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Fisiopatologia del Sistema Immunitario
Modulo di Biochimica
Introduzione: l’MHC
MHC I e II sono strutturalmente
differenti ma omologhe
Sono i geni più polimorfi
Sono espressi in modo codominante
Tessuto
MHC
classe I
MHC
classe II
Tessuto linfoide
Linfociti T
+++
+ (uomo,
T attivate)
Linfociti B
+++
+++
Macrofagi
+++
++
Langherans
+++
+++
Epiteliali timo
+
+++
Altre cellule nucleate
-Espresso su tutte le
cellule nucleate
(costitutivamente)
-Riconosciuto da CD8+
-Espresso sulle APC
(potenziato da
citochine)
-Riconosciuto da CD4+
Neutrofili
+++
-
Epatociti
+
-
Reni
+
-
Cervello
+
- (ecc.
microglia)
Eritrociti
-
-
MHC di classe I
Eterotrimero; 2 catene polipeptidiche associate non covalentemente: una catena α,
codificata nell’MHC e la catena β2-microglobulina non codificata nell’MHC + peptide
N-term: α1 e α2 90 a.a., tasca di
legame per il peptide
¾ extracellulare
β2
Il segmento α3 si ripiega a
formare
un
dominio
Ig
(sequenza conservata): sito di
legame per il CD8
25 a.a. idrofobici: attraversamento
del bilayer lipidico
30 a.a. basici, interazione con i
gruppi fosfolipidici: ancoraggio
alla membrana
L’espressione in membrana
richiede i 3 componenti→i
legami si rafforzano
β2-microglobulina: interagisce con α3,
strutturalmente omologa ad un dominio
Ig, non varia tra le molecole MHC I
MHC I: tasca di legame per il peptide
α1 e α2 interagiscono tra loro e formano una
piattaforma di 8 nastri antiparalleli di foglietto
β che sostengono 2 α-eliche
I residui polimorfi di MHC I sono confinati
in α1 e α2
La tasca ospita un peptide (anche le
terminazioni) di 8-11 aminoacidi in
conformazione flessibile estesa. Le
estremità del cleft sono chiuse e peptidi
più grandi non riescono ad entrarvi
C-term del peptide: residui idrofobici
o acidi
Le interazioni non covalenti avvengono tra residui del peptide e dell’MHC
(foglietto β e α-eliche), spesso sono interazioni idrofobiche nelle “nicchie” del
foglietto β e i residui àncora (1 o 2 per peptide)
MHC di classe II
Eterotrimero: 2 catene polipeptidiche associate non covalentemente: una catena α (3234 kDa) e una catena β (29-32 kDa), entrambe codificate nell’MHC (polimorfi) + peptide
N-term: α1 e β1 contengono i
residui polimorfi, tasca di
legame per il peptide
α2 e β2 formano domini Ig
e non variano tra i vari
alleli di classe II
25 a.a. idrofobici, regione
transmembrana
a.a. basici, e coda
idrofilica
 β2: sito di legame per CD4
Le catene α di un locus (es. DR) si appaiano con catene β dello
stesso locus (DR)
MHC II: tasca di legame per il peptide
4 nastri di foglietto β +1 α-elica: α 1
4 nastri di foglietto β +1 α-elica: β 1
I residui polimorfi di MHC II sono confinati
in β 1
Le estremità della tasca sono aperte:
vengono ospitati peptidi di lunghezza
anche > 30 a.a. (lungh. ideale 12-16 a.a.)
