Antigén-felismerő receptorok (BCR, TCR) GYTK Immunológia
Dr Pállinger Éva Genetikai Sejt- és Immunbiológiai Intézet
Nem antigén- specifikus antigénreceptorok
Opszonizáló receptorok
Fc receptorok Komplement receptorok
Mintázat felismerő receptorok (PRR)
Specifikus Ag felismerés = antigénreceptorok B sejt receptor: BCR
T sejt receptor: TCR
(Sejtfelszínhez kötött immunglobulin)
APC
B Felismeri: Szolubilis és membránhoz kötött Ag (epitóp) Fehérje, poliszacharid, lipid, DNS, RNS Konformációs és lineáris epitópok
T Felismeri: Feldolgozott antigének: peptid – MHC komplex Kizárólag peptideket (αβ TCR) lineáris epitópok
Emlékeznek?
Az antigén felismerése Natív antigen
• Nativ – Professzionális antigen prezentéló sejtek (APC)
bacteriu m
• Dendritikus sejtek • Makrofágok • B-limfociták • Timusz hámsejtek
• Processzált – MHC korlátozott bemutatás T-limfocitáknak 4
Hasonlóságok a TCR és a BCR között ANTIGÉN KÖTŐHELY
ANTIGÉN KÖTŐHELY
ANTIGÉN KÖTŐHELY Variábilis régió (V) Konstans régió (C) Transzmembrán régió Citoplazmatikus farok
Specifikus antigénkötő receptorok Variábilis és konstans régióik vannak Az Ag-kötőhelyet heterodimerek alkotják (2 különböző lánc) Felszínhez kötött = BCR Lehet szolubilis
Kizárólag felszínhez kötött formában létezik
BCR
-COOH
Nehézlánc (H): IgG, IgM, IgA, IgE, IgD Könnyűlánc (L): k. l
7
VARIÁBILIS RÉGIÓ
KÖNNYŰ LÁNCOK
Hipervariábilis régiók (komplementaritást meghatározó régiók)
KAPOCS RÉGIÓ
KONSTANS RÉGIÓ
SZÉNHIDRÁT
SZÉNHIDRÁT
NEHÉZ LÁNCOK
Ig DOMÉNEK
DISZULFID HIDAK
Az ellenanyagok felxibilitása
KAPOCS RÉGIÓ
Milyen struktúrákat ismernek fel az ellenanyagok? Lineáris epitóp
Konformációs epitóp
Denaturáció Az epitóp elvész
Az Ig csak denaturáció után ismeri fel az epitópot
Az Ig denaturáció Előtt és után is felismeri az epitópot
Neo-antigén determináns
Az epitóp proteolízis után keletkezik
Mivel jellemezhető az At-Ag kapcsolat? AFFINITÁS - AVIDITÁS Affinitás = az antitest kötődés erőssége Az Ag-Ab komplex képződésének egyensúlyi állandójával (Keq) jellemezhető:
Aviditás = az antigén és az antitest közötti kötőerők összege IgG
ALACSONY AVIDITÁS
IgG
IgM
NAGY AVIDITÁS
NAGYON NAGY AVIDITÁS
11
Mivel jellemezhető az At-Ag kapcsolat? SPECIFITÁS – KERESZT REAKTIVITÁS Specifitás = az antitest azon képessége, hogy mennyire képes egyetlen antigént (epitópot) felismerni és ahhoz kötődni Kereszt reaktivitás = az antitest azon képessége, hogy többféle antigénhez is képes kötődni, DE CSAK ABBAN AZ ESETBEN, ha az antigéneknek van közös epitópjuk.
12
Ag- At kötések jellemzői Nem kovalens kötés Elektrosztatikus
H-híd
Van der Waals
Hidrofób
Ellentétes töltések között H atomok elektronegatív atomok között Fluktuáló elektronfelhő az ellentétesen polarizált szomszédos atomok között
Hidrofób csoportok és vízmolekulák között 13
Immunglobulin izotípus
A nehézlánc (a,g,d,m,e) a biológiai effektor funkciót határozza meg.
Ellenanyagok által közvetített effektor funkciók
http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/2011_0001_524_Immunologia/ch14s08.html
Az emberi immunglobulin izotípusok funkciói
Fc receptorok
Fcg receptorok szerepe az immunválasz szabályozásában
Nature Reviews Immunology 8, 34-47 (January 2008)
Immunglobulin allotípus
1. személy
2. személy
Izotípuson belüli allérvariációk (fajon belüli egyedi eltérések), amelyek a konstans régiót érintik. Oka: genetikai polimorfizmus Nem befolyásolja sem az antigén kötést sem az effektor funkciót.
