INFECTIOUS DISEASE

İMMÜNOLOJİ – BÖLÜM ON
BÜYÜK DOKU UYGUNLUK KOMPLEKSİ VE T-HÜCRE RESEPTÖRLERİ- İMMÜN YANITTAKİ ROLLERİ

Gene Mayer, Ph.D
Emertius Professor of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina

Jennifer Nyland, Ph.D
Assistant Professor of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina

Çeviri:
Doç. Dr. Erkan Yula
İzmir, Katip Çelebi Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı
 

 

ÖĞRENİM HEDEFLERİ
Bağışıklık yanıtta büyük doku uygunkluk komplekslerinin rolüne bakış açısı kazandırmak
Sınıf I ve Sınıf II moleküllerinin yapısını ve fomksiyonunu tanımlamak
Sınıf I ve Sınıf II moleküllerinin polimorfizm doğasını tartışmak
Antijen için T hücre reseptör yapısını tanımlamak
TCR çeşitliliğinde genetik temelleri tartışmak
CD3 kompleks ve kostimülatör moleküllerin rolünün tartışılması
İmmünolojik sinapsların doğasını tanımlamak
T hücre aktivasyonu için gereksinimleri tartışmak

 

TARİHÇE

Hücreler arası etkileşim kazanılmış immün yanıtta patojenlerden korunmada kritik öneme sahiptir. Bu etkileşimler primer komponentleri T hücre antijen reseptör (TCR) ve büyük doku uygunluk kompleksi (MHC) olan immünolojik sinapsların tarafından organize edilmektedir. TCR’nin temel fonksiyonu MHC’ye doğru bağlanmış haldeki antijeni tanıma ve dış sinyali hücrenin iç kısmına sinyali iletmektir. Peptidin MHC’ ye non kovalent bağlanmamasından dolayı immünolojik sinapsların sabitlenmesine yardımcı birçok faktör mevcuttur.

MHC’de kodlanmış gen ürünlerinin ilk olarak nakledilen dokularının reddinde önemli olduğu tespit edildi. Ayrıca, MHC’de bulunan genlerin yüksek polimorfik olduğu bulundu (yani popülasyonda birçok farklı allelik gen formları mevcuttur). Farelerin akraba suşları ile yapılan çalışmalar MHC genlerinin hem hümoral ve hem de hücresel bağışıklık yanıtların kontrolünde etkili olduğu gösterildi. Örneğin, farelerin bazı suşları belirli bir antijene yanıt verebilir fakat diğer suşlar vermez ve bu suşlar, sadece MHC genlerinin bir yada daha fazlasında farklılık göstermektedir. Daha sonraki çalışmalar, MHC tarafından kodlanan iki çeşit molekül olduğunu, sınıf I ve sınıf II MHC, farklı T hücre sınıfları tarafından tanındığı bulundu. Sınıf I molekülleri bütün nükleuslu hücrelerde (kırmızı kan hücreleri hariç.), sınıf II molekülerin ise dentritik hücrler, makrofajlar ve B hücrelerini içeren antijen sunan hücrelerle birkaç farklı hücre türün olduğu bulundu (Şekil 1).

MHC genlerinin bağışıklık yanıttaki rolleri, TCR antijenleri nasıl tanıdığı keşfedilene kadar anlaşılamamışıtı. TCR’nin antijenik peptidleri MHC molekülleri ile eşlenik olarak tanıdıkları gösterildi. T hücrler, MHC gen ürünlerine non kovalent bağlanan antijenlerin protein kısımlarını tanımaktadır. Sitotoksik T hücreleri (Tc), sınıf I MHC moleküllerine bağlanan peptid kısımları tanırken yardımcı T hücreleri (Th) sınıf II MHC moleküllerine bağlanan peptidleri tanımaktadır. MHC moleküllerinin ve TCR’nin üç boyutlu yapısı X ışını kristallografisi tarafından tanımlanarak TCR, MHC gen ürünleri ve antijenin etkileşimi ortaya çıkarılmıştır.
 