Diversi ponti ionici e ponti H con le αeliche
Le interazioni non covalenti avvengono tra residui del peptide e dell’MHC II; non
tutti i peptidi hanno residui àncora
MHC di classe I e II: struttura
Ogni individuo
eterozigote esprime
su tutte le cellule
mononucleate 6
MHCI diversi: catene
α codificate dai 2
alleli dei geni HLA-A,
HLA-B e HLA-C
Il numero totale di
molecole MHCII
espresse è 10-20,
per gli appaiamenti
eterologhi (es. DRα
di un cromosoma
con DRβ dell’altro)
MHC di classe I e II: CDR
MHC di classe I e II: legame al peptide
MHC classe I
MHC classe II
Potenziale elettrostatico: positivo, negativo
I peptidi e le
molecole d’acqua
associate riempiono
interamente la tasca
Differenti alleli
favoriscono il legame
di peptidi diversi (e
quindi la possibilità di
presentarli ai linfociti
T)
Al riconoscimento
antigenico (TCR)
contribuiscono:
residui esposti del
peptide → specificità
residui dell’MHC →
restrizione MHC
Interazione peptide-MHC
Una proteina per evocare una risposta immunitaria deve contenere peptidi che possano
legarsi alle molecole MHC
 Le
molecole
MHC
mostrano promiscuità; la
specificità viene garantita
dal TCR
 Le molecole MHC non
distinguono tra self e nonself; la sorveglianza è data
dai linfociti T
 I peptidi hanno in comune caratteristiche strutturali (es. lunghezza)
 l’interazione è saturabile a bassa affinità (Kd= koff /kon ≈10-6 M con kon e koff basse, per
avere un’interazione che permette l’interazione con il TCR)
Introduzione: TCR
Recettore per l’antigene dei linfociti T
helper (CD4+) e citotossici (CD8+)
Eterodimero costituito da due catene
transmembrana, α e β, legate
covalentemente (S-S)
La parte esterna è simile al Fab: TCR e
Ab sono strutturalmente simili MA:
Il TCR non viene prodotto in forma
solubile
Il TCR è monovalente
Non svolge autonomamente
funzioni effettrici
Non esiste lo scambio isotipico (C
non cambia)
Non esiste la maturazione
dell’affinità (non ci sono mutazioni
somatiche nelle regioni V)
Organizzazione dei geni del TCR
1) Ricombinazione
somatica
2) Diversità giunzionale
3) Inserzione della
regione N
Introduzione: TCR
Dominio Ig variabile (V)
Dominio Ig costante (C)
Regione cerniera con Cys
Regione idrofobica
transmembrana con presenza di
Lys (α) e Lys e Arg (β) per
interazione con CD3 e ζ
Breve regione citoplasmatica
(5-12 a.a.) troppo breve per
trasdurre il segnale (CD3, ζ,
CD28...)
Differenze rispetto alle Ig
Forma simile a una Ig
ma più corta e larga
Maggiore flessibilità tra
C e V perché porzione più
estesa
Cα non è un vero dominio Ig:
la metà che si rivolge al Cβ
forma un foglietto β (simile a
Ig), l’altra metà contiene β
strands non impaccati e un
segmento di α elica
Il legame tra Cα e Cβ è
dovuto anche ai carboidrati su
Cα (legami H con foglietto β di
Cβ)
Vα→VL e Vβ→VH
Alcune differenze di
orientamento nei CDR
Riconoscimento dell’MHC-peptide
Riconoscimento dell’MHC-peptide
CDR3
CDR4
CDR1 e 2
Il riconoscimento è mediato dalle CDR della catena α e β, in
cui si concentra la variabilità
3 CDR della catena α si giustappongono a 3 CDR della catena
β (β : una quarta CDR per il riconoscimento dei superantigeni),
superficie planare
CDR3 la più variabile è posizionata in corrispondenza del
centro del peptide legato all’MHC
CDR1 e CDR2 contatto con l’MHC
CDR1 e 2
L’affinità del TCR per
MHC/peptide è bassa (Kd
10-5-10-7; Ag/Ab Kd fino a
10-11 M); l’emivita 1-10s.
Per questo sono necessarie
le molecole accessorie per
avere una risposta
biologica
MHC
Riconoscimento del superAg
I superAg stimolano tutti i linfociti T che
esprimono una determinata regione Vβ nel loro TCR
(non sono mitogeni ma nemmeno Ag comuni)
Si legano a MHC di classe II (codificati da diversi
alleli), NON nella tasca di presentazione dell’Ag
Ogni enterotossina aggrega 2 MHC → 2 TCR
Vβ contiene CDR4
I corecettori: CD4 e CD8
Glicoproteine transmembrana della superfamiglia delle Ig
Funzione simile ma struttura diversa
Motivo per cui i T CD4+ riconoscono MHCII e CD8+ MHCI
D1
→Ig
D2
CD4: 4 domini Ig
extracellulari, una regione
transmembrana idrofobica,
e 38 a.a. (molti basici)
citoplasmatici
Mediante D1 e D2 (Nterm) si lega al dominio
non polimorfo β2 dell’MHC
II,
D1-D2
fortemente
impaccati e separati da D3D4 da una regione cerniera
La regione intracellulare interagisce fortemente con una tirosina chinasi Lck, per la
trasduzione del segnale
I corecettori: CD4 e CD8
Glicoproteine transmembrana della superfamiglia delle Ig
Funzione simile ma struttura diversa
CD8: eterodimero, 2 catene omologhe CD8α e CD8β
legate da S-S
Un dominio Ig extracellulare, polipeptide esteso, una
regione transmembrana idrofobica, e 25 a.a. (molti
basici) citoplasmatici
La regione extracellulare è altamente glicosilata per
proteggere il CD8 dall’attacco delle proteasi e per
mantenerlo esteso
Il dominio Ig interagisce con il dominio non
polimorfo α3 di MHC I
La
regione
intracellulare
interagisce
fortemente con una tirosina chinasi Lck, per la
trasduzione del segnale
I corecettori: CD4 e CD8