BỆNH NHIỄM TRÙNG

MIỄN DỊCH HỌC – CHƯƠNG MƯỜI

PHỨC HỢP HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU (MHC) VÀ THỤ THỂ TẾ BÀO T - VAI TRÒ TRONG ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH
 

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

Biên dịch: Nguyễn Văn Đô, MD., PhD.,
Bộ môn Sinh lý bệnh-Miễn dịch,
Trường Đại học Y Hà Nội,
Hà Nội, Việt Nam
 

 

MỤC TIÊU GIẢNG DẠY

Giới thiệu tổng quan về vai trò của các phức hợp hòa hợp mô chủ yếu trong đáp ứng miễn dịch.
Mô tả cấu trúc và chức năng của các phân tử MHC lớp I và lớp II.
Thảo luận về bản chất của sự đa hình trong phân tử MHC lớp I và lớp II.
Mô tả cấu trúc thụ thể tế bào T đối với kháng nguyên.
Thảo luận về các cơ sở di truyền về sự đa dạng của TCR.
Thảo luận về vai trò của các phức hợp CD3 và các phân tử đồng kích thích.
Mô tả bản chất của các synap miễn dịch.
Thảo luận về các yêu cầu cho hoạt hóa tế bào T.


 

TỔNG QUAN LỊCH SỬ

Sự tương tác giữa tế bào với tế bào trong đáp ứng miễn dịch đặc hiệu là rất quan trọng để bảo vệ cơ thể khỏi tác nhân gây bệnh. Các tương tác này được hình thành bởi các synap miễn dịch mà các thành phần chủ yếu là thụ thể kháng nguyên của tế bào T (TCR) và phân tử phức hợp hòa hợp mô chủ yếu (MHC). Chức năng chính của TCR là để nhận biết kháng nguyên nằm trong phân tử MHC và để truyền tín hiệu kích thích vào bên trong tế bào. Vì liên kết của peptid với MHC là không đồng hóa trị, nên có nhiều yếu tố giúp ổn định synap miễn dịch.

Sản phẩm gen mã hóa cho MHC lần đầu tiên được phát hiện là có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các mô ghép. Hơn nữa, các gen trong MHC đã được tìm thấy là rất đa hình (tức là trong quần thể đã có nhiều loại allele khác nhau của gen). Những nghiên cứu ở chuột thuần chủng cho thấy các gen trong MHC cũng tham gia trong việc kiểm soát cả hai đáp ứng miễn dịch dịch thể và miễn dịch qua trung gian tế bào. Ví dụ, một số chủng chuột có đáp ứng với một kháng nguyên đặc biệt, nhưng chủng chuột khác không thể và các chủng này chỉ khác nhau một hoặc nhiều gen MHC. Nghiên cứu sau đó cho thấy rằng có hai loại phân tử được mã hóa bởi các gen MHC – Các phân tử lớp I và lớp II, chúng được nhận biết bởi các dưới lớp tế bào T khác nhau. Các phân tử lớp I được phát hiện trên tất cả các tế bào có nhân (không có trên hồng cầu) trong khi các phân tử lớp II được tìm thấy chỉ trên các tế bào trình diện kháng nguyên (APC), chúng bao gồm các tế bào có tua, các đại thực bào, tế bào B và một vài loại tế bào khác (Hình 1).

Chỉ đến khi phát hiện ra cách TCR nhận ra kháng nguyên thì vai trò của gen MHC trong đáp ứng miễn dịch mới được hiểu rõ. TCR có chức năng nhận biết kháng nguyên peptid trong phức hợp với các phân tử MHC. Các tế bào T nhận ra phần kháng nguyên protein được liên kết không đồng hóa trị với các sản phẩm gen MHC. Các tế bào T độc tế bào (Tc) nhận biết peptid liên kết với các phân tử MHC lớp I và các tế bào T trợ giúp (Th) nhận biết peptid liên kết với các phân tử MHC lớp II. Cấu trúc không gian ba chiều của các phân tử MHC và TCR đã được xác định bằng X-quang tinh thể để tạo ra một bức tranh rõ ràng về cách TCR, sản phẩm gen MHC và kháng nguyên tương tác với nhau.
 

