ГЕНЕТИКА ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ Лекция 4. - презентация

1 ГЕНЕТИКА ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ Лекция 4

2 Словарик МНС (Major Histocompatibility Complex) – главный комплекс гистосовместимости – система генов, кодирующих антигены, определяющих функционирование иммунной системы HLA (Human Leucocyte Antigen) – главный комплекс гистосовместимости человека H-2 – главный комплекс гистосовместимости мыши МНС (Major Histocompatibility Complex) – главный комплекс гистосовместимости – система генов, кодирующих антигены, определяющих функционирование иммунной системы HLA (Human Leucocyte Antigen) – главный комплекс гистосовместимости человека H-2 – главный комплекс гистосовместимости мыши

3 ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

4 Открытие МНС. Нобелевская премия 1980 г. Жан Доссе Открыл первый антиген гистосовместимости человека (HLA) Джордж Снелл Открыл антигены гистосовместимости у мыши (комплекс Н-2) Барух Бенацерраф Открыл гены иммунного ответа (Ir-гены)

5 ФУНКЦИИ МНС ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

6 Биологическая роль МНС Распознавание «свой – чужой» – реакция отторжения трансплантата, РТПХ (реакция трансплантат против хозяина) Регуляция взаимодействий клеток иммунной системы – рестрикция вовлечения в иммунный ответ лимфоцитов, через презентацию АГ Регуляция силы иммунного ответа на антиген – гены иммунного ответа (Ir) – от англ. immune response Распознавание «свой – чужой» – реакция отторжения трансплантата, РТПХ (реакция трансплантат против хозяина) Регуляция взаимодействий клеток иммунной системы – рестрикция вовлечения в иммунный ответ лимфоцитов, через презентацию АГ Регуляция силы иммунного ответа на антиген – гены иммунного ответа (Ir) – от англ. immune response

7 ХАРАКТЕРИСТИКИ МНС ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

8 Гены комплекса MHC (в отличие от генов TCR и Ig) не подвергаются рекомбинации. Механизм их приспособления к вариабельности (неограниченному множеству потенциальных АГ) заключается в их генетическом полиморфизме, полигенности и кодоминантном типе наследования Гены комплекса MHC (в отличие от генов TCR и Ig) не подвергаются рекомбинации. Механизм их приспособления к вариабельности (неограниченному множеству потенциальных АГ) заключается в их генетическом полиморфизме, полигенности и кодоминантном типе наследования Характеристики комплекса

9 Характеристики комплекса: ПОЛИМОРФИЗМ существование большого количества различных специфичностей HLA- генов в пределах каждого локуса. Гены отличаются между собой по нуклеотидным последовательностям, входящим в вариабельный участок ДНК

10 Характеристики комплекса: ПОЛИГЕННОСТЬ наличие нескольких неаллельных близко сцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции

11 Характеристики комплекса: ПОЛИГЕННОСТЬ и ПОЛИМОРФИЗМ Система HLA, включает гены 1 класса: А, В, С 2 класса: DR, DP, DG Система HLA, включает гены 1 класса: А, В, С 2 класса: DR, DP, DG

12 ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КАРТА МНС ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

13

14 ГЕНЫ MHC Номер хромосомы человек 6 р

15 Гены MHC делятся на три группы. Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC Гены MHC делятся на три группы. Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC

