DOENÇAS INFECCIOSAS

 

IMUNOLOGIA – CAPÍTULO DEZ 

COMPLEXO PRINCIPAL DE HISTOCOMPATIBILIDADE (MHC) E RECEPTORES DE CÉLULA T – PAPEL NAS RESPOSTAS IMUNES

Dr. Gene Mayer
Professor Emeritus
University of South Carolina School of Medine

Tradução:
PhD. Myres Hopkins

 

OBJETIVOS
Fornecer uma visão geral do papel do complexo principal de histocompatibilidade nas respostas imunes.
Descrever a estrutura e função das moléculas de MHC classe I e II.
Discutir a natureza dos polimorfismos nas moléculas de MHC de classe I e II.
Descrever a estrutura do receptor para antígenos em  célula T.
Discutir a base genética da geração da diversidade de TCR.
Discutir o papel do complexo CD3 e moléculas co-estimuladoras.
Descrever a natureza da sinapse imunológica.Discutir os requisitos para a ativação da célula T.
 

RESENHA HISTÓRICA 

Produtos gênicos codificados no Complexo Principal de Histocompatibilidade foram inicialmente identificados como sendo importantes na rejeição a tecidos transplantados.  Além disso, genes no MHC foram considerados altamente polimórficos (i.e. na população existem muitas formas alélicas diferentes dos genes).  Estudos de endocruzamento em camundongos mortraram que genes no MHC também estavam envolvidos no contrôle tanto da respostas imune humoral como resposta na mediada por células. Por exemplo, algumas linhagens de camundongos podiam responder a um antígeno particular mas outras linhagens não e essas linhagens diferiam somente em um ou mais genes do MHC. Estudos subsequentes mostraram que existiam dois tipos de moléculas codificadas pelo MHC: Moléculas de classe I e de classe II. Moléculas de classe I foram encontradas em todas a células nucleadas (não em células vermelhas do sangue) enquanto que moléculas de classe II foram encontradas somente nas células apresentadoras de antígenos (APCs), que incluem células dendríticas, macrófagos, células B e alguns outros tipos (Figura 1).

Somente após a descoberta de como o receptor de célula T (TCR) reconhece o antígeno é que o papel dos genes de MHC na resposta imune foi compreendido.  Foi demonstrado que o TCR reconhece peptídios antigênicos em associação com moléculas de MHC.  Células T reconhecem porções de proteínas antigênicas que são ligadas covalentemente a produtos dos genes de MHC. Células T citotóxicas (Tc) reconhecem peptídios ligados a moléculas de MHC classe I e células T auxiliares (Th) reconhecem peptídios ligados a moléculas de MHC classe II.  As estruturas tridimencionais das moléculas de MHC e TCR foram determinadas por cristalografia de raios X de forma que pudemos ter uma visão clara de como os produtos de genes de TCR, MHC e antígeno interagem.

Figura 2
A molécula de MHC classe 1 tem três domínios globulares: alfa 1 (amarelo), alfa 2 (verde) e alfa 3 (azul). O domínio alfa 3 é estreitamente associado com com a molécula não codificada pelo MHC beta 2 microglobulina (rosa). Esta última é estabilizada pela ponte dissulfeto (vermelha) e é semelhante a um domínio de imunoglobulina na estrutura tridimensional. Os sítios aloantigênicos que carreiam determinantes específicos para cada indivíduo estão nos domínios alfa 1 e 2. O último também tem uma cadeia de carboidrato (azul, CHO). Existe um fosfato no domínio citoplasmático. Papaína cliva próximo da superfície externa da membrana plasmática.

EStruturA DE MOLÉCULAS DE MHC CLASSE I

         As moléculas de MHC classe I são compostas de duas cadeias polipeptídicas: Uma longa cadeia α e uma curta cadeia β chamada β2-microglobulina (figura 2).  A cadeia α tem quatro regiões: Primeiro, uma região citoplasmática, contendo  sítios de fosforilação e de ligação a elementos do citoesqueleto. Segundo, uma região transmembrana contendo aminoácidos hidrofóbicos pelos quais a molécula é ancorada na membrana celular. Terceiro, um domínio altamente conservado tipo imunoglobulina α3 ao qual se liga CD8.  Quarto, uma região de ligação a peptídio altamente polimórfica formada a partir dos domínios α1 e α2.  A β2- microglobulina se associa com a cadeia α e auxilia a manter a conformação apropriada da molécula.

