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