16 MHC-I класс Гены групп HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют молекулы MHC класса I. MHC-II класс Гены групп HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR кодируют молекулы MHC класса II. MHC-III обозначает область между MHC-I и MHC-II, здесь картированы гены, кодирующие некоторые компоненты системы комплемента (C4a и C4b, С2, фактора В), цитокинов - (TNF-α и лимфотоксина), 21- гидроксилазы (фермента, участвующего в биосинтезе стероидных гормонов) и др. Неклассические гены не принадлежат ни к одному из классов MHC. Описано 6 таких генов в области расположения генов MHC-I (Е, F, G, Н, J, X), и 6 - в области MHC-II (DM, DO, CLIP, TAP, LMP, LNA) MHC-I класс Гены групп HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют молекулы MHC класса I. MHC-II класс Гены групп HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR кодируют молекулы MHC класса II. MHC-III обозначает область между MHC-I и MHC-II, здесь картированы гены, кодирующие некоторые компоненты системы комплемента (C4a и C4b, С2, фактора В), цитокинов - (TNF-α и лимфотоксина), 21- гидроксилазы (фермента, участвующего в биосинтезе стероидных гормонов) и др. Неклассические гены не принадлежат ни к одному из классов MHC. Описано 6 таких генов в области расположения генов MHC-I (Е, F, G, Н, J, X), и 6 - в области MHC-II (DM, DO, CLIP, TAP, LMP, LNA)

17

18 НАСЛЕДОВАНИЕ МНС ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

19 Экспрессия на мембране клетки Гены MHC кодоминантны, т.е. одновременно экспрессируются гены материнской и отцовской хромосом. Генов MHC-I по 3 (А, В, С) в каждой из гомологичных хромосом, генов MHC-II - также по 3 (DP, DQ, DR); следовательно, если у матери и отца нет одинаковых аллелей, то каждый человек имеет как минимум 12 различных основных аллелей каждого гена MHC классов I и II, вместе взятых.

20 кодоминантностькодоминантность

21

22 Известно около 2000 аллельных генов. Аллели HLA I класса – более 900 Аллели HLA II класса – более 600 Известно около 2000 аллельных генов. Аллели HLA I класса – более 900 Аллели HLA II класса – более 600

23

24 Продукты генов МНС играют центральную роль в распознавании «свой-чужой» при иммунном реагировании

25 СТРОЕНИЕ классических МНС ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

26 Класс I Класс II ЛОКУСЫ А, В, С ЛОКУСЫ DP, DQ, DR Классификация генов и их продуктов

27 МНС I класса ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

28 Молекула I класса

29 Молекула I класса Молекула I класса состоит из 2-х цепей. Тяжелой α- цепи и легкой β2- микроглобулина

30 α-цепь, включает три фрагмента: внеклеточный, трансмембранный и цитоплазматический. Внеклеточный содержит 3 домена - α1, α2 и α3. Связывание антигенного пептида происходит в щели, образованной α1- и α2-доменами.

31 Экзонная организация генов, кодирующих α-цепь молекул I класса 1 экзон, кодирующий сигнальный пептид, 4 экзона, кодирующие 3 внешних и трансмембранный домены, 2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический доме 2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический доме н Экзонная организация генов, кодирующих α-цепь молекул I класса 1 экзон, кодирующий сигнальный пептид, 4 экзона, кодирующие 3 внешних и трансмембранный домены, 2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический доме 2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический доме н

32 Экспрессия и функции МНС 1 класса Экспрессия антигены представлены на всех клетках, тканях и органах, поэтому они являются главными трансплантационными антигенами. Функции Реакция отторжения трансплантата; Рестрикция активности цитотоксических реакций Т-киллеров. Экспрессия антигены представлены на всех клетках, тканях и органах, поэтому они являются главными трансплантационными антигенами. Функции Реакция отторжения трансплантата; Рестрикция активности цитотоксических реакций Т-киллеров.

