κωδικοποιούν μόρια MHC τάξης ΙΙ. Όπως και με τους τάξης Ι γενετικούς τόπους, επιπλέον μόρια τάξης ΙΙ που κωδικοποιούνται από την περιοχή αυτή, έχουν εξειδικευμένες λειτουργίες κατά την ανοσολογική διαδικασία
Τα μόρια MHC τάξης Ι ,τάξης ΙΙ και τάξης ΙΙΙ Αντίθετα, η περιοχή MHC τάξης ΙΙΙ, που περιβάλλεται από τις περιοχές τάξης Ι και ΙΙ, κωδικοποιεί μόρια που είναι κρίσιμα για την ανοσολογική λειτουργία, αλλά έχουν λίγα κοινά στοιχεία με τα τάξης Ι ή ΙΙ μόρια. Τα προϊόντα της περιοχής MHC τάξης ΙΙΙ συμπεριλαμβάνουν τα συστατικά του συμπληρώματος C4, C2 και τον παράγοντα Β (και αρκετές φλεγμονώδεις κυτταροκίνες, συμπεριλαμβανομένου του παράγοντα νέκρωσης όγκων (TNF). οι γενετικοί τόποι που συνιστούν το MHC είναι υψηλά πολυμορφικοί (polymorphic). Δηλαδή, υπάρχουν πολλές εναλλακτικές μορφές του γονιδίου, ή αλληλόμορφα (alleles), για κάθε τόπο μέσα σε έναν πληθυσμό
Τα αλληλόμορφα των γονιδίων MHC κληρονομούνται ως συνδεδεμένες ομάδες που ονομάζονται απλότυποι οι γενετικοί τόποι που συνιστούν το MHC είναι υψηλά πολυμορφικοί (polymorphic). Δηλαδή, υπάρχουν πολλές εναλλακτικές μορφές του γονιδίου, ή αλληλόμορφα (alleles). Τα γονίδια του MHC τόπου εδράζονται πολύ κοντά. Η συχνότητα ανασυνδυασμού μέσα στο σύμπλεγμα H-2 (δηλαδή η συχνότητα χρωμοσωμικών επιχιασμών κατά τη μίτωση, που είναι ενδεικτική της απόστασης μεταξύ δεδομένων γενετικών τμημάτων – σημειωτέον, επιχιασμοί είναι πιθανότερο να συμβούν όταν τα γονίδια είναι απομακρυσμένα) είναι μόλις 0,5% (δηλαδή, επιχιασμός συμβαίνει μία φορά για κάθε 200 μιτωτικούς κύκλους). Γι’ αυτό το λόγο, τα περισσότερα άτομα κληρονομούν τα αλληλόμορφα που κωδικοποιούνται από αυτούς τους στενά συνδεδεμένους τόπους ως δύο σύνολα, ένα από κάθε γονέα. Κάθε σύνολο αλληλομόρφων ονομάζεται απλότυπος (haplotype). Ένα άτομο κληρονομεί τον ένα απλότυπο από τη μητέρα και τον άλλο απλότυπο από τον πατέρα
Σε μη ομομικτικούς πληθυσμούς, οι απόγονοι, γενικά, θα είναι ετερόζυγοι σε πολλούς τόπους και θα εκφράζουν τόσο τα μητρικά, όσο και τα πατρικά αλληλόμορφα MHC. Τα αλληλόμορφα παρουσιάζουν συνεπικρατή έκφραση. Δηλαδή, τόσο τα μητρικά όσο και τα πατρικά γονιδιακά προϊόντα εκφράζονται στα ίδια κύτταρα. Εάν τα ποντίκια είναι ομομικτικά (δηλαδή, έχουν πανομοιότυπα αλληλόμορφα σε όλες τις θέσεις), κάθε H-2 τόπος θα είναι ομόζυγος, αφού ο μητρικός και ο πατρικός απλότυπος είναι πανομοιότυποι και συνεπώς, όλοι οι απόγονοι θα εκφράζουν πανομοιότυπους απλοτύπους.
Εάν δύο ποντίκια από ομομικτικές φυλές που έχουν διαφορετικούς απλοτύπους MHC διασταυρωθούν μεταξύ τους, η F1 γενιά θα κληρονομήσει απλοτύπους και από τις δύο γονικές φυλές και συνεπώς θα εκφράζει και τα δύο γονικά αλληλόμορφα του κάθε MHC τόπου. Για παράδειγμα, αν η φυλή Η-2b διασταυρωθεί με την Η-2k, τότε η F1 θα κληρονομήσει και τις δύο γονικές ομάδες αλληλομόρφων και θα ονομαστεί Η-2b/k
Επειδή αυτή η F1 γενιά εκφράζει τις πρωτεΐνες MHC και των δύο πατρικών φυλών στα κύτταρά της, είναι ιστοσυμβατή και με τις δύο φυλές και ικανή να δεχθεί μοσχεύματα και από τις δύο πατρικές φυλές. Όμως, καμία από τις ομομικτικές πατρικές φυλές δεν μπορεί να αποδεχθεί μόσχευμα από ποντίκια της F1 γενιάς, γιατί τα μόρια MHC θα είναι κατά το ήμισυ ξένα με της πατρικής φυλής.
Η κληρονόμηση των HLA απλοτύπων από ετερόζυγους γονείς στον άνθρωπο παρουσιάζονται στην Εικόνα 8-2γ. Σε ένα μη ομομικτικό πληθυσμό, το κάθε άτομο είναι γενικά ετερόζυγο σε κάθε γενετικό τόπο. Το ανθρώπινο HLA σύμπλεγμα είναι ιδιαίτερα πολυμορφικό και υπάρχουν πολλαπλά αλληλόμορφα για κάθε τάξης Ι και τάξης ΙΙ γονίδια. Όμως, όπως και στα ποντίκια, οι ανθρώπινοι τόποι MHC είναι στενά συνδεδεμένοι και συνήθως κληρονομούνται ως απλότυποι. Όταν ο πατέρας και η μητέρα έχουν διαφορετικούς απλοτύπους όπως φαίνεται στο παράδειγμα , υπάρχει μία πιθανότητα στις τέσσερις τα αδέλφια να κληρονομήσουν τους ίδιους πατρικούς και μητρικούς απλοτύπους και, συνεπώς, να είναι ιστοσυμβατά το ένα με το άλλο. Κανένας από τους απογόνους δεν θα είναι ιστοσυμβατός με τους γονείς.
η συχνότητα ανασυνδυασμού από επιχιασμό που είναι χαμηλή εντός των HLA, συμβάλλει σημαντικά στη δημιουργία ποικιλομορφίας των γενετικών τόπων στον ανθρώπινο πληθυσμό. Ο γενετικός ανασυνδυασμός δημιουργεί νέους συνδυασμούς αλληλομόρφων (Εικόνα 8-2δ) και ο υψηλός αριθμός των γενεών που μεσολάβησαν από την πρώτη εμφάνιση του ανθρώπινου είδους, έχει επιτρέψει έναν ευρύ ανασυνδυασμό. Ως αποτέλεσμα των ανασυνδυασμών και άλλων μηχανισμών που δημιουργούν μεταλλάξεις, είναι σπάνιο για δύο μη συγγενικά άτομα να διαθέτουν πανομοιότυπες ομάδες HLA γονιδίων.