         No MHC há 6 genes que codificam moléculas de classe I: HLA-A, HLA –B, HLA-C, HLA-E, HLA-F e HLA-G.  Entre estas HLA-A, HLA –B e HLA-C são as mais importantes e são as mais polimórficas. A tabela 1 mostra o grau de polimorfismo em cada um desses loci.

Figura 4
a. Fenda de ligação ao peptídio de moléculas de MHC classe I.
b. Fenda ressaltando resíduos altamente variáveis. Os resíduos variáveis se aglomeram em volta do bolso de ligação do peptídio.
 

Figura 5
Regiões de ancoragem em peptídios que se ligam a moléculas de MHC classe I (adaptado de Janeway et al. Imunobiologia 6th Edition).

 

CHIME
 
Apresentação do Chime mostrando as regiões de variabilidade de moléculas de MCH I e a interação da cadeia alfa com outras sub-unidades do complexo MHC I e o peptídio ligado (requer plugin do Chime. Baixe o Chime aqui)

Important Aspects of MHC 

Although there is a high degree of polymorphism for a species, an individual has maximum of six different class I MHC products and only slightly more class II MHC products (considering only the major loci).  

Each MHC molecule has only one binding site.  The different peptides a given MHC molecule can bind all bind to the same site, but only one at a time. 

Because each MHC molecule can bind many different peptides, binding is termed degenerate. 

MHC polymorphism is determined only in the germline.  There are no recombinational mechanisms for generating diversity. 

MHC molecules are membrane-bound; recognition by T cells requires cell-cell contact. 

Alleles for MHC genes are co-dominant.  Each MHC gene product is expressed on the cell surface of an individual nucleated cell. 

A peptide must associate with a given MHC of that individual, otherwise no immune response can occur.  That is one level of control.

Mature T cells must have a T cell receptor that recognizes the peptide associated with MHC.  This is the second level of control. 

Cytokines (especially interferon-γ) increase level of expression of MHC. 

Peptides from the cytosol associate with class I MHC and are recognized by Tc cells.  Peptides from within vesicles associate with class II MHC and are recognized by Th cells. 

Polymorphism in MHC is important for survival of the species.

Figura 8 
O heterodímero receptor de célula T compreende duas glicoproteínas transmembrana e as cadeias alfa e beta. Há dois domínios na parte externa de cada cadeia e estas se parecem com as regiões variáveis e constantes da imunoglobulina.  Há cadeias de açúcares em cada domínio. Há uma pequena sequência semelhante à região de dobradiça que conecta os domínios tipo domínio de imunoglobulina à sequência transmembrana. Esta contém cisteínas que formam uma ponte dissulfeto. As estruturas helicoidais hidrofóbicas transmembrana são peculiares por conterem aminoácidos carregados positivamente  (aminoácidos básicos). A cadeia alfa tem dois resíduos carregados positivamente enquanto a cadeia beta tem um.

Estrutura de receptor de célula A6-T ligado a molécula de MHC classe I complexada com um peptídio alterado Htlv-1 Peptídio Tax Y8a. O peptídio HIV é mostrado em cinza. A molécula de MHC classe I está em azul escuro, a microglobulina beta 2 associada está em azul claro. O receptor de célula T está em verde  e amarelo. Y. H.Ding, B. M.Baker, D. N.Garboczi, W. E.Biddison & D. C.Wiley MMDB Id: 11766 PDB Id: 1QSF Imagem preparada usando RasMol

Figura 9
Rearranjo dos genes de cadeia beta de TCR

ESTRUTURA DO RECEPTOR DE CÉLULA t (TCR)

O TCR é um heterodímero composto de uma cadeia α e uma β de aproximadamente igual tamanho (Figura 8).  Cada cadeia tem uma cauda citoplasmática curta mas de tamanho suficiente para transduzir um sinal de ativação para a célula. Ambas as cadeias têm uma região transmembrana que compreende os aminoácidos hidrofóbicos pelos quais a molécula é ancorada na membrana celular. Ambas as cadeias têm uma região constante e uma região variável semelhante às cadeias de imunoglobulina. A região variável de ambas as cadeias contêm regiões hipervariáveis que determinam a especificidade para o antígeno. Cada célula T carrega um TCR de uma única especificidade (i.e. há exclusão alélica).