Hình 2
Phân tử MHC lớp I có ba vùng hình cầu alpha 1 (màu vàng), alpha 2 (màu xanh lá cây) và alpha 3 (màu xanh da trời). Vùng alpha 3 liên kết chặt chẽ với các microglobulin beta 2 được mã hóa không do gen MHC (màu hồng). Sau đó được ổn định bằng một cầu disulfid (màu đỏ) và nó cũng tương tự như một vùng kháng thể trong cấu trúc ba chiều. Các vị trí có tính kháng nguyên đồng loài chứa các quyết định kháng nguyên đặc hiệu cho từng cá thể được tìm thấy ở các vùng 1 và 2. Tiếp theo có một chuỗi carbohydrat (màu xanh, CHO). Có một phosphate nằm trong vùng bào tương. Papain sẽ cắt gần bề mặt ngoài của màng
 

CẤU TRÚC CỦA CÁC PHÂN TỬ MHC LỚP I

Phân tử

Các phân tử MHC lớp I gồm hai chuỗi polypeptid, một chuỗi dài α và một chuỗi ngắn β gọi là β2-microglobulin (Hình 2). Chuỗi α có bốn vùng.

• Một vùng bào tương có chứa các vị trí phosphoryl hóa và liên kết với các thành phần khung của tế bào
• Một vùng xuyên màng có chứa các acid amin kỵ nước mà phân tử được gắn vào màng tế bào.
• Một vùng giống kháng thể α3 được bảo tồn để cho CD8 gắn vào.
• Một vùng gắn peptid có tính đa hình cao được hình thành từ các vùng α1 và α2. β2-microglobulin liên kết với chuỗi α và giúp duy trì cấu hình thích hợp của phân tử.

Các rãnh gắn kháng nguyên

Khi phân tích phân tử MHC lớp I để tìm xem phần nào của phân tử là vùng thay đổi nhất, thì người ta thấy rằng các vùng α1 và α2 là biến đổi nhiều nhất, nó bao gồm vùng liên kết peptid (Hình 3). Cấu trúc của các rãnh gắn peptid, được bộc lộ bởi X-quang tinh thể, cho thấy rãnh gồm hai vòng xoắn α tạo thành hai bức tường ở hai bên và tám tấm gấp nếp β hình thành một cái sàn. Peptid đựợc gắn vào rãnh và phần còn lại là đường biên mà rãnh tạo liên kết với các peptid (Hình 4). Đây là phần còn lại có tính đa hình nhất. Các rãnh sẽ chứa peptid dài khoảng 8-10 acid amin. Mỗi loại peptid riêng sẽ bám vào đường rãnh này và phụ thuộc vào các acid amin sắp xếp trong rãnh. Vì phân tử MHC lớp I là đa hình, nên các phân tử lớp I khác nhau sẽ liên kết với các phân tử peptid khác nhau. Mỗi phân tử lớp I chỉ liên kết với những peptid nhất định và nó có các tiêu chuẩn mà một peptid phải có để liên kết với các đường rãnh. Ví dụ, Hình 5 cho thấy một phân tử lớp I sẽ kết với các peptid có một leucin (L) là acid amin nằm ở đầu tận carboxy và tyrosin (Y) hoặc phenylalanin (F) là acid amin thứ 4 kể từ đầu tận carboxy. Khi hai điều kiện được đáp ứng một peptid sẽ liên kết, bất kể các acid amin khác là loại gì. Tương tự như vậy một phân tử lớp I khác nhau sẽ gắn với bất kỳ phân tử peptid có một tyrosin (Y) là acid amin thứ hai từ đầu tận amin và một trong hai valin (V), isoleucin (I) hoặc leucin (L) tại đầu cuối carboxy (Hình 5). Như vậy, cứ mỗi phân tử lớp I, có một số acid amin nhất định phải nằm ở một vị trí đặc biệt trong peptid trước khi nó bám vào các phân tử MHC. Những vị trí này trong peptid được gọi là "các vị trí neo". Các đầu của peptid được che lấp trong vùng giới hạn của rãnh gắn lớp I, trong khi đó phần trung tâm lồi ra để trình diện cho TCR.