Μόρια και γονίδια MHC Τα μόρια MHC τάξης Ι και τάξης ΙΙ είναι μεμβρανοσυνδεόμενες γλυκοπρωτεΐνες, στενά σχετιζόμενες μεταξύ τους, τόσο ως προς τη δομή όσο και τη λειτουργία, έχουν απομονωθεί και καθαριστεί και οι τρισδιάστατες δομές των εξωκυτταρικών τους περιοχών έχουν προσδιοριστεί με κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ. Και οι δύο τύποι των μεμβρανικών γλυκοπρωτεϊνών λειτουργούν ως απόλυτα εξειδικευμένα αντιγονοπαρουσιαστικά μόρια, που δημιουργούν ασυνήθιστα σταθερά συμπλέγματα με τα αντιγονικά πεπτίδια, παρουσιάζοντάς τα στην κυτταρική επιφάνεια, προκειμένου να αναγνωριστούν από τα Τ λεμφοκύτταρα. Αντίθετα, τα μόρια MHC τάξης ΙΙΙ είναι μία ομάδα μη σχετιζόμενων πρωτεϊνών που δεν ομοιάζουν δομικά, ούτε έχουν κοινή λειτουργία με τα μόρια τάξεων Ι και ΙΙ. Τα μόρια τάξης ΙΙΙ συμπεριλαμβάνουν πρωτεΐνες του συμπληρώματος
Τα μόρια τάξης Ι έχουν μία γλυκοπρωτεϊνικής φύσης βαριά αλυσίδα και μία μικρή πρωτεΐνη ως ελαφριά αλυσίδα
Τα μόρια MHC τάξης Ι αποτελούνται από μία α-αλυσίδα μεγέθους 45kDa, η οποία συνδέεται μη ομοιοπολικά με ένα μόριο β2-μικροσφαιρίνης (β2-microglobulin) μεγέθους 12 kDa. Η α αλυσίδα είναι μία διαμεμβρανική γλυκοπρωτεΐνη που κωδικοποιείται από πολυμορφικά γονίδια που βρίσκονται εντός των Α, Β και C περιοχών στο σύμπλεγμα HLA του ανθρώπου και εντός των Κ και D περιοχών στο σύμπλεγμα Η-2 του ποντικού Η β2-μικροσφαιρίνη είναι μία πρωτεΐνη που κωδικοποιείται από ένα υψηλά συντηρημένο γονίδιο που εδράζεται σε διαφορετικό χρωμόσωμα. Η σύνδεση της α αλυσίδας με τη β2-μικροσφαιρίνη απαιτείται για την έκφραση των μορίων MHC τάξης Ι στην κυτταρική μεμβράνη
Δομικές αναλύσεις αποκάλυψαν ότι η α αλυσίδα των μορίων MHC τάξης Ι οργανώνεται σε τρεις εξωτερικές επικράτειες (α1, α2 και α3), η καθεμιά από τις οποίες περιέχει περίπου 90 αμινοξέα, μία διαμεμβρανική περιοχή από περίπου 25 υδρόφοβα αμινοξέα που ακολουθείται από μια μικρή αλληλουχία φορτισμένων (υδρόφιλων) αμινοξέων και, τέλος, από ένα κυτταροπλασματικό τμήμα σταθεροποίησης μήκους 30 αμινοξέων Η β2-μικροσφαιρίνη είναι παρόμοια σε μέγεθος και οργάνωση με την α3 επικράτεια. Δεν διαθέτει διαμεμβρανική περιοχή και είναι μη ομοιοπολικά συνδεδεμένη με τη γλυκοπρωτεΐνη τάξης Ι. Η ανάλυση της αλληλουχίας τους αποκάλυψε ομολογία μεταξύ της α3 επικράτειας, της β2-μικροσφαιρίνης και των επικρατειών των σταθερών περιοχών των ανοσοσφαιρινών.
Η αύλακα πρόσδεσης του πεπτιδίου (peptide–binding cleft) βρίσκεται στην ανώτερη επιφάνεια του μορίου MHC τάξης Ι και είναι αρκετά μεγάλη ώστε να προσδένει πεπτίδια μήκους 8-10 αμινοξέων. Το μεγάλο εύρημα-έκπληξη της κρυσταλλογραφικής ανάλυσης των μορίων τάξης Ι με ακτίνες-Χ ήταν ότι μαζί με την πρωτεΐνη συγκρυσταλλώθηκαν μικρά πεπτίδια μέσα στην αύλακα. Όπως διαπιστώθηκε, αυτά τα πεπτίδια είναι τμήματα επεξεργασμένων εαυτών αντιγόνων, είναι δηλαδή εαυτά-πεπτίδια προσδεδεμένα στις επικράτειες α1 και α2 μέσα σε αυτή τη βαθιά αύλακα.
Η επικράτεια α3 και η β2-μικροσφαιρίνη οργανώνονται σε δομή αυτή, γνωστή ως ανοσοσφαιρινική αναδίπλωση (immunoglobulin fold), είναι χαρακτηριστική για τις επικράτειες των ανοσοσφαιρινών. Εξαιτίας αυτής της δομικής ομοιότητας, που ήταν αναμενόμενη λαμβάνοντας υπόψη την ιδιαίτερα υψηλή ομοιότητα με τις αλληλουχίες των σταθερών περιοχών των ανοσοσφαιρινών, τα μόρια MHC τάξης Ι και η β2-μικροσφαιρίνη κατατάσσονται στα μέλη της υπεροικογένειας των ανοσοσφαιρινών
Η επικράτεια α3 παρουσιάζει ιδιαίτερη συντηρητικότητα μεταξύ των διαφορετικών μορίων MHC τάξης Ι και περιέχει μία αλληλουχία που αλληλεπιδρά με το επιφανειακό μόριο CD8 των ΤC κυττάρων
Τα μόρια τάξης ΙΙ έχουν δύο μη ταυτόσημες γλυκοπρωτεϊνικής φύσης αλυσίδες Τα μόρια MHC τάξης ΙΙ αποτελούνται από δύο διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες, μία α αλυσίδα μεγέθους 33 kDa και μία β αλυσίδα 28 kDa, που συνδέονται μεταξύ τους με μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις
Όπως και οι α αλυσίδες των μορίων τάξης Ι, τα μόρια MHC τάξης ΙΙ είναι μεμβρανικές γλυκοπρωτεΐνες που αποτελούνται από εξωτερικές επικράτειες, ένα διαμεμβρανικό τμήμα και ένα κυτταροπλασματικό τμήμα αγκυροβόλησης. Κάθε αλυσίδα σε ένα μόριο τάξης ΙΙ περιέχει δύο εξωτερικές περιοχές: τις επικράτειες α1 και α2 στη μία αλυσίδα και τις επικράτειες β1 και β2 στην άλλη αλυσίδα. Οι κοντινές στη μεμβράνη α2 και β2 επικράτειες, όπως και εκείνες των μορίων MHC τάξης Ι, παρουσιάζουν ομοιότητες στην αλληλουχία τους και εμφανίζουν δομές με ανοσοσφαιρινικές αναδιπλώσεις (υπεροικογένεια των ανοσοσφαιρινών).
Κρυσταλλογραφική ανάλυση με ακτίνες-Χ αποκάλυψε την ομοιότητα μεταξύ των μορίων τάξης Ι και τάξης ΙΙ τα μόρια τάξης Ι μοιάζουν περισσότερο με κοίλωμα, ενώ τα τάξης ΙΙ με ανοικτή, στα άκρα, τάφρο. Οι διαφορές αυτές στη λεπτομερή δομή των μορίων MHC δημιουργούν λειτουργικές επιπτώσεις
Τα μόρια τάξης Ι και τάξης ΙΙ εκδηλώνουν πολυμορφισμό στην περιοχή που προσδένονται τα πεπτίδια Στον άνθρωπο έχουν ταυτοποιηθεί αρκετές εκατοντάδες διαφορετικών αλληλομόρφων των μορίων MHC τάξης Ι και ΙΙ. Το κάθε μεμονωμένο άτομο, όμως, εκφράζει μόνο ένα μικρό αριθμό από αυτά τα μόρια - μέχρι 6 διαφορετικά μόρια τάξης Ι και μέχρι 12 διαφορετικά μόρια τάξης ΙΙ. Και όμως, αυτός ο περιορισμένος αριθμός μορίων MHC πρέπει να μπορεί να παρουσιάζει μία τεράστια κλίμακα διαφορετικών αντιγονικών πεπτιδίων στα Τ κύτταρα, επιτρέποντας στο ανοσοποιητικό σύστημα να αποκρίνεται ειδικά, σε μία μεγάλη ποικιλία αντιγονικών προκλήσεων
Έτσι, η πρόσδεση των πεπτιδίων στα μόρια τάξης Ι και τάξης ΙI δεν παρουσιάζει την απόλυτη ειδικότητα που χαρακτηρίζει την πρόσδεση του αντιγόνου στα αντισώματα και τους υποδοχείς των Τ κυττάρων. Αντίθετα, ένα δεδομένο μόριο MHC μπορεί να προσδένει πολλά διαφορετικά πεπτίδια και μερικά πεπτίδια μπορούν να προσδεθούν σε αρκετά διαφορετικά μόρια MHC. Λόγω αυτής της ευρείας ειδικότητας, η σύνδεση μεταξύ ενός πεπτιδίου και ενός μορίου MHC συχνά θεωρείται ΩΣ ΜΗ ΕΙΔΙΚΗ.