Há uma pequena população de células T que expressam TCRs que têm cadeias γ e δ ao invés de cadeias α e β. Essas células  gama/delta predominam no epitélio de mucosas e têm um repertório tendencioso para antígenos bacterianos e virais. Os genes para cadeias δ têm segmentos gênicos V, D e J enquanto que genes para cadeias γ têm apenas segmentos V e J mas o repertório é consideravelmente menor do que o das células alfa/beta. As células gama/delta reconhecem antígenos de maneira MHC-independente, ao contrário das células T alfa/beta.

O TCR está íntimamente associado com um grupo de 5 proteínas coletivamente chamadas de complexo CD3 (Figura 10).  O complexo CD3 é composto de uma cadeia γ, uma δ, duas ε e 2 ξ. Todas as proteínas do complexo CD3 são invariantes e elas não contribuem para a especificidade de jeito nenhum. O complexo CD3 é necessário para a expressão  na superfície celular do TCR durante o desenvolvimento da célula T. Além disso, o complexo CD3 transduz sinais de ativação para a célula após a interação do antígeno com o TCR.

 

Figura 12
Moléculas envolvidas na interação entre células T e células apresentadoras de antígeno. Algumas citocinas produzidas por cada célula são mostradas
 

A “SINAPSE IMUNOLÓGICA”

A interação entre o TCR e moléculas de MHC não é muito forte. Moléculas acessórias são necessárias para ajudar a estabilizar a interação (Figura 11). Estas incluem: 1) CD4 ligando-se a MHC de Classe II, que assegura que células Th somente interajam com APCs; 2) CD8 ligando-se a MHC classe I, que assegura que células Tc possam interagir com células alvo; 3) CD2 ligando-se a LFA-3 e 4) LFA-1 ligando-se a ICAM-1. As moléculas acessórias são invariantes e não contribuem para a especificidade da interação, que é apenas determinada pelo TCR. A expressão de moléculas acessórias pode ser aumentada em resposta a citocina, que é uma maneira pela qual citocinas modulam as respostas imunes.

Além das moléculas acessórias que ajudam a estabilizar a interação entre o TCR e antígeno em associação com moléculas de MHC, outras moléculas são também necessárias para a ativação de células T. Dois sinais são necessários para a ativação de células T – um é a união do TCR com Ag/MHC e o outro sinal vem da união de moléculas co-estimulatórias com seus ligantes. Uma das mais importantes (mas não a única) molécula co-estimulatória é CD28 em células T que precisam interagir com B7-1 (CD80) ou B7-2 (CD81) em APCs . Assim como nas moléculas acessórias, as moléculas co-estimulatórias são invariantes e não contribuem para a especificidade da interação. As interações múltiplas do TCR com Ag/MHC e as moléculas acessórias e co-estimulatórias com seus ligantes têm sido denominadas de “sinapse imunológica”.

A co-estimulação não é somente necessária para a ativação das células T. Uma falta de co-estimulação pode resultar em anergia (i.e., inabilidade de responder a antígeno) ou regulação negativa da resposta. Figura 12 mostra os possíveis resultados de uma célula T recebendo um ou ambos os sinais necessários para a sua ativação. A união do TCR com Ag/MHC em condições de não co-estimulação leva à anergia. A união somente da molécula co-estimulatória não tem efeito. A união do TCR com Ag/MHC e as moléculas co-estimulatória com seus ligantes leva à ativação. A união do TCR com Ag/MHC e a união do ligante B7 com CTLA-4, moléculas similares a CD28, levam à regulação negativa da resposta. A interação CTLA-4/B7 envia um sinal inibidor à célula T ao invés de um sinal ativador. Esta é uma das maneiras pelas quais as respostas imunes são reguladas. CTLA-4 é expressa nas células T mais tarde em uma resposta imune e isso ajuda a desligar a resposta.
 

ETAPAS CHAVE DA ATIVAÇÃO DE CÉLULAS T

• APC deve processar e apresentar peptídios às células T

• Células T devem receber um sinal co-estimulador – usualmente vindo de CD28/B7

• Moléculas acessórias de adesão devem auxiliar a estabilizar a ligação de células T e APC (CD4/MHC classe II, CD8/MHC classse I, LFA-1/ICAM-1 e CD2/LFA-3)

• Sinais de superfície celular devem ser transmitidos para o núcleo via mensageiros secundários.

• Citocinas, incluindo IL-2, ajudam a dirigir a divisão celular
  
  
   

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