33 MHC-I «обслуживают» зону цитозоля, сообщающегося через ядерные поры с содержимым ядра. Здесь происходит фолдинг синтезированных белковых молекул. При возникновении ошибок (в том числе и при синтезе вирусных белков) белковые продукты расщепляются в мультипротеазных комплексах (протеросомы). Образующиеся пептиды связываются с молекулами MHC-I, которые представляют T-лимфоцитам внутриклеточнойй образующиеся пептидные АГ. Поэтому CD8+ T-лимфоциты, которые распознают комплексы АГ с MHC-I, участвуют в первую очередь в защите от вирусных, а также внутриклеточных бактериальных инфекций MHC-I «обслуживают» зону цитозоля, сообщающегося через ядерные поры с содержимым ядра. Здесь происходит фолдинг синтезированных белковых молекул. При возникновении ошибок (в том числе и при синтезе вирусных белков) белковые продукты расщепляются в мультипротеазных комплексах (протеросомы). Образующиеся пептиды связываются с молекулами MHC-I, которые представляют T-лимфоцитам внутриклеточнойй образующиеся пептидные АГ. Поэтому CD8+ T-лимфоциты, которые распознают комплексы АГ с MHC-I, участвуют в первую очередь в защите от вирусных, а также внутриклеточных бактериальных инфекций Презентация АГ

34 Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости.

35 I этап - разрушение вирусных белков, находящихся в цитозоль, с помощью протеазного комплекса - протеросомы.

36 II этап - транспорт образовавшихся пептидов во внутреннее пространство эндоплазматического ретикулума с помощью ТАР-1 и ТАР-2, образующих гетеро димер на эндоплазматической мембране.

37 III этап - встреча транспортируемых пептидов с молекулами I класса МНС. Взаимодействие пептида с молекулой I класса приводит к отсоединению калнексина. Образовавшийся комплекс пептид: молекула I класса готов к дальнейшему транспорту к плазматической мембране.

38 IV этап IV этап - комплекс через аппарат Гольджи транспортируется к клеточной поверхности, вирусный пептид в комплексе с молекулой I класса МНС становится доступным (иммуногенным) для его распознавания TCR

39

40 МНС II класса ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

41 Молекула II класса

42 Молекула II класса Молекула II класса гетеро димер из двух нековалентно связанных цепей α и β, каждая из которых включает два домена: α1, α2 и β1, β2 (соответственно). Антигенсвязывающую область образуют α1- и β1- домены.

43 Экзонная организация генов, кодирующих α и β-цепи молекул II класса 1 экзон кодирует лидерную последовательность. 2 и 3 экзоны - первые (α-1 или β-1) и вторые (α-2 или β-2) внешние домены соответственно. 4 экзон кодирует трансмембранный участок и часть цитоплазматического фрагмента. 5 и 6 экзон - цитоплазматический «хвост» Экзонная организация генов, кодирующих α и β-цепи молекул II класса 1 экзон кодирует лидерную последовательность. 2 и 3 экзоны - первые (α-1 или β-1) и вторые (α-2 или β-2) внешние домены соответственно. 4 экзон кодирует трансмембранный участок и часть цитоплазматического фрагмента. 5 и 6 экзон - цитоплазматический «хвост»

44 Экспрессия и функции МНС II класса Экспрессия антигены представлены на макрофагах, В-лимфоцитах и активированных Т-лимфоцитах. Функции Реакция трансплантат против хозяина Рестрикция взаимодействий: Т-h1Т-h1 Т-h2Т-h2Экспрессия антигены представлены на макрофагах, В-лимфоцитах и активированных Т-лимфоцитах. Функции Реакция трансплантат против хозяина Рестрикция взаимодействий: Т-h1Т-h1 Т-h2Т-h2

45 MHC-II. Зона «обслуживания» связана с внеклеточной средой и с клеточными органоидами (аппарат Гольджи, ЭПС, лизосомы, эндосомы и фагосомы). Пептиды, образующиеся в данной зоне, имеют внеклеточное происхождение - это продукты протеолиза белков, захваченных клеткой посредством эндоцитоза или фагоцитоза. Молекулы MHC-II с помощью кальнексина экспонируются внутрь везикул (эндосом или фаголизосом) и только здесь, связавшись с пептидным АГ, принимают необходимую конформацию для дальнейшей экспрессии на мембране клетки. Таким образом, молекулы MHC-II осуществляют представление АГ при развитии иммунных реакций на внеклеточные инфекции. Главную роль в этих реакциях играют CD4+ T-лимфоциты, распознающие АГ в комплексе с MHC-II. MHC-II. Зона «обслуживания» связана с внеклеточной средой и с клеточными органоидами (аппарат Гольджи, ЭПС, лизосомы, эндосомы и фагосомы). Пептиды, образующиеся в данной зоне, имеют внеклеточное происхождение - это продукты протеолиза белков, захваченных клеткой посредством эндоцитоза или фагоцитоза. Молекулы MHC-II с помощью кальнексина экспонируются внутрь везикул (эндосом или фаголизосом) и только здесь, связавшись с пептидным АГ, принимают необходимую конформацию для дальнейшей экспрессии на мембране клетки. Таким образом, молекулы MHC-II осуществляют представление АГ при развитии иммунных реакций на внеклеточные инфекции. Главную роль в этих реакциях играют CD4+ T-лимфоциты, распознающие АГ в комплексе с MHC-II. Презентация АГ