ΜΟΡΙΑ ΤΑΞΗΣ ΙΙ ΜΟΡΙΑ ΤΑΞΗΣ Ι στα μόρια τάξης ΙΙ η αύλακα είναι ανοικτή η ανοικτή αύλακα των μορίων τάξης ΙΙ φιλοξενεί ελαφρώς μεγαλύτερα πεπτίδια, 13-18 αμινοξέων. Δεν υπάρχει τέτοια απαίτηση για ειδικά αμινοξικά κατάλοιπα για την πρόσδεση πεπτιδίων στα μόρια τάξης ΙΙ. Στα μόρια τάξης Ι η αύλακα πρόσδεσης του πεπτιδίου είναι κλειστή και στα δύο άκρα. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαφοράς, τα μόρια τάξης Ι προσδένουν πεπτίδια που τυπικά περιέχουν 8-10 αμινοξικά κατάλοιπα. η πρόσδεση στα μόρια τάξης Ι απαιτεί το πεπτίδιο να εμπεριέχει ειδικά αμινοξικά κατάλοιπα κοντά στο αμινοτελικό και το καρβοξυτελικό του άκρο
Κάτω από φυσιολογικές συνθήκες, η σύνδεση πεπτιδίου-μορίου MHC είναι πολύ σταθερή (οι τιμές Kd κυμαίνονται από ~10-6 έως 10-10). Έτσι, τα περισσότερα από τα μόρια MHC που εκφράζονται στη μεμβράνη ενός κυττάρου θα συνδεθούν με ένα πεπτίδιο εαυτής ή μη εαυτής προέλευσης.
Αλληλεπίδραση μορίου ΜΗC τάξης Ι-πεπτιδίου Τα μόρια MHC τάξης Ι προσδένουν πεπτίδια και τα παρουσιάζουν στα CD8+ Τ κύτταρα. τα πεπτίδια αυτά προέρχονται από ενδογενείς, ενδοκυτταρικές πρωτεΐνες που υφίστανται πέψη στο κυτταρόπλασμα. Τα πεπτίδια στη συνέχεια μεταφέρονται από το κυτταρόπλασμα μέσα στις κύστεις του ενδοπλασματικού δικτύου, όπου και αλληλεπιδρούν με τα μόρια MHC τάξης Ι. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως : ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ Ή ΕΝΔΟΓΕΝΗΣ ΟΔΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ
ακόμα και ένα σύμπλεγμα MHC-πεπτιδίου αρκεί προκειμένου ένα κύτταρο να στοχευθεί για αναγνώριση και λύση από ένα κυτταροτοξικό Τ κύτταρο που διαθέτει υποδοχέα ειδικό για τη δομή στόχευσης. Κάθε τύπος μορίου MHC τάξης Ι (K, D και L στα ποντίκια ή A, B και C στον άνθρωπο), προσδένει μία μοναδική σειρά πεπτιδίων. Επιπλέον, κάθε διαφορετικό αλληλόμορφο του μορίου MHC τάξης Ι (πχ. Η-2Κk και H-2Kd), επίσης, προσδένει μία συγκεκριμένη σειρά πεπτιδίων. Επειδή κάθε μεμονωμένο εμπύρηνο κύτταρο εκφράζει περίπου 105 αντίγραφα από κάθε μόριο τάξης Ι, πολλά διαφορετικά πεπτίδια θα παρουσιάζονται συγχρόνως στην επιφάνεια ενός εμπύρηνου κυττάρου από τα μόρια MHC τάξης Ι.
Τα προσδεδεμένα πεπτίδια που απομονώ-θηκαν από διαφορετικά μόρια τάξης Ι βρέθηκε να έχουν δύο ξεχωριστές ιδιότητες: έχουν μέγεθος οκτώ έως δέκα αμινοξέων (πιο συχνά εννέα) και περιέχουν ειδικά αμινοξικά κατάλοιπα, που φαίνεται να είναι κρίσιμα για την πρόσδεσή τους σε ένα συγκεκριμένο μόριο MHC
Κρυσταλλογραφικές αναλύσεις με ακτίνες-Χ των συμπλεγμάτων πεπτιδίου-μορίου MHC τάξης Ι, έδειξαν ότι η αύλακα πρόσδεσης του πεπτιδίου σε ένα δεδομένο μόριο MHC μπορεί να αλληλεπιδρά σταθερά με ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών πεπτιδίων προσδένονται κατά προτίμηση εννεαμερή πεπτίδια επιτρέποντας να φιλοξενηθούν στην ίδια αύλακα πεπτίδια που είναι ελαφρώς μεγαλύτερα ή μικρότερα. Τα αμινοξέα που υπεγείρονται από το μόριο MHC εκτίθενται περισσότερο και προφανώς μπορούν να αλληλεπιδρούν πιο άμεσα με τον υποδοχέα των Τ κυττάρων.
Αλληλεπίδραση μορίου MHC τάξης ΙΙ-πεπτιδίου Τα μόρια MHC τάξης ΙΙ προσδένουν επίσης πεπτίδια και τα παρουσιάζουν στα CD4+ T κύτταρα. Όπως και τα μόρια τάξης Ι, τα μόρια τάξης ΙΙ μπορούν να προσδέσουν ποικιλία πεπτιδίων. Γενικά, αυτά τα πεπτίδια προέρχονται από εξωγενείς πρωτεΐνες (είτε εαυτές είτε μη εαυτές), που αποικοδομούνται μέσω της ενδοκυτταρικής οδού επεξεργασίας.