Şekil 2
MHC Sınıf 1 molekülü alfa 1 (sarı), alfa 2 (yeşil) ve alfa 3 (mavi) üç globüler alana (domain) sahiptir.
Alfa 3 alanı MHC olmayan kodlanmış beta 2 mikroglobulin (pembe) ile yakından ilişkilidir.
Sonraki disülfid köprüleri (kırmızı) ile sabitlenmiştir ve immünglobülin domaini ile üç boyutlu yapısal benzerlik vardır.
Her bir birey için özgül determinantlar taşıyan alloantijenik bölgeler alfa 1 ve alfa 2 bölgelerinde bulunur.
Sonraki karbonhidrat zincirine (mavi, CHO) sahiptir. Sitoplazmik alanda fosfat bulunur. Papain yarıkları plazma membranın dış yüzeyine yakındır.
 

SINIF I MHC MOLEKÜLLERİNİN YAPISI

Molekül

Sınıf I MHC molekülleri uzun α ve kısa β zinciri olmak üzere iki polipeptid zincirrden oluşmaktadır ve bu yapı β2-mikroglobulin olarak adlandırılmaktadır (Şekil 2). α zinciri 4 bölgeden oluşur.

• Hücresel bölgede, fosforilasyon ve hücre iskeleti elemanlarına bağlanma bölgelerine sahiptir.
• Transmembran bölge, hücre membranına gömülen hidrofik aminoasitleri içerir.
• CD8’e bağlanan yüksek derecede korunmuş α3 immünglobülin benzeri alan.
• α1 ve α2 alanlarından oluşmuş yüksek derece polimorfik peptid bağlanma bölgeleri. β2-mikroglobülin, α zincirle birleşir ve molekülün uygun adaptasyonunu devam ettirmesine yardım eder.

Antijen bağlanma oluğu

Sınıf I MHC molekülünün hangi kısmının daha fazla değişken olduğu ile ilgili analizler, peptit bağlama bölgesini içeren α1 ve α2 bölgelerinin daha değişken olduğunu göstermiştir (Şekil 3). Peptit bağlayan oluğun X-ray kristalografisi, oluğun her bir tarafında duvar oluşturan iki α sarmalından oluştuğunu, tabanı oluşturan 8 β burgusundan oluştuğunu göstermiştir. Peptit olukla sınırlandırılır ve oluğu kaplayan kalıntılar peptitle temas kurarlar (Şekil 4). Bunlar çoğu polimorfik olan arta kalan kısımlardır. Oluk yaklaşık 8-10 amino asit uzunluğundaki peptitlerin yerleşebileceği büyüklüktedir. Sınıf I moleküller polimorfiktir ve farklı sınıf I moleküller farklı peptitleri bağlayabilir. Her bir sınıf I molekül sadece belirli peptitleri bağlayacaktır ve peptidin bağlanması için kriterlere uyum sağlamalıdır. Örneğin Şekil 5’de sınıf I molekül karboksi ucunda lösin (L) veya tirozin (Y) veya fenil alanin (F) 4. amino asit olarak içeren peptidi bağlayacaktır. Bu iki koşul sağlandığında diğer peptitlere bakılmaksızın ipeptit bağlanacaktır. Benzer şekilde sınıf I molekül, amino ucunda ikinci amino asit olarak trirozin içeren veya karboksi uçta valin (V), izolösin (I) veya lösin (L) herhangi bir peptit bağlanacaktır (Şekil 5). Böylece, her bir sınıf I molekül için, MHC molekülüne bağlanmadan önce peptitde belirli amino asitler özel yerleşim yerlerinde olmalıdır. Bu yerler ise “çapa bölgeleri” olarak adlandırılmaktadır. Peptidin uçları sınıf I molekülün bağlanma oluğunun yakın uçlarına gömülür.

MHC içinde Sınıf 1 molekülünü kodlayan 6 gen HLA-A, HLA –B, HLA-C, HLA-E, HLA-F ve HLA-G bulunur. Bunlar arasında HLA-A, HLA –B, ve HLA-C en önemli ve en polimorfik olanlarıdır. Tablo 1 Her bir lokustaki polimorfizm derecesini göstermektedir.
 

