Главный комплекс гистосовместимости 1. Главный комплекс гистосовместимости (мнс)

Главная

Лето

ГЕНЕТИКА ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

МНС (Major Histocompatibility Complex) - главный комплекс гистосовместимости - система генов, кодирующих антигены, определяющих функционирование иммунной системы

HLA (Human Leucocyte Antigen) - главный комплекс гистосовместимости человека

История открытия

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)

Функции 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

ХАРАКТЕРИСТИКИ МНС

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

ПОЛИМОРФИЗМ

Существование большого количества различных специфичностей HLA-генов в пределах каждого локуса. Гены отличаются между собой по нуклеотидным последовательностям, входящим в вариабельный участок ДНК

ПОЛИГЕННОСТЬ

Наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции

ПОЛИГЕННОСТЬ и ПОЛИМОРФИЗМ

Система HLA, включает гены

1 класса: А, В, С; 2 класса: DR, DP, DG

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КАРТА МНС

Номер хромосомы человек - 6р 21.1-21.3

Гены MHC делятся на три группы.

Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC

· 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. гистосовместимость генетический полиморфизм вирусный

· 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-б 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)

НАСЛЕДОВАНИЕ МНС

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.

Кодоминантность

Известно около 2000 аллельных генов.

Аллели HLA I класса - более 900

Аллели HLA II класса - более 600

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

СТРОЕНИЕ

классических МНС

Класс I

Класс II

ЛОКУСЫ ЛОКУСЫ

А, В, С DP, DQ, DR

МНС I класса

Молекула I класса состоит из 2-х цепей. Тяжелой б-цепи и легкой в2-микроглобулина

б-цепь, включает три фрагмента: внеклеточный, трансмембранный и цитоплазматический.

Внеклеточный содержит 3 домена - б1, б2 и б3. Связывание антигенного пептида происходит в щели, образованной б1- и б2-доменами.

Экзонная организация генов, кодирующих б-цепь молекул I класса

1 экзон, кодирующий сигнальный пептид,
4 экзона, кодирующие 3 внешних и трансмембранный домены,
2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический домен

Экспрессия и функции МНС 1 класса

Экспрессия антигены представлены на всех клетках, тканях и органах, поэтому они являются главными трансплантационными антигенами.

· Реакция отторжения трансплантата;
· Рестрикция активности цитотоксических реакций Т-киллеров.

Презентация АГ

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 (протеосомы). Образующиеся пептиды связываются с молекулами MHC-I, которые представляют T-лимфоцитам внутриклеточно 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

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

I этап - разрушение вирусных белков, находящихся в цитозоле, с помощью протеазного комплекса - протеосомы.

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

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.

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

МНС II класса

Молекула II класса гетеродимер из двух нековалентно связанных цепей б и в, каждая из которых включает два домена: б1, б2 и в1, в2 (соответственно). Антигенсвязывающую областьобразуют б1- и в1-домены.

Экзонная организация генов, кодирующих б и в-цепи молекул II класса

1 экзон кодирует лидерную последовательность.
2 и 3 экзоны - первые (б-1 или в-1) и вторые (б-2 или в-2) внешние домены соответственно.
4 экзон кодирует трансмембранный участок и часть цитоплазматического фрагмента.
5 и 6 экзон - цитоплазматический «хвост»

Экспрессия и функции МНС II класса

Экспрессия антигены представлены на макрофагах, В-лимфоцитах и активированных Т-лимфоцитах.

Реакция трансплантат против хозяина

Рестрикция взаимодействий:

· Т-h1
· Т-h2

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

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

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.

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.

СРАВНЕНИЕ МНС I и II класса

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

Экспрессия на клеточной мембране

Для реализации корректного иммунного ответа необходимо отличать «свое» от «чужого». Это свойство связано с системой генов, которые детерминируют синтез специфических для каждого организма молекул. Такие молекулы были открыты в конце 50-х годов прошлого века французским исследователем Жаном Доссе благодаря их способности вызывать реакцию отторжения трансплантата при пересадке ткани в пределах одного вида животных. Поэтому они были на-званы антигенами гистосовместимости, или трансплантационными антигенами. Поскольку у человека такие молекулы были впервые выявлены на лейкоцитах крови , система человеческих антигенов гистосовместимости получила название лейкоцитарных антигенов человека (Human Leukocyte Antigens), сокращенно — HLA. Соответствующий участок на 6-й хромосоме, где расположены гены, ко-дирующие антигены гистосовместимости, называется HLA-комплексом. У всех млекопитающих главный комплекс гистосовместимости называется MHC (англ. — Major Histocompatibility Complex).