Τα περισσότερα από τα πεπτίδια που συνδέονται με μόρια MHC τάξης ΙΙ προέρχονται από εαυτές μεμβρανικές πρωτεΐνες ή ξένες πρωτεΐνες που έχουν εισέλθει στο κύτταρο 1) με φαγοκυττάρωση ή με 2)ενδοκυττάρωση μεσολαβούμενη από υποδοχέα, και, στη συνέχεια, έχουν υποστεί επεξεργασία μέσω της ενδοκυτταρικής οδού. Πεπτίδια που ανακτώνται από τα συμπλέγματα μορίου MHC τάξης ΙΙ-πεπτιδίου, γενικά, περιέχουν 13-18 αμινοξικά κατάλοιπα, είναι δηλαδή κατά τι μακρύτερα από τα εννεαμερή πεπτίδια που πολύ συχνά προσδένονται σε μόρια τάξης Ι. Η αύλακα στα μόρια τάξης ΙΙ είναι ανοικτή και στα δύο άκρα της επιτρέποντας στα μεγαλύτερα πεπτίδια να εκτείνονται πέρα από τα άκρα της, όπως ένα μακρύ λουκάνικο σε ένα “hot dog”
Τα μόρια τάξης Ι και τάξης ΙΙ εκδηλώνουν ποικιλομορφία μέσα στο ίδιο είδος ενώ πολλαπλές τους μορφές εμφανίζονται σε κάθε άτομο Μεταξύ των ειδών, αλλά και των ατόμων του ίδιου είδους, παρουσιάζεται τεράστια ποικιλομορφία ως προς τα μόρια MHC. Αυτή η ποικιλότητα είναι αντίστοιχη με την ποικιλότητα των αντισωμάτων και των υποδοχέων των Τ κυττάρων, αλλά η προέλευσή της στα μόρια MHC δεν είναι ίδια. Η δημιουργία των Τ και Β κυτταρικών υποδοχέων είναι μία δυναμική διεργασία που αλλάζει με το χρόνο στο ίδιο το άτομο. Αντίθετα, τα μόρια MHC που εκφράζονται σε ένα άτομο είναι σταθερά και δεν αλλάζουν με το χρόνο
Η ποικιλότητα των μορίων MHC μέσα στο ίδιο είδος απορρέει από τον πολυμορφισμό, δηλαδή την παρουσία πολλαπλών αλληλομόρφων για ένα συγκεκριμένο γενετικό τόπο μέσα στο ίδιο είδος. Η ποικιλότητα των μορίων MHC σε ένα άτομο είναι αποτέλεσμα όχι μόνο της ύπαρξης διαφορετικών αλληλομόρφων του κάθε γονιδίου, αλλά, επίσης, της παρουσίας διπλασιασμένων γονιδίων με παρόμοιες ή επικαλυπτόμενες λειτουργίες, κάτι που θυμίζει τους διαφορετικούς ισοτύπους των ανοσοσφαιρινών. Έτσι, επειδή το σύμπλεγμα MHC περιέχει γονίδια με παρόμοια, αλλά όχι ταυτόσημη δομή και λειτουργία (για παράδειγμα τα HLA-A, -B και -C), μπορεί να ονομαστεί και πολυγονιδιακό (polygenic
Τα μόρια MHC διαθέτουν έναν υπερβολικά μεγάλο αριθμό διαφορετικών αλληλομόρφων σε κάθε γενετικό τόπο και είναι ένα από τα πιο γνωστά πολυμορφικά γενετικά συμπλέγματα στα ανώτερα σπονδυλωτά. Ο αριθμός των αμινοξικών διαφορών μεταξύ των αλληλομόρφων MHC φαίνεται να είναι αρκετά σημαντικός και, μέχρι 20 διαφορετικά αμινοξικά κατάλοιπα, μπορεί να προσδίδουν τη μοναδική χαρακτηριστική δομή στο κάθε αλληλόμορφο
Πρόσφατες εκτιμήσεις για το ακριβές μέγεθος του πολυμορφισμού στο MHC του ανθρώπου έδειξαν ότι πιθανόν να βρισκόμαστε σε χαμηλό όριο και αυτό γιατί τα περισσότερα δεδομένα έχουν ληφθεί από αναλύσεις πληθυσμών Ευρωπαϊκής καταγωγής. Το γεγονός ότι πολλές μη Ευρωπαϊκές πληθυσμιακές ομάδες δεν μπορούν να τυποποιηθούν χρησιμοποιώντας τα διαθέσιμα αντιδραστήρια της ορολογικής MHC τυποποίησης, υποδηλώνει ότι η παγκόσμια ποικιλότητα των γονιδίων MHC είναι κατά πολύ μεγαλύτερη. Σήμερα, πλέον, που η ανάλυση της αλληλουχίας των γονιδίων MHC μπορεί να γίνει άμεσα, αναμένεται ότι θα ανιχνευθούν πολλά επιπρόσθετα αλληλόμορφα.
Αυτός ο τεράστιος πολυμορφισμός οδηγεί στην εντυπωσιακά μεγάλη ποικιλότητα των μορίων MHC μεταξύ των ατόμων του ίδιου είδους Ο μεγάλος βαθμός ποικιλομορφίας μεταξύ των MHC γενετικών τόπων διαφορετικών ατόμων καθστά πολύ δύσκολη τη συμβατότητα των τύπων MHC μεταξύ δότη και δέκτη για να εξασφαλίσει την επιτυχή μεταμόσχευση οργάνων
Λειτουργική σημασία του MHC πολυμορφισμού
Ο εντοπισμός τόσο πολλών πολυμορφικών αμινοξέων μέσα στη θέση πρόσδεσης του επεξεργασμένου αντιγόνου, συνηγορούν έντονα στο ότι οι διαφορές μεταξύ των αλληλομόρφων συμμετέχουν στις παρατηρούμενες διαφορές ως προς την ικανότητα των μορίων MHC να αλληλεπιδρούν με ένα δεδομένο αντιγονικό πεπτίδιο.
Αναλυτικός γενετικός χάρτης των γονιδίων MHC Το σύμπλεγμα MHC καταλαμβάνει έκταση περίπου 2.000 kb στο DNA του ποντικού και περίπου 4.000 kb στο DNA του ανθρώπου. Η πρόσφατα ολοκληρωμένη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος δείχνει ότι αυτή η περιοχή αποτελείται από πολύ στενά πακεταρισμένα γονίδια, τα περισσότερα από τα οποία έχουν άγνωστες λειτουργίες. Η πιο πρόσφατη κατανόηση της γονιδιωματικής οργάνωσης των γονιδίων MHC του ποντικού και του ανθρώπου παρουσιάζεται ως διάγραμμα στην Εικόνα 8-11.
Η περιοχή των μορίων τάξης Ι στον άνθρωπο εκτείνεται περίπου 2 Η περιοχή των μορίων τάξης Ι στον άνθρωπο εκτείνεται περίπου 2.000 kb στο άκρο προς το τελομερές του συμπλέγματος HLA
Στον άνθρωπο, η περιοχή MHC τάξης Ι έχει μήκος περίπου 2 Στον άνθρωπο, η περιοχή MHC τάξης Ι έχει μήκος περίπου 2.000 kb και περιέχει περίπου 20 γονίδια. Στο ποντίκι, το MHC τάξης Ι αποτελείται από δύο περιοχές που διαχωρίζονται μεταξύ τους από τις παρεμβαλλόμενες περιοχές των γονιδίων τάξης ΙΙ και τάξης ΙΙΙ. Μέσα στην περιοχή των MHC τάξης Ι, περιέχονται τα γονίδια που κωδικοποιούν τα πολύ καλά χαρακτηρισμένα κλασικά μόρια MHC τάξης Ι και ονομάζονται HLA-A, HLA-B και HLA-C στον άνθρωπο και H-2K, H-2D και H-2L στο ποντίκι. Πολλά μη κλασικά γονίδια τάξης Ι, που ταυτοποιήθηκαν με μοριακή χαρτογράφηση, υπάρχουν επίσης τόσο στο MHC του ανθρώπου, όσο και του ποντικού. Στο ποντίκι, τα μη κλασικά γονίδια τάξης Ι εδράζονται σε τρεις περιοχές (H-2Q, T και Μ), Στον άνθρωπο, τα μη κλασικά γονίδια τάξης Ι εμπεριέχουν τους γενετικούς τόπους HLA-E, HLA-F, HLA-G, HFE, HLA-J HLA-X, όπως επίσης και την πρόσφατα ανακαλυφθείσα οικογένεια γονιδίων που ονομάζονται MIC,
Τα γονίδια MHC τάξης ΙΙ εδράζονται στο άκρο προς το κεντρομερές του HLA
Η περιοχή MHC τάξης ΙΙ περιέχει τα γονίδια που κωδικοποιούν τις α και β αλυσίδες των κλασικών μορίων MHC τάξης ΙΙ, που ονομάζονται HLA-DR, DP και DQ, στον άνθρωπο και Η-2ΙΑ και Η-2ΙΕ, στο ποντίκι. Η περιοχή τάξης ΙΙΙ του MHC στον άνθρωπο και το ποντίκι περιέχει μία ετερογενή συλλογή γονιδίων . Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν αρκετά συστατικά του συμπληρώματος, δύο υδροξυλάσες-21 των στεροειδών, δύο πρωτεΐνες θερμικού σοκ και δύο κυτταροκίνες (TNF-α και TNF-β). Μερικά από τα γονιδιακά προϊόντα αυτών των μορίων MHC τάξης ΙΙΙ παίζουν ρόλο σε συγκεκριμένα νοσήματα. Για παράδειγμα, μεταλλάξεις στα γονίδια που κωδικοποιούν την υδροξυλάση-21 έχουν συσχετιστεί με τη συγγενή υπερπλασία των επινεφριδίων. ΕΙΝΑΙ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ ΟΤΙ ΣΕ ΟΛΑ ΤΑ ΕΙΔΗ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΜΗC ΥΠΑΡΧΕΙ ΜΙΑ ΣΤΕΝΑ ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΗ ΓΟΝΙΔΙΑΚΗ ΟΜΑΔΑ MHC ΤΑΞΗΣ ΙΙΙ.