Şekil 5
Anchor sites in peptides that bind to class I MHC molecules (adapted from Janeway et al. Immunobiology 6th Edition. Sınıf I MHC moleküllerini bağlayan peptiddeki çapa bölgeleri (Janeway et al. Immunobiology 6. Baskı’dan uyarlanmıştır.)

 

SINIF II MHC MOLEKÜLLERİNİN YAPISI

Molekül

Sınıf II MHC molekülleri yaklaşık olarak eşit uzunlukta olan α ve β zincirden oluşan iki polipeptid zincirden oluşur (Şekil 6). Her iki zincirde dört bölge bulunur:

• Hücresel bölgede, fosforilasyon ve hücre iskeleti elemanlarına bağlanma kısımlarını içerir.
• Transmembran bölge, hücre membranına gömülen hidrofik aminoasitleri içerir.
• Yüksek ölçüde korunmuş α2 alanı ve CD4’e bağlanan yüksek ölçüde korunmuş β2 alanı
• α1 ve β1 alanlarından oluşan yüksek derece polimorfik peptid bağlanma bölgeleri.

Antijen bağlayan oluk

Sınıf I MHC moleküllerinde olduğu gibi, sınıf II MHC moleküllerinin en değişken bölgelerinin nereler olduğu ile ilgili analizler ile peptit bağlama bölgesi olan α1 ve β1 bölgelerinin en değişken bölgeler olduğu bununmuştur (Şekil 7). Peptit bağlayan oluğun yapısının sınıf I molekülde olduğu gibi X-ray kristalografisi ile, oluğun her bir tarafında duvar oluşturan iki α sarmalından oluştuğunu, tabanı oluşturan 8 β burgusundan oluştuğunu göstermiştir. Her iki α1 ve β1 zinciride peptit bağlama oluğunun yapısına katılmaktadır. Oluğa bağlı peptid ve oluğu dolduran rezidüler, peptitle temas kurarlar. Bunlar çok polimorfik rezidülerdir. Sınıf II molekülün oluğunun bir ucu açıktır ve böylece oluk yaklaşık 13-25 amino aist uzunluğundaki daha büyük peptitlere uyum sağlayabilmektedir bu durumda bir kısım amino aistler oluğun dışına yerleşmektedir. Belirli bir peptidin oluğa bağlanıp bağlanmaması oluğu kaplayan aminoasitlere bağlıdır. Çünkü sınıf II moleküller polimorfiktir ve farklı sınıf II moleküller farklı peptidleri bağlar. Sınıf I moleküller gibi, her bir sınıf I molekülü sadece belirli bir peptidi bağlamaktadır ve bağlanmak için birtakım kreiterlerin uyuşması gerekmektedir (örneğin “çapa bölgesi”)
MHC’de sınıf II molekülünü kodlayan 5 lokus bulunmaktadır. Her biri α zinciri için bir gen ve β zinciri için en az bir gen içermektedir.

Bu lokuslar HLA-DP, HLA –DQ, HLA-DR, HLA-DM, ve HLA-DO olarak adlandırılmışlardır.
Bunların arasınds HLA-DP, HLA –DQ ve HLA-DR en polimorfik ve en önemli olanlardır. Tablo 2’de her bir lokus için polimorfizmin derecesi görülmektedir.

 

MHC ‘NİN ÖNEMLİ YÖNLERİ

• Bir tür için yüksek derecede polimorfizim olmasına rağmen, bireysel en fazla altı farklı Sınıf 1 MHC ürünü ve biraz daha fazla olarak Sınıf 2 MHC ürünleri bulunur (sadece büyük lokusların dikkate alındığında).

• Her bir MHC molekülünün sadece bir bağlanma bölgesi vardır. MHC molekülündeki farklı peptidler aynı bölgeleri bağlar fakat bir defada sadece bir tek bölgeye bağlanır.