Различают три класса генов главного комплекса гистосовместимости (рис. 25). Антигены HLA I и II классов отличаются по структуре., но в дальнейшем имеют разную судьбу.

I класс HLA

I класс включает локусы А, В, С, Е, О, F. Локусы А, В и С называются «клас-сическими», поскольку кодируют хорошо изученные антигены гистосовместимости. Классические антигены I класса размещены на поверхности всех клеток организма, кроме нитей трофобласта. Именно они свидетельствуют об организменной принадлежности клеток. Для генов I класса присущ огромный поли-морфизм. Так, локус А содержит 40 аллелей, В — 60 аллелей, а С — около 20. С этим связана беспрецедентная уникальность набора HLA у каждого человека.

Роль антигенов I класса, которые кодируются локусами Е, G и F, полностью не изучена. Известно, что на клетках трофобласта присутствуют молекулы, ко-дируемые только локусом G. Это считается одним из механизмов поддержания иммунной толерантности организма матери к антигенам фетоплацентарного комплекса.

Структура

Молекулы 1 класса состоят из одной тяжелой пели, которая содержит 3 до-мена, и одной легкой, образованной лишь одним доменом. При этом только тяжелая цепь имеет цитоплазматический участок и формирует пептидсвязывающую бороздку.

Синтез

Молекулы HLA I класса синтезируются на гранулярном эндоплазма-тическом ретикулуме.

HLA 1 поступа-ют в протеосомы, где пептиды, сформированные за счет деятельности LMP, загружаются в их пептидсвязывающую борозду молекулами-транспортерами (ТАР). После этого комплекс HLA-пептид по внутриклеточным коммуника-циям поступает в комплекс Гольджи и в везикулах, которые отшнуровываются от этой органеллы, перемещается в сторону внешней плазматической мемб-раны. Содержимое везикулы высвобождается наружу (экзоцитоз), а фрагмент мембраны, в который встроены новообразованные HLA I, входит в состав цитолеммы. Следует отметить, что пептиды для молекул гистосовместимости I класса всегда есть в наличии, поскольку формируются они из аутоантигенов, часть которых расщепляется LMP еще до начала выполнения своих функцио-нальных обязанностей в клетке.

II класс HLA

II класс содержит «классические» локусы DR, DQ, DP, кодирующие синтез соответствующих по названию молекул. Обычно антигены II класса находят-ся только на мембранах профессиональных антигенпрезентирующих клеток, к которым принадлежат дендритные клетки , макрофаги и В-лимфоциты. Но под влиянием интерлейкина-2 и γ-интерферона они могут дополнительно по-являться и на других клетках (в частности, на Т-лимфоцит ах и клетках эндотелия сосудов). Антигены II класса также довольно полиморфны, особенно кодируемые локусом DR. Кроме перечисленных «классических» локусов, ге-ны II класса включают еще 3 других — LMP (Large multifunctional proteasa, большая многофункциональная протеаза), ТАР (Transporter for antigen presentation, транспортер для антигенной презентации; и локус DM. Локусы LMP кодируют протеазы, осуществляющие «разрезание» макромолекулы антигена и опреде-ляющие тем самым размер образованных иммуногенных пептидов. Локус ТАР обеспечивает синтез транспортных белков, которые осуществляют доставку и «загрузку» таких иммуногенных пептидов в пептидсвязывающую бороздку молекулы HLA (в так называемый карман Беркмана). Интересно, что оба гена обслуживают синтез молекул HLA 1 класса. Локус DM кодирует синтез бел-ков, катализирующих замену «временного пептида» на специфический пептид, загружаемый в пептидсвязывающую бороздку HLA II класса в случае захвата антигенпрезентирующей клеткой антигена.