Κυτταρική έκφραση των μορίων MHC τάξης Ι
Τα χαμηλά επίπεδα στα ηπατοκύτταρα μπορεί να συνεισφέρουν στη σημαντική επιτυχία των ηπατικών μοσχευμάτων, μειώνοντας την πιθανότητα αναγνώρισης του μοσχεύματος από τα TC κύτταρα του δέκτη. Μερικοί κυτταρικοί τύποι (π.χ. οι νευρώνες και τα σπερματοκύτταρα σε συγκεκριμένα στάδια διαφοροποίησης), φαίνεται να στερούνται όλων των μορίων MHC τάξης Ι.
Στα φυσιολογικά, υγιή κύτταρα, τα μόρια τάξης Ι θα εκθέτουν εαυτά πεπτίδια που προέρχονται από τη φυσιολογική ανακύκλωση των εαυτών πρωτεϊνών. Στα κύτταρα που είναι μολυσμένα με ιό, θα εκτίθενται τα ιικά πεπτίδια, όπως και τα εαυτά πεπτίδια. Ένα μεμονωμένο, μολυσμένο με ιό κύτταρο θα πρέπει θεωρητικά να έχει διαφορετικά μόρια τάξης Ι στη μεμβράνη του, καθένα από τα οποία θα παρουσιάζει διαφορετικές ομάδες ιικών πεπτιδίων. Εξαιτίας των ατομικών διαφορών των αλληλομόρφων, στις αύλακες πρόσδεσης πεπτιδίων των μορίων MHC τάξης Ι, διαφορετικά άτομα του ίδιου είδους θα έχουν την ικανότητα να προσδένουν διαφορετικές ομάδες ιικών πεπτιδίων.
Κυτταρική έκφραση των μορίων MHC τάξης Ι Ι τα μόρια τάξης ΙΙ εκφράζονται σταθερά μόνο στα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα, κυρίως στα μακροφάγα, δενδριτικά κύτταρα και Β κύτταρα. Στα επιθηλιακά κύτταρα του θύμου και σε κάποιους άλλους κυτταρικούς τύπους μπορεί να επαχθεί η έκφραση μορίων τάξης ΙΙ, τα οποία, έτσι, μπορούν να λειτουργήσουν ως αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα σε συγκεκριμένες συνθήκες και μετά από ενεργοποίησή τους με ορισμένες κυτταροκίνες.
Μεταξύ των διαφόρων κυτταρικών τύπων που εκφράζουν μόρια MHC τάξης ΙΙ παρατηρούνται σημαντικές διαφορές ως προς την έκφραση. Σε μερικές περιπτώσεις, η έκφραση των μορίων τάξης ΙΙ εξαρτάται από το στάδιο διαφοροποίησης του κυττάρου. Για παράδειγμα, τα μόρια τάξης ΙΙ δεν μπορούν να ανιχνευθούν στα προγονικά Β κύτταρα, αλλά εκφράζονται σταθερά στη μεμβράνη των ώριμων Β κυττάρων. Παρόμοια, τα μονοκύτταρα και τα μακροφάγα εκφράζουν μόνο χαμηλά επίπεδα μορίων τάξης ΙΙ μέχρις ότου ενεργοποιηθούν μετά την αλληλεπίδρασή τους με το αντιγόνο, με αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση των επιπέδων της έκφρασής τους.
MHC και ευαισθησία σε ασθένειες Μερικά αλληλόμορφα HLA εμφανίζονται με υψηλότερη συχνότητα σε ανθρώπους που πάσχουν από συγκεκριμένες ασθένειες από ό,τι στο γενικό πληθυσμό. Οι ασθένειες που σχετίζονται με συγκεκριμένα αλληλόμορφα MHC συμπεριλαμβάνουν αυτοάνοσες διαταραχές, ορισμένες ιώσεις, διαταραχές του συστήματος του συμπληρώματος, μερικές νευρολογικές ασθένειες και αρκετές, διαφορετικών τύπων, αλλεργίες.
Η συσχέτιση μεταξύ ενός αλληλομόρφου HLA και μίας δεδομένης ασθένειας μπορεί να ποσοτικοποιηθεί με τον προσδιορισμό της συχνότητας των αλληλομόρφων HLA που εκφράζονται σε άτομα προσβεβλημένα από τη νόσο και συγκρίνοντας τα δεδομένα αυτά με τη συχνότητα των ίδιων αλληλομόρφων στο γενικό πληθυσμό. Αυτή η σύγκριση επιτρέπει τον υπολογισμό του σχετικού κινδύνου (relative risk, RR). (Ag+/Ag–) ομάδας ασθενών RR= (Ag+/Ag–) ομάδας ελέγχου
Τιμή σχετικού κινδύνου ίση με 1 σημαίνει ότι το αλληλόμορφο HLA εκφράζεται με την ίδια συχνότητα στους ασθενείς και το γενικό πληθυσμό, δηλαδή ότι το αλληλόμορφο δεν παρέχει αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης της νόσου. Τιμή σχετικού κινδύνου σημαντικά ανώτερη του 1, υποδηλώνει συσχέτιση μεταξύ των αλληλομόρφων HLA και της ασθένειας. Για παράδειγμα, άτομα με το αλληλόμορφο HLA-B27, έχουν 90 φορές μεγαλύτερη πιθανότητα (σχετικός κίνδυνος 90) να εμφανίσουν την αυτοάνοση ασθένεια αγκυλωτική σπονδυλίτιδα, μία φλεγμονώδη ασθένεια των σπονδυλικών συνδέσεων που χαρακτηρίζεται από καταστροφή του χόνδρου, από ό,τι τα άτομα που δεν φέρουν αυτό το αλληλόμορφο HLA-B.
Η ύπαρξη συσχέτισης ενός αλληλομόρφου MHC και μίας ασθένειας δεν πρέπει να υποδηλώνει ότι η έκφραση του αλληλομόρφου ευθύνεται για την ασθένεια, αφού η σχέση αυτή είναι πολύπλοκη.
