TCR e maturazione linfociti T

TCR e maturazione linfociti T
Università di Roma Tor Vergata - Corso di Laurea in Scienze Biologiche - Immunologia Molecolare - dott. Claudio PIOLI - a.a. 2012/2013
Il recettore per l’Ag dei linfociti T,
T-Cell Receptor (TCR)
• eterodimero composto da catene a e b o g e d
• TCR a/b presente in 95% delle cellule T periferiche
– eterodimero legato da ponte disulfuro
• struttura dei domini di tipo immunoglobulinico
• non esiste forma secreta del TCR
• ciascun TCR ha un solo sito di legame per l’antigene
(monovalente)
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Struttura TCR ab
• Eterodimero composto da
catena a e b
• Ciascun catena contiene
• 1 dominio variabile
• 1 dominio costante
• 1 dominio transmembrana
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Struttura TCR ab
Ponti disolfuro intra-catena
carboidrati
Ponte disolfuro inter-catena
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Struttura TCR: confronto con Fab
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Struttura TCR ab
le due porzioni variabili
giustapposte costituiscono il
sito di legame
3 CDR (complementarity
determing regions) / catena
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Interazione TCR con complesso peptide-MHC
MHC, Major Histocompatibility Complex
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Interazione TCR con complesso peptide-MHC
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Membrana cellulare
linfocita T
TCR
MHC-Ag
Membrana cellulare
APC
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CDR3 centrati su peptide
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CDR1 sulle estremità peptide
CDR2 su a-eliche di MHC
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HV4 presente solo in catena b
lega superantigeni
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Interazione superantigene/MHCII/TCR
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Kd Ig/TCR/MHC
Ig
(secrete)
TCR
Molecole
MHC
Kd
10-7-10-11 M
10-5-10-7 M
10-6-10-9 M
On-rate
Rapido
Lento
Lento
Off-rate
Variabile
Lento
Molto lento
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Complesso del TCR
• CD3
– catene g, d, e
– 1 eterodimero e/d
– 1 eterodimero g/e
• catena z
– omodimero z/z
• in 90% CD3
– eterodimero z/h
• in 10% CD3
• h splicing alternativo di z
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Interazioni elettrostatiche
in complesso TCR-CD3
• cariche TCR
– catena a
• lisina (+), 1 arginina (+)
– catena b
• 1 lisina (+)
• cariche CD3
– catena g, d, e
• 1 acido aspartico (-)
ciascuna
• cariche catene z
– 1 acido aspartico (-)
ciascuna
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Interazioni elettrostatiche
in complesso TCR-CD3
• cariche TCR
– catena a, 1 lisina (+), 1
arginina (+)
– catena b, 1 lisina (+)
• cariche CD3
– catena g, d, e, 1 acido
aspartico (-) ciascuna
• cariche catene z
– 1 acido aspartico (-)
ciascuna
• secondo alcuni modelli il complesso TCR contiene 2 eterodimeri a/b
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Il corecettore CD4
• Composto da 1 catena
• 4 domini Ig extracellulari, 1 dominio transmembrana
• riconosce dominio b2 di MHC II
Cellule CD4 abTCR riconoscono peptide
associato a molecole MHC classe II
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Il corecettore CD8
• Composto da 2 catene legate da ponti disolfuro
– eterodimero CD8a/CD8b
– omodimero CD8a/CD8a
• 1 dominio Ig extracellulare e 1 dominio transmembrana/catena
• riconosce dominio a3 di MHC I
Cellule CD8ab TCRab
riconoscono peptide associato a
molecole MHC classe I
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Distinct Lineages of Lymphocyte Maturation
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Sviluppo dei linfociti T (1/4)
• I progenitori T
migrano dal midollo
osseo al timo
• I precursori T
riarrangiano i geni
del TCR (T cell
receptor) nel timo
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Sviluppo dei linfociti T (2/4)
• Selezione positiva
– cellule T immature che
riconoscono MHC ricevono
segnali di sopravvivenza
• Selezione negativa
– cellule T immature che
riconoscono con alta affinità
MHC self vanno in apoptosi
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Sviluppo dei linfociti T (3/4)
• Cellule T mature
migrano in organi
linfatici periferici
• Cellule T mature
incontrano antigeni in
organi linfatici periferici
e sono attivate
– differenziamento in
cellule effettrici
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Sviluppo dei linfociti T (4/4)