MHC có 6 gen mã hóa cho các phân tử lớp I là HLA -A, HLA-B, HLA-C, HLA-E, HLA-F và HLA-G. Trong số này, HLA A, HLA-B và HLA-C là quan trọng nhất và đa hình nhất. Bảng 1 cho thấy mức độ đa hình tại mỗi locus này.Figur
 

Hình 5
Các vị trí mỏ neo trong peptid liên kết với phân tử MHC lớp I (adapted from Janeway et al. Immunobiology 6th Edition)

 

CẤU TRÚC CÁC PHÂN TỬ MHC LỚP II

Phân tử

Các phân tử MHC lớp II bao gồm hai chuỗi polypeptid, một chuỗi α và một chuỗi β có chiều dài tương đối bằng nhau (Hình 6). Cả hai chuỗi có bốn vùng:

• Một vùng bào tương có chứa các vị trí phosphoryl hóa và liên kết với các thành phần khung của tế bào
• Một vùng xuyên màng có chứa các acid amin kỵ nước mà phân tử được gắn vào màng tế bào
• Có các vùng α2 và β2 bảo tồn cao cho CD4 gắn vào
• Một vùng gắn peptid rất đa hình được hình thành từ các vùng α1 và β1

Rãnh gắn kháng nguyên

Giống như các phân tử MHC lớp I, khi phân tích các phần của phân tử MHC lớp II và thấy rằng vùng thay đổi nhất là α1 và β1, trong đó có vùng liên kết peptid (Hình 7). Cấu trúc của rãnh liên kết peptid được quan sát bởi X-quang tinh thể, và thấy rằng nó giống như các phân tử MHC lớp I, rãnh là gồm hai chuỗi xoắn α tạo thành bức tường ở hai bên và tám tấm gấp nếp β tạo nên một cái sàn. Cả hai chuỗi α1 và β1 tham gia vào rãnh gắn peptid. Peptid được gắn vào rãnh và phần còn lại giới hạn rãnh tạo liên kết với peptid. Phần còn lại là nơi có tính đa hình nhất. Các rãnh của các phân tử lớp II được mở ở một đầu để các rãnh có thể chứa peptid dài hơn, khoảng 13-25 axit amin với một số các acid amin nằm bên ngoài của rãnh. Một peptid cụ thể sẽ liên kết với đường rãnh này sẽ phụ thuộc vào các acid amin đường rãnh. Bởi vì các phân tử lớp II là đa hình, các phân tử lớp II khác nhau sẽ liên kết peptid khác nhau. Giống như phân tử lớp I, mỗi phân tử lớp II sẽ chỉ gắn một peptid nhất định và sẽ có tiêu chí mà một peptid phải có để liên kết với các rãnh (nghĩa là "các vị trí neo").

Trong MHC có 5 loci mã hóa cho các phân tử lớp II, mỗi loci trong số đó có chứa một gen cho một chuỗi α và ít nhất một gen cho một chuỗi β. Các locus được định rõ là HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR, HLA-DM, và HLA-DO. Trong đó, HLA-DP, HLA-DQ, và HLA-DR là quan trọng nhất và đa hình nhất. Bảng 2 cho thấy mức độ đa hình tại mỗi locus này.
 

CÁC KHÍA CẠNH QUAN TRỌNG CỦA MHC

• Mặc dù có tính đa hình cao của một loài, một cá nhân có tối đa sáu lớp sản phẩm MHC lớp I khác nhau và chỉ hơi nhiều hơn các sản phẩm MHC lớp II (chỉ xem xét các loci chính).