Στην περίπτωση της αγκυλωτικής σπονδυλίτιδας, για παράδειγμα, προτάθηκε ότι επειδή τα γονίδια των TNF-α και TNF-β συνδέονται στενά με το γενετικό τόπο HLA-Β, αυτές οι κυτταροκίνες μπορεί να εμπλέκονται στην καταστροφή του χόνδρου
Όταν οι συσχετίσεις μεταξύ των αλληλομόρφων MHC και της ασθένειας είναι μικρές Αντικατοπτρίζεται σε χαμηλές τιμές σχετικού κινδύνου, είναι πολύ πιθανό η ευαισθησία στη νόσο να επηρεάζεται από πολλαπλά γονίδια, από τα οποία μόνο ένα είναι το MHC. Το γενετικό υπόβαθρο διαφόρων αυτοάνοσων νοσημάτων, όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας (σχετίζεται με το DR2, με ένα RR της τάξης του 5) και η ρευματοειδής αρθρίτιδα (σχετίζεται με το DR4, με ένα RR της τάξης του 10), έχουν μελετηθεί διεξοδικά. Το γεγονός ότι αυτές οι ασθένειες δεν κληρονομούνται σύμφωνα με τον απλό διαχωρισμό κατά Mendel των αλληλομόρφων MHC, μπορεί να φανεί στα ομοζυγωτικά δίδυμα. Και τα δύο κληρονομούν τον παράγοντα κινδύνου του MHC, αλλά δεν είναι με κανένα τρόπο βέβαιο ότι και τα δύο θα αναπτύξουν τη νόσο. Αυτό το εύρημα προτείνει ότι για την ανάπτυξη ασθενειών, ιδιαίτερα αυτοάνοσων, παίζουν ρόλο πολλαπλοί γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες, με το MHC να παίζει ένα σημαντικό, αλλά όχι αποκλειστικό, ρόλο
ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ MHC ΣΤΗΝ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΣΕ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ
ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ MHC ΣΤΗΝ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΣΕ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ 3) Η γενετική ανάλυση της ασθένειας πρέπει να λαμβάνει υπόψη της την πιθανότητα ότι μπορεί να εμπλέκονται γονίδια από πολλαπλούς γενετικούς τόπους και ότι μπορεί να απαιτούνται αυτές οι σύνθετες αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους προκειμένου να εκδηλωθεί η ασθένεια.
ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ MHC ΣΤΗΝ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΣΕ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ Τα τσίτα και μερικά άλλα είδη άγριας γάτας, όπως οι πάνθηρες της Florida, που έχουν δειχθεί να είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα ζώα σε ιώσεις, έχουν πολύ περιορισμένο πολυμορφισμό MHC. Πιθανολογείται ότι ο υπάρχων πληθυσμός από τσίτα (Εικόνα 8-13), προήλθε από μία περιορισμένη δεξαμενή αναπαραγωγής, που προκάλεσε την απώλεια της ποικιλότητας του MHC.
Η αυξημένη ευαισθησία των τσίτα σε διάφορες ιώσεις μπορεί να είναι το αποτέλεσμα του μειωμένου αριθμού των διαφορετικών μορίων MHC που είναι συνολικά διαθέσιμα στο είδος, με επακόλουθο τον περιορισμό στο εύρος των επεξεργασμένων αντιγόνων με τα οποία αυτά τα μόρια MHC μπορούν να αλληλεπιδρούν Συνεπώς, το υψηλό επίπεδο πολυμορφισμού του MHC που έχει παρατηρηθεί σε διάφορα είδη, μπορεί να παρέχει το πλεονέκτημα της ύπαρξης ευρείας κλίμακας αντιγονοπαρουσιαστικών μορίων ΜΗC.
Μερικά άτομα μέσα σε ένα είδος δεν θα είναι ικανά να αναπτύξουν ανοσολογική απόκριση σε ένα δεδομένο παθογόνο και συνεπώς θα είναι ευαίσθητα σε μολύνσεις από αυτό, όμως ο τεράστιος πολυμορφισμός εξασφαλίζει ότι τουλάχιστον μερικά μέλη του είδους θα είναι ικανά να αποκρίνονται και θα είναι ανθεκτικά. Με αυτόν τον τρόπο, η ποικιλότητα στα μόρια MHC φαίνεται να προστατεύει το είδος από ένα ευρύ φάσμα μολυσματικών ασθενειών
Εαυτός-MHC περιορισμός των Τ κυττάρων Σειρά πειραμάτων, με στόχο τη διαλεύκανση της σχέσης μεταξύ των μορίων MHC και της ανοσολογικής απόκρισης, απέδειξαν ότι τόσο τα CD4+ όσο και τα CD8+ Τ κύτταρα αναγνωρίζουν ένα αντιγόνο, μόνο όταν παρουσιάζεται από ένα εαυτό μόριο MHC και αυτή η ιδιότητα ονομάζεται εαυτός-MHC περιορισμός (self-MHC restriction). Αποδείχθηκε ότι ο αντιγονοειδικός πολλαπλασιασμός των ΤΗ κυττάρων συμβαίνει μόνο ως απόκριση σε ένα αντιγόνο που παρουσιάζεται από μακροφάγα του ίδιου απλοτύπου MHC με αυτόν που έχουν τα Τ κύτταρα
Εαυτός-MHC περιορισμός των Τ κυττάρων Διαπισώθηκε επίσης ότι τα TC κύτταρα κατέστρεφαν μόνο τα συνγονικά προσβεβλημένα από ιό κύτταρα-στόχους. Μετέπειτα μελέτες με συγγενικές και ανασυνδυασμένες συγγενικές φυλές ποντικών, έδειξαν ότι το TC κύτταρο και το προσβεβλημένο από ιό κύτταρο-στόχος πρέπει να διαθέτουν τα ίδια μόρια MHC τάξης Ι, που κωδικοποιούνται από τις περιοχές Κ ή D του συμπλέγματος MHC. Έτσι, αποδείχθηκε ότι η αναγνώριση των αντιγόνων από τα CD8+ TC κύτταρα περιορίζεται από τα μόρια MHC τάξης Ι.
Ο ρόλος των αντιγονοπαρουσιαστικών κυττάρων Η επεξεργασία του αντιγόνου απαιτείται για την αναγνώρισή του από τα Τ κύτταρα Tα ευρήματα, σε συνδυασμό με αυτά που παρουσιάζονται στην Εικόνα 8-16, οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η επεξεργασία του αντιγόνου είναι μία μεταβολική διαδικασία στα πλαίσια της οποίας πραγματοποιείται πέψη των πρωτεϊνών σε πεπτίδια, τα οποία στη συνέχεια είναι δυνατό να παρουσιαστούν στη μεμβράνη του κυττάρου σε συνδυασμό με μόρια MHC τάξης Ι ή τάξης ΙΙ.
Τα περισσότερα κύτταρα μπορούν να παρουσιάζουν αντιγόνα μέσω των μορίων MHC τάξης Ι. Η παρουσίαση μέσω των μορίων MHC τάξης ΙΙ περιορίζεται στα APCs Τα κύτταρα που παρουσιάζουν πεπτίδια σε συνδυασμό με μόρια MHC τάξης ΙΙ στα CD4+ ΤΗ κύτταρα ονομάζονται αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα (Αntigen Presenting Cells, APCs). Επίσης πρέπει να σημειωθεί, ότι σε μερικές περιπτώσεις τα APCs είναι δυνατό να παρουσιάζουν αντιγόνο, σε συνδυασμό με μόρια MHC τάξης Ι. όλα τα κύτταρα που εκφράζουν μόρια MHC τάξης Ι ή τάξης ΙΙ μπορούν να παρουσιάσουν πεπτίδια στα Τ κύτταρα και θα μπορούσαν όλα να χαρακτηριστούν ως αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα. Κατά συνθήκη όμως, τα κύτταρα που παρουσιάζουν πεπτίδια σε συνδυασμό με μόρια MHC τάξης Ι στα CD8+ ΤC κύτταρα αναφέρονται ως κύτταρα-στόχοι.
Μία μεγάλη ποικιλία κυττάρων μπορούν να δράσουν ως αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα. Η ειδοποιός διαφορά είναι η ικανότητά τους να εκφράζουν μόρια MHC τάξης ΙΙ και να παρέχουν συνδιεγερτικό σήμα. Τρεις τύποι κυττάρων χαρακτηρίζονται ως επαγγελματικά (professional) αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα: τα δενδριτικά κύτταρα, τα μακροφάγα και τα Β λεμφοκύτταρα. Τα κύτταρα αυτά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τους μηχανισμούς πρόσληψης του αντιγόνου, τη σταθερή έκφραση υψηλών επιπέδων μορίων MHC τάξης ΙΙ και τη συνδιεγερτική τους ικανότητα.