• Çünkü her bir MHC molekülü birçok farklı peptidi bağlayabilir.

• MHC polimorfizmi sadece germçizgisinde kararlaştırılır.Çeşitliliği üretmek için rekombinasyonel mekanizmalar vardır.

• MHC molekülleri membrana bağlıdır; T hücre tarafından tanınma hücre – hücre teması gerektirir.

• MHC genleri için alleller eş-baskındır. Her MHC gen ürünü her bir çekirdekli hücrenin yüzeyinde ifade edilmektedir.

• Bir peptid, belirli bir MHC ile ilişkilendirmelidir aksi taktirde hiçbir immün yanıt oluşmaz. Bu kontrolün bir aşamasıdır.

• Olgun T hücreler MHC ile birlikte peptidleri tanıyan T hücre reseptörlerine sahip olmalıdır. Bu kontörlün ikinci aşamasıdır.

• Sitokinler (özellikle interferon- γ) MHC ekspresyon seviyesini arttırır.

• Sınıf I MHC ile birlikte olan sitozoldeki peptidler Tc hücreleri tarafından tanınır. Veziküllerin içerisindeki Sınıf II MHC ile ilişkili olan peptidler Th hücreler tarafından tanınır.

• MHC deki polimorfizm türlerin devamlılığı için önemlidir.
   

PEPTİDLER MHC OLUKLARINA NASIL GİRMEKTEDİR?

Hücre zarı ile ilişkili olan Sınıf I MHC peptidleri CTL hücreleri tarafından tanınırlar. Peptidler endoplazmik retikuluma girer ve MHC Sınıf I oluğuna bağlanır. Bu kompleks golgi aracılığı ile hücre yüzeyine taşınır. MHC Sınıf II molekülleri ER ve golgide yer tutucu olarak değişmeyen zincir (li) formlarını alırlar. Vezikülde değişmeyen zincir (li) ayrılır ve kompleksten çıkarılır. Vezikülde Sınıf II MHC ile ilişkili peptidler hücre yüzeyine taşınarak yardımcı T hücreler tarafından tanınır.

T HÜCRE RESEPTÖR (TCR)’NİN İMMÜN YANITTAKİ ROLÜ

T hücreleri yüzeyinde bulunan TCR yüzey molekülü, uygun MHC ile sunulan antijeni tanır. TCR yapısal olarak immünoglobülin ile benzerdir ve immünoglobülin süper ailesinin bir parçasıdır. İki çeşit TCR mevcuttur, baskın form olan αβ lenfoid dokularda bulunur ve γδ formu mukozal yüzeylerde bulunur.
 

A6-T hücre reseptör bağlı MHC sınıf I molekülü değişmiş HTLV-1 tax peptidi kompleksinin yapısı. HIV peptidi gri renkli gösterilmiştir. MHC sınıf I molekülü koyu mavi, ilişkili beta 2 mikroglobülin açık mavi renklidir. T hücre reseptörüyeşil ve sarı renkli. Y. H.Ding, B. M.Baker, D. N.Garboczi, W. E.Biddison & D. C.Wiley MMDB Id: 11766 PDB Id: 1QSF Image prepared using RasMol

Şekil 9
TCR beta zincir genlerinin yeniden düzenlenmesi
 

T HÜCRE RESEPTÖR (TCR) YAPISI

TCR heterodimer yapıda yaklaşık olarak eşit uzunlukta bir α ve bir β zincir yapısından oluşur (Şekil 8). Her zincir kısa sitoplazmik kuyruğa sahiptir fakat aktivasyon sinyallerini hücreye iletemeyecek kadar kısadır. Her iki zincirde transmembran bölgelerden oluşan hidrofobik aminoasidler hücre membranına gömülüdür. Her iki zincirde immünglobülin zincirlerine benzer şekilde sabit ve değişken bölgelere sahiptir. Her zincirin değişken bölgesi antijene özgüllüğü belirleyen aşırı değişken bölgeler içermektedir. Her T hücresi sadece bir özgül TCR taşır (burada bir allelik dışlama bulunmaktadır).