• Mỗi phân tử MHC chỉ có một vị trí gắn. Các peptid khác nhau cho một phân tử MHC có thể gắn kết tất cả ở cùng một vị trí, nhưng chỉ có một lần.

• Mỗi phân tử MHC có liên kết peptid khác nhau.

• Tính đa hình MHC chỉ được xác định trong dòng mầm. Không có cơ chế tái tổ hợp để tạo ra sự đa dạng.

• Các phân tử MHC được gắn lên màng tế bào; nhận biết bởi các tế bào T và cần phải có tiếp xúc trực tiếp tế bào-tế bào.

• Các allele của các gen MHC là đồng trội. Mỗi sản phẩm gen MHC được biểu lộ trên bề mặt tế bào có nhân.

• Một peptid phải liên kết với MHC nhất định của một cá thể, nếu không sẽ không có đáp ứng miễn dịch. Đó là mức độ kiểm soát thứ nhất.

• Các tế bào T trưởng thành phải có một thụ thể tế bào T để nhận ra peptid liên kết với MHC. Đây là cấp độ kiểm soát thứ hai.

• Các cytokin (đặc biệt là interferon-γ) sẽ làm tăng cường mức độ biểu lộ MHC.

• Các peptid từ bào tương liên kết với MHC lớp I và được nhận biết bởi các tế bào Tc. Peptid liên kết với MHC lớp II và được nhận biết bởi các tế bào Th.

• Tính đa hình của MHC là quan trọng cho sự sống còn của loài.
   

Peptid từ bào tương liên kết với MHC lớp I và được nhận biết bởi các tế bào CTL. Các peptid đi vào mạng lưới nội chất và gắn vào rãnh MHC lớp I. Phức hợp này sau đó được chuyển sang bề mặt tế bào thông qua bộ Golgi. Các phân tử MHC lớp II được hình thành với một chuỗi bất biến là (Ii) như là một người giữ chỗ ở các ER và Golgi. Chuỗi Ii bị cắt và lấy ra một lần phức hợp ở trong túi. Peptid từ trong túi liên kết với MHC lớp II và sau đó được chuyển ra bề mặt tế bào, nơi chúng được nhận biết bởi các tế bào Th.

VAI TRÒ CỦA TCR TRONG ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH

TCR là một phân tử được tìm thấy trên bề mặt tế bào T để nhận biết kháng nguyên được gắn trong MHC. TCR này có cấu trúc tương tự như kháng thể và là một phần của siêu gia đình kháng thể. Có hai loại TCR, chủ yếu là αβ và thường thấy trong các mô lympho, và γδ được phát hiện ở bề mặt niêm mạc.
 

Cấu trúc của thụ thể tế bào T-A6 liên kết với phân tử MHC lớp I tạo phức hợp với một peptid Y8a HTLV-1 Tax đã bị thay đổi. Peptid HIV được thể hiện ở màu xám. Phân tử MHC lớp I biểu hiện ở màu xanh đậm, liên kết với beta 2 microglobulin bởi màu xanh nhạt. Thụ thể tế bào T có màu xanh lá cây và màu vàng.
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

  Hình 9
Tái tổ hợp các gen tổng hợp chuỗi beta của TCR
 

CẤU TRÚC CỦA THỤ THỂ TẾ BÀO T (TCR)

TCR là một dị dimer gồm một chuỗi α và một chuỗi β có chiều dài xấp xỉ bằng nhau (Hình 8). Mỗi chuỗi có một cái đuôi ngắn nằm trong bào tương nhưng nó rất nhỏ để có thể truyền một tín hiệu hoạt hóa cho tế bào. Cả hai chuỗi có một vùng xuyên màng bao gồm các acid amin kỵ nước, nhờ nó mà phân tử này được neo ở màng tế bào. Cả hai chuỗi có một vùng hằng định và một vùng thay đổi giống như các kháng thể. Vùng thay đổi của cả hai chuỗi chứa các vùng siêu biến đổi để xác định sự đặc hiệu kháng nguyên. Mỗi tế bào T có một TCR có tính đặc hiệu duy nhất (ngoại trừ allele).