APC Τα μακροφάγα πρέπει να ενεργοποιηθούν με φαγοκυττάρωση αντιγόνων που προέρχονται από σωματίδια, πριν εκφράσουν μόρια MHC τάξης ΙΙ ή μεμβρανικά συνδιεγερτικά μόρια, όπως το Β7. Τα Β κύτταρα εκφράζουν σε σταθερή βάση μόρια MHC τάξης ΙΙ, αλλά πρέπει να ενεργοποιηθούν προκειμένου να εκφράσουν συνδιεγερτικά μόρια. Τα δενδριτικά κύτταρα είναι τα πιο αποτελεσματικά μεταξύ των αντιγονο-παρουσιαστικών κυττάρων. Επειδή τα κύτταρα αυτά εκφράζουν, σε σταθερή βάση, υψηλά επίπεδα μορίων MHC τάξης ΙΙ και διαθέτουν συνδιεγερτική δραστηριότητα, μπορούν να ενεργοποιούν παρθένα ΤΗ κύτταρα.
Μόρια MHC τάξης Ι Επειδή σχεδόν όλα τα εμπύρηνα κύτταρα εκφράζουν μόρια MHC τάξης Ι, δυνητικά, κάθε εμπύρηνο κύτταρο μπορεί να λειτουργήσει ως κύτταρο-στόχος παρουσιάζοντας ενδογενή αντιγόνα στα ΤC κύτταρα. Πολύ συχνά, στόχοι είναι κύτταρα που έχουν μολυνθεί από κάποιον ιό ή από κάποιον άλλο ενδοκυτταρικό μικροοργανισμό. Επίσης, στόχους αποτελούν και τα εξαλλαγμένα εαυτά κύτταρα (τα καρκινικά κύτταρα, τα γηρασμένα σωματικά κύτταρα ή τα ετερόλογα κύτταρα ενός μοσχεύματος).
Ενδείξεις για την ύπαρξη διαφορετικών οδών επεξεργασίας και παρουσίασης του αντιγόνου Το ανοσοποιητικό σύστημα χρησιμοποιεί δύο διαφορετικές οδούς για τη διάσπαση των ενδοκυτταρικών και εξωκυτταρικών αντιγόνων. Κατά κανόνα, τα ενδογενή αντιγόνα (αυτά που παράγονται μέσα στο κύτταρο) υφίστανται επεξεργασία διαμέσου της κυτταροπλασματικής οδού (cytosolic pathway) και παρουσιάζονται στη μεμβράνη με μόρια MHC τάξης Ι τα εξωγενή αντιγόνα (αυτά που προσλαμβάνονται με ενδοκυττάρωση) υφίστανται επεξεργασία διαμέσου της ενδοκυτταρικής οδού (endocytic pathway) και παρουσιάζονται στη μεμβράνη με μόρια MHC τάξης ΙΙ
Ενδογενή αντιγόνα: Η κυτταρο- πλασματική οδός Ενδογενή αντιγόνα: Η κυτταρο- πλασματική οδός Στα ευκαρυωτικά κύτταρα τα επίπεδα των πρωτεϊνών ρυθμίζονται με ιδιαίτερη προσοχή. Κάθε πρωτεΐνη αποτελεί στόχο συνεχούς ανακύκλωσης και αποικοδομείται με ταχύτητα που, γενικά, εκφράζεται με τον όρο “χρόνος ημιζωής”. Μερικές πρωτεΐνες (π.χ μεταγραφικοί παράγοντες, κυκλίνες και ρυθμιστικά ένζυμα του μεταβολισμού) έχουν πολύ μικρούς χρόνους ημιζωής. Επίσης, πρωτεΐνες που έχουν υποστεί αποδιάταξη ή ελαττωματική αναδίπλωση, δηλαδή μη φυσιολογικές πρωτεΐνες, υφίστανται ταχεία αποικοδόμηση. Ο μέσος χρόνος ημιζωής των κυτταρικών πρωτεϊνών είναι περίπου δύο ημέρες, παρότι μερικές αποικοδομούνται εντός 10 λεπτών.
Το επακόλουθο του σταθερού ρυθμού ανακύκλωσης, τόσο για τις φυσιολογικές όσο και για τις ελαττωματικές πρωτεΐνες, είναι η ύπαρξη μιας πληθώρας προϊόντων αποικοδόμησης μέσα στο κύτταρο. Τα περισσότερα από αυτά τα προϊόντα θα διασπαστούν στα αμινοξέα από τα οποία αποτελούνται, κάποια όμως παραμένουν στο κυτταρόπλασμα ως πεπτίδια, υφίστανται επιλογή από το ανοσοποιητικό σύστημα και μερικά από αυτά παρουσιάζονται στην επιφάνεια του κυττάρου σε συνδυασμό με μόρια MHC τάξης Ι. Η οδός μέσω της οποίας αποικοδομούνται τα ενδογενή αντιγόνα για να παρουσιαστούν από τα μόρια MHC τάξης Ι, κινητοποιεί μηχανισμούς παρόμοιους με αυτούς που εμπλέκονται στη φυσιολογική διαδικασία ανακύκλωσης των ενδοκυτταρικών πρωτεϊνών
Τα πεπτίδια που θα παρουσιαστούν παράγονται από συμπλέγματα πρωτεασών που ονομάζονται πρωτεασώματα Οι ενδοκυτταρικές πρωτεΐνες διασπώνται σε μικρά πεπτίδια από ένα κυτταροπλασματικό πρωτεολυτικό σύστημα που υπάρχει σε όλα τα κύτταρα και ονομάζεται πρωτεάσωμα. Πολλές πρωτεΐνες που στοχεύονται για πρωτεόλυση, συχνά, είναι συνδεδεμένες με μία μικρή πρωτεΐνη την ουβικιτίνη (ubiquitin)
Τα πεπτίδια μεταφέρονται από το κυτταρόπλασμα στο εσωτερικό του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου Πρωτεΐνη μεταφοράς, που ονομάζεται μεταφορέας που σχετίζεται με την επεξεργασία του αντιγόνου (transporter associated with antigen processing, ΤΑΡ) μεταφέρει τα πεπτίδια από το κυτταρόπλασμα στο αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο (ΑΕΔ), όπου συντίθενται τα μόρια MHC τάξης Ι.
Εξωγενή αντιγόνα: Η ενδοκυτταρική οδός Τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα μπορούν να προσλαμβάνουν αντιγόνα μέσω της διαδικασίας της φαγοκυττάρωσης, της ενδοκυττάρωσης ή και των δύο. Τα μακροφάγα προσλαμβάνουν αντιγόνα μέσω και των δύο αυτών διαδικασιών, ενώ τα περισσότερα από τα άλλα APCs δεν έχουν φαγοκυτταρική ικανότητα και συνεπώς προσλαμβάνουν εξωγενή αντιγόνα μόνο μέσω ενδοκυττάρωσης (είτε μέσω ενδοκυττάρωσης που μεσολαβείται από υποδοχείς, είτε πινοκυττάρωσης). Τα Β κύτταρα για παράδειγμα, προσλαμβάνουν, με ιδιαίτερη αποτελεσματικότητα, αντιγόνα μέσω ενδοκυττάρωσης που μεσολαβείται από τους ανοσοσφαιρινικούς τους υποδοχείς.