RESEPTÖR OLUŞUMUNDA GENETİK TEMEL

B hücreleri üzerindeki geniş bir sergileme gösteren antijen reseptörlerinin genetik temeli bir önceki bölümde antıldı (bakınız: Ig genetiği). TCR’nin geniş yelpazesi de benzer bir mekanizma ile gerçekleşmektedir. TCR β genleri için germline genler V,D ve J gen segmentlerinden oluşurlar ve bunlar T hücre gelişimi boyunca yeniden düzenlenerek çok farklı TCR β zincirleri oluştururlar (Şekil 9). TCR α genleri için germline genler V ve J gen segmentlerinden oluşurlar ve bunlar α zincir oluşturmak için yeniden düzenlenirler. TCR’nin özgüllüğü α ve β zincirlerin kombinasyonu ile belirlenmektedir.

Çok küçük bir T hücre popülasyonu α ve β zincir yerine γ ve δ zincirlerini ifade etmektedir. Bu gama/delta T hücreleri mukozal epitelde baskındırlar ve belirli bakteri ve viral antijenlere eğilimli bir repartuvarları bulunmaktadır. δ zincirleri için V,D ve J gen segmentleri bulunurken γ zincirleri için sadece V ve J gen segmenti bulunmaktadır fakat repartuvarları alfa/beta hücrelerden oldukça küçüktür. gama/delta T hücreleri, alfa/beta hücrelerden farklı olarak antijeni MHC’den bağımsız olarak tanır.

TCR’NİN ÖNEMLİ YÖNLERİ

• Her bir T hücresi yalnızca tek özgüllükte TCR taşır (burada bir allelik dışlama bulunmaktadır).

• αβ TCR, antijenleri sadece hücre-hücre etkileşiminde ve doğru MHC içerisinde tanır.

• The γδ TCR recognizes antigen in an MHC-independent manner in response to certain viral and bacterial antigen.

• γδ TCR, antijenleri MHC'den bağımsız bir şekilde belirli viral ve bakteriyel antijenleri tanımaktadır.
   

TCR VE CD3 KOMPLEKSİ

TCR, CD3 kompleksi olarak adlandırılan 5 protein grubu ile yakın ilişkilidir (Şekil 10). CD3 kompleksi bir γ, bir δ, iki ε ve 2 ξ zincirlerinden oluşur. CD3 kompleksindeki bütün proteinler değişmez yapıdadır ve herhangi bir şekilde özgüllüğüne katkıda bulunmayan yapılardır. CD3 kompleksi T hücresi gelişimi sırasında TCR’nin hücre yüzeyinde ifadesi için gereklidir. Ek olarak, CD3 kompleksi, TCR-antijen etkileşimini sonrası hücreye aktivasyon sinyallerinin iletilmesini sağlar.
 

  B.
Sitotoksik T hücrelerinin etkileşiminde yer alan ligandlar ve bunların hedef hücreleri.

Şekil 12a
T hücrelerinin aktivasyonu sadece TCR ve ortak uyarıcı moleküllerin her ikisi de kendilerine ait aynı ligandları ile angaje olduğunda oluşur.
 

Şekil 12b
CTLA - 4 B7 ile etkileşirse down regülasyon oluşur: CTLA-4 engelleyici bir sinyal gönderir
 

Şekil 12c
Yardımcı uyarım yokluğunda TCR ve antijen / MHC birlikteliği anerjiye yol açabilir
 

Şekil 12d
TCR yokluğunda yardımcı uyarıcı angajmanı bir cevaba yol açmaz.
 