CƠ SỞ DI TRUYỀN CỦA SỰ HÌNH THÀNH THỤ THỂ

Cơ sở di truyền của việc hình thành các thụ thể với kháng nguyên trên tế bào B đã được thảo luận trước đó (xem phần về di truyền học Ig). Việc tạo ra một loạt các TCRs được thực hiện bằng một cơ chế tương tự. Các gen tổng hợp ra β TCR được cấu thành từ V, D và các mảnh của gen J tái sắp xếp trong quá trình phát triển tế bào T để sản xuất chuỗi β TCR khác nhau (Hình 9). Các gen dòng mầm cho gen α TCR được cấu thành từ V và các mảnh gen J tái sắp xếp để tạo ra các chuỗi α. Sự đặc hiệu của TCR được xác định bởi sự kết hợp của các chuỗi α và β.

Có một quần thể nhỏ các tế bào T biểu lộ TCR có chuỗi γ và δ thay vì chuỗi α và β. Những tế bào T gamma và delta chiếm ưu thế trong các biểu mô niêm mạc và có khả năng chống kháng nguyên vi khuẩn và virút. Các gen cho các chuỗi δ có các gen V, D và J trong khi các gen cho các chuỗi γ chỉ có gen V và J nhưng đội quân này là nhỏ hơn đáng kể so với các tế bào T alpha/beta. Các tế bào T gamma/delta nhận biết kháng nguyên trong MHC một cách độc lập không giống như tế bào T alpha/beta.

CÁC KHÍA CẠNH QUAN TRỌNG CỦA TCR

• Mỗi tế bào T chỉ mang một TCR đặc hiệu (có loại trừ allele).

• Các TCR αβ chỉ nhận biết kháng nguyên trong điều kiện có tương tác tế bào với tế bào và kháng nguyên nằm trong MHC.

• Các TCR γδ nhận biết kiểu kháng nguyên không phụ thuộc MHC để đáp ứng với kháng nguyên của virút và vi khuẩn nhất định.
   

TCR VÀ PHỨC HỢP CD3

TCR có liên quan gần gũi với một nhóm 5 protein được gọi chung là phức hợp CD3 (Hình 10). Các phức hợp CD3 bao gồm một chuỗi γ, một chuỗi δ, hai chuỗi ε và 2 chuỗi ξ. Tất cả các protein của phức hợp CD3 là bất biến và chúng không đóng góp vào độ đặc hiệu. Các phức hợp CD3 là cần thiết để biểu lộ TCR trên bề mặt tế bào trong quá trình phát triển của tế bào T. Ngoài ra, phức hợp CD3 truyền tín hiệu hoạt hóa vào trong tế bào sau khi KN tương tác với TCR.
 

B. Phối tử có liên quan đến sự tương tác của các tế bào T độc tế bào và các tế bào đích của chúng

  Hình 12a
Hoạt hóa tế bào T chỉ xảy ra khi cả hai TCR và các phân tử đồng kích thích được kết hợp với các phối tử tương ứng của chúng
 

Hình 12b
Sự giảm điều hòa xuất hiện nếu CTLA-4 tương tác với B7: CTLA-4 gửi một tín hiệu ức chế
 

Hình 12c
Phối hợp của TCR và kháng nguyên / MHC trong trường hợp không có mặt của đồng kích thích có thể dẫn đến suy giảm
 

  Hình 12d
Tham gia của các phân tử đồng kích thích trong trường hợp không có TCR dẫn đến không có đáp ứng
 

SYNAP MIỄN DỊCH

Sự tương tác giữa các phân tử TCR và MHC là không mạnh mẽ. Các phân tử phụ là rất cần thiết để giúp ổn định các tương tác (Hình 11a, b). Chúng bao gồm:

• CD4 liên kết với MCH lớp II, nó đảm bảo rằng các tế bào Th chỉ tương tác với APC

• CD8 liên kết với MHC lớp I, đảm bảo rằng các tế bào Tc có thể tương tác với các tế bào đích

• CD2 liên kết với LFA-3

• LFA-1 liên kết với ICAM-1

Các phân tử phụ là bất biến và không đóng góp vào sự đặc hiệu của sự tương tác, được nhận biết bởi TCR. Sự biểu lộ các phân tử phụ có thể được tăng lên khi có cytokin, là một cách mà các cytokin có thể điều hòa đáp ứng miễn dịch.

Ngoài các phân tử phụ giúp ổn định sự tương tác giữa các TCR và kháng nguyên gắn với các phân tử MHC, các phân tử khác cũng cần thiết để hoạt hóa tế bào T. Hai tín hiệu cần thiết để hoạt hóa tế bào T - một là sự kết hợp của TCR với Ag/MHC và hai là tín hiệu khác từ sự tham gia của các phân tử đồng kích thích với các phối tử của chúng. Một trong những phân tử đồng kích thích quan trọng nhất (nhưng không chỉ có mình nó) là CD28 trên tế bào T, nó phải tương tác với B7-1 (CD80) hoặc B7-2 (CD81) trên các APC. Giống như các phân tử phụ các phân tử đồng kích thích là bất biến và không đóng góp vào sự đặc hiệu của sự tương tác. Các đa tương tác của TCR với Ag /MHC và các phân tử phụ và đồng kích thích với các phối tử của họ được gọi là "miễn dịch synap”.

Không chỉ có sự đồng kích thích là cần thiết để hoạt hóa tế bào T, thiếu một kích thích phù hợp có thể dẫn đến suy giảm (tức là, mất khả năng đáp ứng với kháng nguyên) hoặc đáp ứng giảm xuống. Hình 12 cho thấy các kết quả có thể có của một tế bào T nhận được một hoặc cả hai tín hiệu cần thiết để hoạt hóa. Có sự kết hợp của TCR với Ag/MHC nhưng không có đồng kích thích dẫn đến suy giảm. Nếu chỉ có các phân tử đồng kích thích tham gia thì không có tác dụng. Sự kết hợp của TCR với Ag/MHC và các phân tử đồng kích thích với các kết quả phối tử dẫn đến sự hoạt hóa. Sự liên kết của TCR với Ag/MHC và sự tham gia của phối tử B7 với CTLA-4, một phân tử tương tự như CD28, kết quả là giảm đáp ứng. Tương tác CTLA-4/B7 sẽ gửi một tín hiệu ức chế cho các tế bào T chứ không phải là một tín hiệu kích thích. Đây là một trong những cách để điều hòa đáp ứng miễn dịch. CTLA-4 được biểu lộ muộn hơn trên các tế bào T trong một đáp ứng miễn dịch và điều này sẽ giúp cho việc dừng đáp ứng.

CÁC BƯỚC CHÍNH CỦA HOẠT HÓA TẾ BÀO T

• APC phải xử lý và trình diện peptid cho các tế bào T

• Các tế bào T phải nhận được một tín hiệu đồng kích thích - thường là từ CD28/B7

• Các phân tử bám dính phụ phải giúp đỡ để ổn định cho sự liên kết của tế bào T và APC. (CD4/MHC lớp II, CD8/ MHC lớp I, LFA-1/ICAM-1 và CD2/LFA-3)

• Tín hiệu từ bề mặt tế bào phải được chuyển đến nhân thông qua tín hiệu thứ hai

• Cytokin, bao gồm IL-2, phải giúp tế bào phân chia
  
   

Trở về phần Miễn dịch của Vi khuẩn học và Miễn dịch học online

This page last changed on Thursday, September 14, 2017
Page maintained by Richard Hunt