Τα πεπτίδια παράγονται από μόρια που έχουν ενδοκυτταρωθεί μέσα σε ενδοκυτταρικά κυστίδια Από τη στιγμή που προσλαμβάνεται ένα αντιγόνο, αποικοδομείται σε πεπτίδια μέσα στα διαμερίσματα της ενδοκυτταρικής οδού επεξεργασίας. Τα προσληφθέντα αντιγόνα χρειάζονται 1-3 ώρες για να διασχίσουν την ενδοκυτταρική οδό και να εμφανιστούν στην κυτταρική επιφάνεια με τη μορφή των συμπλεγμάτων πεπτιδίου-μορίου ΜHC τάξης ΙΙ. Η ενδοκυτταρική οδός φαίνεται να περιλαμβάνει τρία διαμερίσματα αυξανόμενης οξύτητας: τα πρώιμα ενδοσώματα (pΗ 6.0-6.5), τα όψιμα ενδοσώματα ή ενδολυσοσώματα (pΗ 5.0-6.0) και τα λυσοσώματα (pH 4.5-5.0).
Το εξωγενές αντιγόνο, μετά την πρόσληψή του, μετακινείται από τα πρώιμα προς τα όψιμα ενδοσώματα και τελικά στα λυσοσώματα, αντιμετωπίζοντας υδρολυτικά ένζυμα και ένα ολοένα χαμηλότερο pΗ σε κάθε διαμέρισμα. Τα λυσοσώματα για παράδειγμα, περιέχουν μία μοναδική συλλογή περισσοτέρων των 40 υδρολασών που δρουν σε όξινο περιβάλλον. Ανάμεσα σ’ αυτές περιλαμβάνονται πρωτεάσες, νουκλεάσες, γλυκοσιδάσες, λιπάσες, φωσφολιπάσες και φωσφατάσες.
Μέσα στα διαμερίσματα της ενδοκυτταρικής οδού, το αντιγόνο αποικοδομείται σε ολιγοπεπτίδια των 13-18 καταλοίπων, τα οποία δεσμεύονται στα μόρια MHC τάξης ΙΙ και, συνεπώς, προστατεύονται από περαιτέρω πρωτεόλυση. Επειδή τα υδρολυτικά ένζυμα είναι πλήρως ενεργά σε όξινες συνθήκες (δηλαδή σε χαμηλό pΗ), η επεξεργασία του αντιγόνου μπορεί να παρεμποδιστεί από χημικούς παράγοντες που αυξάνουν το pΗ στα διαμερίσματα (π.χ. χλωροκίνη), καθώς και από αναστολείς πρωτεασών (π.χ. λευπεπτίνη).
Έχει προταθεί ότι τα πρώιμα ενδοσώματα από την περιφέρεια του κυττάρου, μετακινούνται προς το εσωτερικό προκειμένου να μετατραπούν σε όψιμα ενδοσώματα και, τελικά, σε λυσοσώματα. Εναλλακτικά, μικρά μεταφορικά κυστίδια μπορούν να μεταφέρουν αντιγόνα από το ένα διαμέρισμα στο επόμενο. Τελικά, τα ενδοκυτταρικά διαμερίσματα, ή τμήματά τους, επιστρέφουν στην περιφέρεια του κυττάρου, όπου και συντήκονται με την πλασματική μεμβράνη. Με αυτό τον τρόπο ανακυκλώνονται οι επιφανειακοί υποδοχείς
Η αμετάβλητη αλυσίδα καθοδηγεί τη μεταφορά των μορίων MHC τάξης ΙΙ στα ενδοκυτταρικά κυστίδια Από τη στιγμή που τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα εκφράζουν τόσο μόρια MHC τάξης Ι όσο και τάξης ΙΙ, πρέπει να υπάρχει κάποιος μηχανισμός που παρεμποδίζει τα μόρια MHC τάξης ΙΙ να δεσμεύουν τις ίδιες ομάδες αντιγονικών πεπτιδίων με τα μόρια MHC τάξης Ι. Υπάρχει ένα πρωτεϊνικό τριμερές, που ονομάζεται αμετάβλητη αλυσίδα (invariant chain, Ii, CD74). Αυτή η τριμερής πρωτεΐνη αλληλεπιδρά με τη θέση δέσμευσης των πεπτιδίων των μορίων MHC τάξης ΙΙ, παρεμποδίζοντας τη σύνδεση όλων των ενδογενώς παραγόμενων πεπτιδίων στην αύλακα. Τα μόρια τάξης ΙΙ εδράζονται στο σύστημα Golgi. Η αμετάβλητη αλυσίδα περιέχει μηνύματα-οδηγούς στην κυτταροπλασματική της ουρά, που κατευθύνουν τη μεταφορά του συμπλέγματος MHC τάξης ΙΙ από το δίκτυο trans-Golgi προς τα ενδοκυστικά διαμερίσματα.
Η αμετάβλητη αλυσίδα καθοδηγεί τη μεταφορά των μορίων MHC τάξης ΙΙ στα ενδοκυτταρικά κυστίδια Τα περισσότερα συμπλέγματα MHC τάξης ΙΙ-αμετάβλητης αλυσίδας μεταφέρονται από το ΑΕΔ, όπου σχηματίζονται, μέσω του συστήματος Golgi και του δικτύου trans-Golgi και μετά μέσω της ενδοκυτταρικής οδού, μετακινούμενα από τα πρώιμα ενδοσώματα στα όψιμα και τελικά στα λυσοσώματα. Η πρωτεολυτική δραστηριότητα αυξάνει σε κάθε διαδοχικό διαμέρισμα κι έτσι η αμετάβλητη αλυσίδα σταδιακά αποικοδομείται. Όμως, ένα μικρό θραύσμα της αμετάβλητης αλυσίδας που ονομάζεται CLIP παραμένει συνδεδεμένο με το μόριο MHC τάξης ΙΙ μετά την πέψη της αμετάβλητης αλυσίδας στο ενδοσωμικό διαμέρισμα. Το πεπτίδιο CLIP καταλαμβάνει τη θέση δέσμευσης του πεπτιδίου στα μόρια MHC τάξης ΙΙ, παρεμποδίζοντας πιθανόν την πρόωρη δέσμευση οποιουδήποτε αντιγονικού πεπτιδίου Η αντικατάσταση του CLIP με τα αντιγονικά πεπτίδια καταλύεται από ένα μη κλασικό μόριο MHC τάξης ΙΙ, που ονομάζεται HLA-DM
Η επιλογή της σύνδεσης ενός αντιγονικού πεπτιδίου με τα μόρια τάξης Ι ή τάξης ΙΙ, εξαρτάται από τον τρόπο εισόδου του στο κύτταρο (είτε εξωγενώς είτε ενδογενώς) και από τη θέση που θα λάβει χώρα η επεξεργασία του. Παρόλα αυτά, θα δούμε ότι αυτές οι διακρίσεις δεν είναι απόλυτες και ότι τα εξωγενή αντιγόνα είναι δυνατό, σε μερικά αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα, να παρουσιάζονται από μόρια τάξης Ι, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται διασταυρωτή παρουσίαση (cross-presentation).
Διασταυρωτή παρουσίαση των εξωγενών αντιγόνων Διασταυρωτή παρουσίαση των εξωγενών αντιγόνων Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, τα APCs παρουσιάζουν εξωγενή αντιγόνα στα κυτταροτοξικά Τ κύτταρα σε συνδυασμό με μόρια MHC τάξης Ι. Στα πλαίσια αυτού του φαινομένου, τα αντιγόνα που υφίστανται εσωτερικοποίηση και υπό φυσιολογικές συνθήκες θα ακολουθούσαν την εξωγενή οδό με αποτέλεσμα την παρουσίασή τους από μόρια MHC τάξης ΙΙ, διασταυρώνονται με την ενδογενή οδό, που οδηγεί στην παρουσίαση μέσω μορίων MHC τάξης Ι. Δεν είναι γνωστό αν τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα, που είναι ικανά να φέρουν σε πέρας τη διασταυρωτή παρουσίαση, χρησιμοποιούν κάποιο μηχανισμό ως εναλλακτική λύση της φυσιολογικής οδού παρουσίασης ενδογενών αντιγόνων, ή αν σε αυτά τα κύτταρα αποτελεί την αποκλειστική οδό παρουσίασης μέσω μορίων MHC Ι.