İMMUNOLOJİK SİNAPS

TCR ve MHC molekülleri arasındaki etkileşim çok güçlü değildir. Etkileşmeyi stabil tutmaya yardım etmek için aksesuar moleküller gereklidir (Şekil 11a,b). Bu moleküller:

• CD4’ün Sınıf II MHC’ye bağlanması, Th hücrelerinin sadece ASH’ler ile etkileşmesini sağlar

• CD8’in Sınıf I MHC’ye bağlanması, Tc hücrelerinin hedef hücrelerle etkileşebilmesini sağlar

• LFA-3’e bağlanan CD2

• ICAM-1’e bağlanan LFA-1

Aksesori moleküller değişmez ve TCR’la belirlenen etkileşimin özgüllüğüne katkıları yoktur. Aksesori moleküllerin ekspresyonu sitokine yanıt olarak arttırılabilir bu sitokinlerin bağışıklık yanıtları modüle edebildiği bir yoldur.

MHC molekülleriyle birlikte TCR ve antigen arasındaki etkileşmi dengelemeye yardım eden aksesuar moleküllerine ek olarak, T hücre aktivasyonu için diğer moleküller de gereklidir. T hücre aktivasyonu için iki sinyal gereklidir- bir tanesi TCR ve Antijen/MHC birleşmesi ve diğer sinyal yardımcı uyarıcı moleküllerin ligandlarıyla birleşmesinden gelir. En önemli (ancak tek değil) yardımcı uyarıcı moleküllerden biri T hücreleri üzerindeki CD28’dir ve bu ASH’ler üzerindeki B7-1 (CD80) veya B7-2 (CD81) ile etkileşmek zorundadır. Aksesori moleküller gibi yardımcı uyarıcı moleküller de değişmez ve etkileşmenin özgüllüğüne katkıları yoktur. TCR’ın Antijen/MHC ile ve aksesuar moleküller ve yardımcı uyaran moleküllerin ligandaları ile çoklu etkileşimleri “immünolojik sinaps” olarak adlandırılır.

Yardımcı uyarım sadece T hücre aktivasyonu için değildir, yardımcı uyarıcı eksikliği anerjiyle (antijene karşı tepkide yetersizlik) ya da tepkinin down regülasyonu ile sonuçlanabilir. Figür 12, aktivasyon için gerekli olan bir veya her iki sinyali alan bir T hücresinin olası sonuçlarını gösterir. TCR’ın Ag/MHC ile birleşimi var fakat yardımcı uyarıcı yoksa anerji gelişir. Sadece yardımcı uyarıcı molekülün etkisi yoktur. TCR’ın Ag/MHC ile ve yardımcı uyarıcı moleküllerin kendi ligandlarıyla birleşimi aktivasyonla sonuçlanır. TCR’ın Ag/MHC ile birleşimi ve B7 ligandın CD28’e benzeyen moleküller olan CTLA-4 ile birleşimi tepkinin down regülasyonuyla sonuçlanır. CTLA-4/B7 etkileşimi aktivasyon sinyali yerine T hücresine inhibasyon sinyali gönderir. Bu immun yanıtın regülasyon yollarından biridir. CTLA-4 sonradan bir immun yanıt sırasında T hücreleri üzerinde ekspres edilir ve bu, yanıtı kapatmaya yardımcı olur.

T HÜCRE AKTİVASYONUNDAKİ ANAHTAR BASAMAKLAR

• ASH’nin peptidleri işlemesi ve T hücrelerine sunması gereklidir

• T hücrelerinin yardımcı uyarı sinyali (ko-stimülatör) alması gereklidir- genellikle CD28/B72’den.

• Aksesori adhezyon molekülleri T hücreleri ve ASH’lerin bağlanmasını dengelemeye yardımcı olmalıdır. (CD4/Sınıf II MHC, CD8/Sınıf I MHC, LFA-1/ICAM-1 ve CD2/LFA-3)

• Hücre yüzeyindeki sinyallaer ikincil mesajcılar yoluyla nükleusa iletilmelidir.

• IL-2’i de içeren sitokinler hücre bölünmesini sürdürmeye yardımcı olmalıdır
  
   

Mikrobiyoloji ve İmmünoloji On-line, İMMÜNOLOJİ Bölümüne Dönünüz

This page last changed on Tuesday, March 29, 2016
Page maintained by Richard Hunt