Jelentőség: Csv transzplantáció monitorozás;apasági tesztek
Immunglobulin idiotípus
1. személy
2. személy
Az immunglobulin egyedi Ag determinánsa; a hipervariábilis régióval függ össze Jelentőség: idiotípus – anti-idiotípus szabályozás; vakcináció; B sejt eredetű tumorok célpontja
BCR komplex
Extracelluláris tér
PLAZMA MEMBRÁN
citolazma ITAM MOTÍVUM
CITOPLAZMATIKUS FAROK JELÁTVITELI EGYSÉG
A BCR-k keresztkötése szükséges a B sejt aktivációhoz
A BCR jelátvitel
Antigén keresztkötés Fyn és Lyn (Src kinázok) aktivációja az a és b láncok ITAM motívumainak foszforilációja a Syk (tirozin kináz) dokkolása Grb2 és PLCγ aktiváció DAG és IP3 útvonalak aktiválódása PKC aktiváció intracelluláris Ca2+ koncentráció emelkedése
A naiv és az érett B sejtek eltérő BCR-t hordoznak
ÉRETT B SEJT NAIV B SEJT
ÉRETT B SEJT
ÉRETT B SEJT A sejtfelszínhez kötött immunglobulinok monomerek.
Immunglobulin szupercsalád
Antigén receptorok, ko-receptorok, ko-stimulációs molekulák Ag kötés, prezentáció, adhézió, citokin receptorok Ig domének
IVIG
TCR
TCR komplex
Figure 3-6 ANTIGÉN FELISMERÉS
1. a T lymphocyták felszínén expresszálódik 2. Feladata az MHC (major histocompatibility complex) molekulák révén bemutatott peptidek felismerése 3. heterodimerek (a/b vagy g/d) 4. A jelátvitelt a CD3 complex közvetíti
JELÁTVITEL
ANTIGÉN KÖTŐHELY
ANTIGÉN KÖTŐHELY
Variábilis régió (V) Konstans régió (C) Transzmembrán régió Citoplazmatikus
farok
Keringő T sejtek 90%-a
Keringő T sejtek 10%-a
MHC RESTRIKCIÓ
T-sejt receptor kontakt aminósav
CDR2
CDR2
Az MHC molekula Polimorf része
Horgonyzó aminósavak MHC zseb Peptid
A T sejt aktiváció feltétele a TCR-CD3 complex kötődése az MHC-Ag complexhez. CD4/CD8 – MHC felismerés elengedhetetlen.
APC
CÉLSEJT
peptid
peptid
CD4 CD8
TCR
TCR
Th
CD4 – MHC-II
Tc
CD8 – MHC-I
TCR KOMPLEX Járulékos molekulák
peptid kötőhely
JELÁTVITELI EGYSÉG
Járulékos molekulák
ANTIGÉN PREZENTÁLÓ SEJT
TCR JELÁTVITELI EGYSÉG
TCR MHC-peptide CD4/CD8 MHC CD28 B7 CD45 TCR coligation lymphocytaspecifikus protein tirozin kináz(Lck)
foszforiláció
Linker for Activation of T cells
TCR Fyn CD4/CD8 p56lck CD45 tirozin foszfatáz
ZAP70 tirozin kináz LAT foszforiláció Phosphatidylinositol útvonal Ic Ca++ NF-ATc transzlokáció a magba IL-2 gén aktiváció
Az Ag-specifikus receptorok sokféleségének kialakulása
Az emberi genom 20-22000 gént tartalmaz Kb. 10 7 FÉLE Ag FELISMERÉSÉRE KÉPES AZ IMMUNRENDSZER
HOGYAN KÉPES AZ IMMUNRENDSZER ENNYIFÉLE SPECIFITÁSSAL RENDELKEZŐ Ag RECEPTORT LÉTREHOZNI?
A BCR és a TCR CDR régiójának szegmensei: 1. 2. 3.
V (variabilitást meghatározó) szegmens D (diverzitást meghatározó) szegmens J (kapcsolódási szegmens)
A D szegmens csak a nehézláncokat és a TCR b láncát kódoló génekben van jelen.
SZOMATIKUS GÉNÁTRENDEZŐDÉS VDJ rekombináció 65
27
6
EMBRIONÁLIS (GERMLINE) DNS
LEHETSÉGES mRNS (3 KÜLÖNBÖZŐ B SEJT KLÓNBAN)
1 V, 1 J és (ha van) 1 D szegmens kiválasztódása
RAG1 és RAG2 enzimek szabályozzák EMBRIONÁLIS (GERMLINE) DNS
DNS ÁTRENDEZŐDÉS
PRIMER RNS TRANSZKRIPTUM
mRNS
ÉRETT FEHÉRJE
RAG1 és RAG2 enzimek működése 1. 2. 3. 4.