• Cellule T mature
attivate migrano in siti
di infezione
• Svolgono funzioni
effettrici
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Il timo è necessario per la maturazione dei
precursori provenienti dal midollo osseo in linfociti T
Topi RAG-2 KO
Mancano di linfociti T (e B)
(non sono in grado di riarrangiare i
segmenti genici di TCR e Ig)
Topi nudi
Non sviluppano epitelio
corticale del timo
Mancano di linfociti T
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RAG2 KO
Nudo
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Organizzazione cellulare
del timo
Midollare
Corticale
Cellula epiteliale
corticale
Timocita
Giunzione
corticomidollare
Cellula epiteliale
midollare
Cellula dendritica
(origine midollo
osseo)
Macrofago
(origne midollo
osseo)
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Le cellule epiteliali del timo formano
una rete che circonda i timociti
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I timociti a diversi stadi di sviluppo esprimono
molecole di superifcie diverse
CD4 T helper
CLP
DN
CD4CD8-
Thymus
DP
CD4+
CD8+
DP
CD4
T cell precursors
Bone marrow
DN
CD8 SP
CD8
CD8 CTL
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CD4 SP
CD4+
CD8lo
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TIMO
DN: CD4-CD8DN2
DN4
DN3
CD4 SP
DP
CD4
CD44
DN1
DN
CD25
CD8 SP
CD8
CD4- CD8- (DN)
CD4+
CD4
CD8-
DN1
DN2
DN3
DN4
DP
CD44hi
CD44+
CD44-
CD44-
CD4+
CD4+
CD25-
CD25+
CD25+
CD25-
CD8+
CD8lo
CD8 CD4
CD8+
Timociti a diversi stadi di maturazione si
trovano in parti distinte del timo
 Le cellule più immature si
trovano nella regione
subcapsulare
 Con il procedere del
differenziamento in
timociti doppio positivi,
migrano più in profondità
 La parte midollare
contiene cellule mature
singolo positive che
lasciano il timo attraverso
i vasi
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Organizzazione geni TCR
Catena a e d del TCR di topo (Cromosoma 14)
Catena b del TCR di topo (Cromosoma 6)
Catena g del TCR di topo (Cromosoma 13)
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Sources of TCR diversity
*
* L’aggiunta di nucleotidi N (e P) avviene sia per la catena a che per la b
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Localizzazione CDR in TCR
V
C
Catena b TCR
Catena a TCR
CDR
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Correlazione tra diversi stadi di differenziamento e
riarrangiamento catene TCRab
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Espressione di proteine
nel corso del differenziamento
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Espressione di proteine
nel corso del differenziamento
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Stadi del riarrangiamento in cellule T con TCRab
DN3
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Stadi del riarrangiamento in cellule T con TCRab
DN3
DN3
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DP
• La catene b è associata alla
catena invariante pre-Ta
• Pre-TCR è associato alle
proteine z e al complesso
CD3 (presenti anche in TCR
maturo)
• Inibizione di ulteriori
riarrangiamenti catena b
(esclusione allelica)
• Sopravvivenza e stimolazione
proliferazione cellule pre-T
• Stimolazione riarrangiamento
catena a
• Espressione CD4 e CD8
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Stadi del riarrangiamento in cellule T con TCRab
DP
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Selezione positiva:
le cellule il cui TCR riconosce un complesso Ag-MHC
ricevono un segnale di sopravvivenza e
differenziano in singole positive per CD4 o CD8
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Selezione positiva:
le cellule il cui TCR non riconosce un complesso Ag-MHC
non ricevono un segnale di sopravvivenza e
muoiono per apoptosi
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• La maggior parte dei
dei timociti muore per
apoptosi nel timo.
• Le cellule apoptotiche
sono immediatamente
rimosso dai macrofagi
In rosso: cellule in apoptosi
In blu: macrofagi
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Figure 7-32 part 1 of 2
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Selezione negativa:
le cellule il cui TCR riconosce
un complesso Ag-MHC con elevata affinità
muoiono per apoptosi
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CD4-CD8-
Linfociti con recettore
per antigene di tipo ab
CD4
DN1
DN2
DN3
DN4
CD44hi
CD25-
CD44+
CD25+
CD44CD25+
CD44CD25-
DP
CD8
Linfociti con recettore
per antigene di tipo gd
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