1 Capitolo 5. Complesso maggiore di istocompatibilità

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Capitolo 5. Complesso maggiore di istocompatibilità
Il sistema umorale combatte gli antigeni extracellulari in due modi: ne blocca l’azione e ne promuove
l’eliminazione. Nel caso di antigeni extracellulari abbiamo visto che il testimone passa ai linfociti T che
tuttavia necessitano di recettori esposti sulle cellule bersaglio che presentino l’antigene ai propri recettori.Questa funzione è svolta dal complesso maggiore di istocompatibilità (MHC). Vi sono due principali
prodotti genici dell’MHC :le molecole MHC di classe I che presentano gli Ag ai linfociti citotossici e le
molecole di classe 2 che li presentano ai linfociti helper.
1.1
1.1.1
Scoperta dell’MHC
Scoperta nel topo
Alcuni geni sono rappresentati da una unica sequenza di DNA identica in tutta la popolazione e tali sono
geni non-polimorfici e in genere sono presenti in modo omozigote su entrambi i cromosomi; altri geni
esistono in forme alternative, ciascuna variante è detta allele, e vengono chiamati geni polimorfici.
Individui detti imbred sono omozigoti di ogni locus genico e in ogni ceppo di tali individui ogni topo
è geneticamente identico a un ogni altro: questi organismi si ottengono tramite ripetuti incroci tra
individui consanguinei.
Trapianti cutanei all interno di un stesso ceppo imbred venivano accettati, mentre tra ceppi venivano
rifiutati. I geni responsabili di tale rigetto sono detti geni di istocompatibilità; mediante trapianti tra
ceppi che differivano un un solo locus è stato possibile identificare quello responsabile del rigetto ed
è stato chiamato locus maggiore di istocompatibilità: esso era legato a un gene sul cromosoma 17
che codificava l’antigene 2 quindi venne chiamato H2. Successivamente si è visto che tale regione
conteneva diversi geni correlati con la istocompatibilità, venne quindi ribattezzata complesso maggiore
di istocompatibilità.
Qual è il ruolo dell’MHC? I trapianti cutanei non sono qualcosa di naturale, quindi il vero ruolo del
complesso rimase un mistero per molto tempo dopo la sua scoperta. Ceppi allogenici per MHC avevano
grosse differenze nella capacità di sintesi di anticorpi specifici: i geni rilevanti in tali differenze, chiamati
geni della risposta immunitaria Ir, furono anche essi mappati all’interno del MHC, chiarendone
definitivamente il ruolo biologico.
1.1.2
Scoperta nell’uomo
Le molecole umane del MHC sono chiamate antigeni leucocitari umani (HLA) corrispondono alle H2
del topo. Sieri di pazienti contenenti anticorpi contro antigeni espressi da individui allogenici sono
detto alloantisieri, gli anticorpi alloanticorpi e gli antigeni alloantigeni. Questi antigeni sono i nostri
HLA .I primi tre geni definiti sono HLA-A, HLA-B, HLA-C: questi sono identificati come geni MHC di
classe I e sono gli omologhi dell’ H2 del topo responsabili del rigetto nel trapianto(non-self). I geni Ir
del topo responsabili della produzione di anticorpi, nell’uomo corrispondono ai geni MHC di classe II
e sono HLA-DR, HLA-DP, HLA- DQ.
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Nell’uomo il cromosoma che contiene tutto il complesso maggiore di istocompatibilità è il cromosoma
6.
In generale le proprietà dei geni dell’MHC possono riassumersi in:
• Codifica di due gruppi di proteine (I e II) strutturalmente distinte ma omologhe
• Sono i geni con il più alto grado di polimorfismo dell’intero genoma: per HLA-B esistono almeno
250 alleli differenti
• Sono geni espressi in codominanza in modo da massimizzare il numero di molecole MHC sintetizzabili
Il set di alleli MHC di un individuo è definito aplotipo.
1.2
Struttura delle molecole MHC
Tutte le molecole Mhc hanno in comune determinate caratteristiche:
• Sono tutte formate da una tasca extracellulare per legare il peptide e da una coppia di domini Ig
ancorati alla cellula.
• La tasca è costituita da doppie α eliche poggiate su un pavimento costituito da otto β foglietti. Le
regioni variabili sono situate all’interno di questa tasca.
• I domini Ig sono non-polimorfici e sono i reponsabili delle interazioni e legame con i linfociti T.
1.2.1
Molecole MHC di classe I
Queste molecole sono espresse su tutte le cellule nucleate .Sono costituite da due catene polipeptidiche legate non covalentemente, una catena α codificata da MHC e una β non codificata da MHC
detta β microglobulina. La catena α è per due terzi extracellulare mentre la parte carbossiterminale è
all’interno della cellula. La parte esterna è costiuita da tre segmenti α1, α2 e α3. I segmenti ammino
terminali α1 e α2 sono i siti in cui vi sono le regioni polimorfe e vanno a contribuire nella formazione
della tasca. La regione α3 è conservata identica e contiene un’ansa per il legame con i CD8. La catena
β non contribuisce né alla tasca né all’ansa di ancoraggio: essa è legata non covalentemente con la
regione α3. Affinche il complesso di classe I possa essere esposto sulla superficie necessita che sia in
tal modo assemblato e che inoltre sia legato ad un peptide antigenico.