A V, J és D exonok határán konszenzusszekvenciák (RSS – Recombination Signal Sequence) találhatók. Az RSS a RAG enzimek szubsztrátja Minden RSS egy heptamer és egy nonamer szekvenciát tartalmaz, amelyeket egymástól meghatározott számú nukleotid (12 bp vagy 23 bp) választ el. A 12 bp-ral elválasztott szekvenciák (1 turn signal) csak a 23 bp-ral elválasztottakkal (2 turn signal) kerülhetnek kölcsönhatásba. Ez biztosítja, hogy csak a megfelelő rekombinációs események játszódhassanak le.
RAG DNS valamelyik hepatamernél felhasad Hajtű struktúrák képződése DNS függő protein kináz hatására a hajtű kinílik és a RAG enzim leválik Szabad végeken: A) TdT nukleotid beépülés B) Endonukleázok: rövidülés Ligáció: a V, D, J szakaszok összekapcsolódása Az RSS régiók kapcsolódása gyűrűvé zárja a nem kódoló génszakaszokat.
Junkcionális (kapcsolódási) diverzitás
A RAG enzimek által elvágott DNS szakaszok pontatlan összeillesztésének korrekciója: NUKLEOTIDOK ADDÍCIÓJA 1. TdT: max. 20, nem templát által kódolt nukleotid (=N-nukleoitd) beépülése 2. A rekombináció során képződő hajtűkanyart érintő repair során a nem kódoló szakaszból P-nukleoitidok kerülhetnek a kódoló DNS-szálra.
1. A VDJ rekombináció FÜGGETLEN FOLYAMAT az immunglobulinok nehéz (H) és a könnyű láncaiban (L) ill. a TCR-k a és b láncaiban. 2. A VDJ rekombinációval és a Junkcionális (kapcsolódási) diverzitással befejeződik a TCR kialakulása
Az ellenanyag repertoire kialakulása: Szomatikus hipermutáció – affinitás érés
Th sejtek citokin termelése a naiv B sejtek V gén mutációja fokozódik (1000x) (szomatikus hipermutáció) Azok a B sejt klónok, amelyek ennek eredményeként jobban kötik az Ag-t, kiszelektálódnak (pozitív szelekció) és osztódni kezdenek
Az ellenanyag repertoire kialakulása: Izotípus váltás A csontvelői B sejtek érés során a konstans régió átírása a m és a d láncok promoterénél kezdődik A naiv B sejtek IgM és IgD immunglobulinokat expresszálnak.
Th sejtek citokin termelése az aktivált B sejtekben beindul az AID (aktiváció indukált deamináz) enzim működése Szabályozza konstans régiókat kódoló genomiális gén szakaszok átíródását
A plazmasejtek immunglobulin termelése
Th sejtek citokin termelése az Ig mRNS poliadenilációja Ig szekréciós formája termelődik
Az ellenanyag repertoire kialakulása: Ag függő és antigéntől független mechanizmusok Csontvelő Antigéntől független
Lymphoid őssejt
Pro-B sejt
Pre-B sejt
Periféria Antigén-függő
Éretlen B sejt
Naiv B sejt
Érett B sejt
Az ellenanyag repertoire kialakulása: Ag függő mechanizmusok T SEJT FÜGGETLEN ANTIGÉNEK Szénhidrátok, lipidek, nukleinsavak
• • • •
Alacsony affinitású IgM Nincs izotípus váltás Nincs affinitás érés Rövid élettartamú memória sejtek indukciója
T SEJT FÜGGŐ ANTIGÉNEK Proteinek, peptidek
• • • •
Nagy affinitású IgG, IgA, IgE Izotípus váltás Affinitás érés Hosszú élettartamú memória sejtek indukciója
Az ellenanyag repertoire kialakulása: Ag függő mechanizmusok
VDJ rekombináció
1. Csíravonal diverzitás 2. Kombinatórikus diverzitás 3. Junkcionális diverzitás
Poszt- VDJ rekombináció
AZ ANTIGÉN-RECEPTOROK DIVERZITÁSÁNAK KIALAKULÁSI MECHANIZMUSAI
4. Receptor átszerkesztés (editing) és revízió 5. Szomatikus hipermutáció
Immunglobulin nehéz lánc H V
D J
65
27 6
Gének száma 65 + 27 + 6 = 98 helyett Kombinációk száma 65 X 27 x 6 = 10530
+ függetlenül átrendeződő könnyű lánc Kappa: V(40)xJ(5) = 200 Lambda: V(30) xJ(4) = 120
10530 x 200 x 120 = 252 720 000
AZ ELLENANYAG-REPERTOÁR KIALAKULÁSA Az elleanyag diverzitást fokozó mechanizmusok Az elleanyag diverzitást korlátozó mechanizmusok
Allélikus exklúzió: csak egy allél expresszálódik k
l
Nehéz lánc