46 Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости.

47 I этап - поглощение бактерий или их токсинов фагоцитирующей, способной к презентации антигена клеткой и разрушение захваченного материала до отдельных пептидов в фаголизосомах I этап - поглощение бактерий или их токсинов фагоцитирующей, способной к презентации антигена клеткой и разрушение захваченного материала до отдельных пептидов в фаголизосомах.

48 II этап - во внутреннем пространстве ЭПР происходит сборка молекул II класса, которые до встречи с пептидом комплексированы со с инвариантной цепью (Ii). Этот белок защищает молекулу II класса от случайной встречи с бактериальными пептидами в эндоплазматическом ретикулуме. Комплекс молекулы II класса с Ii покидает эндоплазматический ретикулум в составе вакуоли II этап - во внутреннем пространстве ЭПР происходит сборка молекул II класса, которые до встречи с пептидом комплексированы со с инвариантной цепью (Ii). Этот белок защищает молекулу II класса от случайной встречи с бактериальными пептидами в эндоплазматическом ретикулуме. Комплекс молекулы II класса с Ii покидает эндоплазматический ретикулум в составе вакуоли.

49 III этап - вакуоль, содержащая комплекс молекулы II класса с Ii, сливается с фаголизосомой. Протеазы разрушают Ii белок и снимают запрет на взаимодействие МНС II с бактериальными пептидами. Комплекс пептид + МНС II в составе секреторной вакуоли перемещается к мембране. Результат – экспрессия АГ пептида в комплексе с МНС II класса на клеточной поверхности. Это обеспечивает доступность АГ пептида для TCR Т-клеток. Это обеспечивает доступность АГ пептида для TCR Т-клеток.. III этап - вакуоль, содержащая комплекс молекулы II класса с Ii, сливается с фаголизосомой. Протеазы разрушают Ii белок и снимают запрет на взаимодействие МНС II с бактериальными пептидами. Комплекс пептид + МНС II в составе секреторной вакуоли перемещается к мембране. Результат – экспрессия АГ пептида в комплексе с МНС II класса на клеточной поверхности. Это обеспечивает доступность АГ пептида для TCR Т-клеток. Это обеспечивает доступность АГ пептида для TCR Т-клеток..

50

51

52 СРАВНЕНИЕ МНС I и II класса ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА. Лекция 4

53 Характеристика Класс IКласс II Генетические локусы хромосом А, В, С DP, DQ, DR Презентация пептидов для Т-лимфоцитов Для Т-киллеров (CD8+) Для Т-хелперов (CD4+) Связывание с поверхностными молекулами Т- лимфоцитов С молекулой CD8 С молекулой CD4 Распределение в тканях Все ядросодержащие клетки В-лимфоциты, макрофаги, дендритные клетки, активированные Т-лимфоциты, эпителиальные и эндотелиальные клетки

54 Строение молекул HLA класса II принципиально сходно со строением молекул I класса, несмотря на различие в составе образующих их субъединиц. ТМ - трансмембранный домен, ЦИТ - цитоплазматический домен, ВК - внеклеточный домен

55 Экспрессия на клеточной мембране