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1.2.2
Molecole MHC di classe II
Queste molecole sono espresse solo dalle cellule del sistema immunitario. Le molecole di classe II
sono formate da due catene, anche esse una α e una β, entrambe codificate da geni MHC polimorfi.
Queste molecole sono perfettamente simmetriche: tasca e pavimento sono formati per metà dal segmento α1 e per metà dal segmento β1 ed è su tali regioni che abbiamo i residui polimorfi . Le catene α2
e β2 sono costanti e un’ansa di β2 funge da legame con i linfociti CD4. Questi due segmenti continuano
poi al livello citoplasmatico con una coda idrofila.
1.3
Legame con il peptide
Tutte le proteine immunogeniche danno origine a peptidi che si legano alle MHC. Ogni molecola di MHC
può legare peptidi diversi in tempi diversi. Le molecole MHC legano peptidi diversi, tuttavia il linfocita
T può riconoscere solo uno dei peptidi legati: la specificità dunque non risiede nella molecola di MHC
ma nel recettore dei linfociti T.
I peptidi che si legano alla stessa MHC hanno caratteristiche strutturali comuni e residui amminoacidici molto simili. Il legame tra peptide e MHC è un legame che si dissocia molto lentamente così
da dare il tempo ai linfociti specifici di arrivare nel sito di legame e riconoscere l’antigene. Le molecole
MHC non distinguono tra self e non quindi espongono entrambi, sta ai linfociti T riconoscere i self.
Gli antigeni proteici vengono tagliati all’interno delle cellule che presentano l’antigene ed esposti
dalle MHC. Le MHC nel pavimento della tasca presentano delle “nicchie” nelle quali specifici residui
amminoacidici dell’antigene possono infilarsi: sono i cosiddetti residui àncora, generalmente uno o
due per peptide.Tra peptide e MHC si instaura un legame non covalente. Il passo successivo è l’interazione con il linfocita T: la parte del peptide esposta deve essere riconosciuta dei recettori per l’antigene
dei linfocitiT specifici. I recettori dei linfociti non riconoscono soltanto l’antigene ma anche i residui
polimorfi delle α eliche stesse delle MHC. Grazie all’elevato polimorfismo delle MHC abbiamo la possibilità di riconoscere e legare moltissimi antigeni microbici riducendo la possibilità che questi possano
sfuggire al sistema immunitario.
1.4
Organizzazione genomica ed espressione dell’MHC.
L’MHC è localizzato sul braccio corto del cromosoma 6 e la β2-microglobulina sul cromosoma 15.
I geni per HLA-A, B e C quindi di classe I sono più telomerici mentre quelli di classe II sono più
ceentromerici nel locus HLA. Correlati ai locus di classe II vi sono i geni che codificano per svariate
proteine coinvolte nella presentazione dell’antigene:
• TAP: eterodimero che trasporta peptidi dal citosol al RE dove verranno associate alle MHC I
• Proteasoma: degrada le proteine a peptidi.
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• HLA-DM coinvolto nel legame tra petpide e MHC II
• Geni che codificano per proteine del complemento e tre citochine complessivamente chiamati MHC
di classe III.
• Geni a tipo classe I situati tra HLA-A e HLA-C che codificano proteine espresse in associazione alla
β2- microglobulina chiamate molecole di classe IB,fra cui HLA-G importante nel riconoscimento
da parte delle NK.
Lo straordinario polimorfismo delle molecole MHC si è generato per conversione genica e non per
mutazioni puntiformi, ovvero mediante sostituzione di intere sequenze geniche con altre provenienti
da geni vicini senza però reciproca ricombinazione.
Abbiamo detto che le molecole di classe I sono espresse costitutivamente su quasi tutte le cellule
nucleate, i loro effettori, ovvero i linfociti CD8 che hanno lo scopo di uccidere le cellule infettate, devono
essere in grado infatti di uccidere qualsiasi cellula infettata, quindi le molecole di classe I presentano
microbi intracellulari. Le molecole di classe II invece sono espresse solo su cellule dendritiche, linfociti
B e macrofagi. Le molecole di classe II forniscono un sistema per presentare peptidi derivati da microrganismi extracellulari ai linfociti CD4+ helper che hanno il compito di attivare i linfociti B a produrre
anticorpi e i macrofagi a eliminare i microbi extracellulari fagocitati.
L’espressione di queste molecole di MHC è aumentata in presenza di citochine:
• IFNα IFNγ, IFNβ ,TNF e LT prodotti precocemente durante la risposta innata vanno ad aumentare
l’espressione delle MHC di classe I. Questo è uno dei meccanismi con il quale la immunità innata
stimola la specifica.
• Le molecole di classe II sono stimolate principalmente da IFNγ prodotte da cellule NK e linfociti
attivati,è dunque una amplificazione dell’immunità innata stessa.
Le citochine vanno ad aumentare la espressione delle MHC andando a stimolare la velocità di trascrizione
mediante fattori di trascrizione. Diversi di questi sono assemblati nella proteina CIITA che agisce
soprattutto sulle MHC II. Alterazioni di tali fattori di trascrizione sono la base di alcune malattie
immunitarie tra cui la sindrome del linfocita nudo.
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