Структура

HLA II класса формируют две одинаковые по молекулярной массе цепи, каждая из которых имеет контакт с цитоплазмой и принимает учас-тие в формировании общей пептидсвязывающей борозды.

Синтез

Молекулы HLA II класса синтезируются на гранулярном эндоплазма-тическом ретикулуме.

Молекулы HLA II синтезируются в комплексе с так называемой инвариант-ной цепью, которая образует «временный пептид» (без пептида любая молеку-ла гистосовместимости нежизнеспособна). В дальнейшем образованный ком-плекс поступает в лизосомы, где разрушается гидролитическими ферментами, а сформированные мономеры используются для повторного синтеза HLA II. Так происходит до тех пор, пока антигенпрезентирующая клетка (АПК) не за-хватит антиген. В таком случае образуется фаголизосома и именно сюда пос-тупает комплекс HLA II — временный пептид. Под влиянием активированных белков DM временный пептид оставляет молекулу гистосовместимости, а на его место загружается иммуногенный пептид, образованный путем процес-синга захваченного антигена. В дальнейшем фрагменты разрушенного антиге-на удаляются из клетки путем экзоцитоза. При этом мембрана экзоцитарной вакуоли, в которую встроены комплексы HLA II — иммуногенный пептид, сливается с цитолеммой и указанные комплексы оказываются на поверхности клетки. В таком состоянии АПК готова к осуществлению антигенной презен-тации. Материал с сайта

Описанные постоянное разрушение и ресинтез молекул HLA II класса про-исходят в дендритных клетках. Хотя последние тратят энергию на, казалось бы, бессмысленную рециркуляцию HLA, они в любой момент времени пребывают в полной готовности к презентации антигена . Учитывая это, дендритные клет-ки можно сравнить с автомобилем с включенным мотором — следует лишь нажать на газ и он сразу же тронется. Макрофаги, в отличие от дендритных клеток, начинают синтез HLA II только после фагоцитоза объекта, поэто-му они более медленно включаются в процесс антигенной презентации. Сэкономленную энергию макрофаг использует для синтеза целого ряда белков, необходимых для выполнения эффекторных функций. Напомним, что макро-фаги совмещают функции антигенпрезентирующей клетки, фагоцита и клет-ки-эффектора в реакциях антителозависимой клеточно-опосредованной цито-токсичности.

При первой пересадке сердца человека, сделанной в 1967 г. К. Барнардом, и сотнях последующих хирурги столкнулись с проблемой отторжения трансплантата. Оказалось, что главная трудность заключается не в технике операции, которая сейчас разработана достаточно хорошо, а в несовместимости тканей, обусловленной иммунологическими механизмами. Так, у человека выживание трансплантатов реципиентов, взятых от случайного донора, составляет 10,5 дня, тогда как трансплантаты, обмененные между однояйцовыми близнецами (изотрансплантаты), приживаются. Это происходит благодаря наличию на поверхности клеток антигенов, называемых трансплантационными антигенами или антигенами гистосовместимости. Большинство трансплантационных антигенов расположены на лейкоцитах, но они имеются и на всех других ядросодержащих клетках (клетках кожи, легких, печени, почек, кишечника, сердца и т. д.). Гены, кодирующие эти антигены, называются генами тканевой совместимости. Система генов, контролирующая трансплантационные антигены лейкоцитов, названа главным комплексом гистосовместимости (англ. Major Histocompatibility complex - МНС). Гены гистосовместимости кодоминантны.

Эффективность трансплантации зависит не только от лейкоцитарных и эритроцитарных антигенов, но и от минорной системы гистосовместимости. Трансплантаты между монозиготными близнецами приживаются. Однако у братьев и сестер при совпадении по МНС-гаплотипам, но несовпадении по минорным системам гистосовместимости происходит отторжение трансплантатов кожи.

После иммуноглобулинов и рецепторов Т-клеток белки главного комплекса гистосовместимости самые разнообразные из всех белков. Различают два класса белков МНС. Белки класса I находятся на поверхности почти всех клеток. Молекула белка состоит из двух полипептидных цепей: большой и малой. Белки

МНС класса II имеются на поверхности некоторых клеток (В-" лимфоциты, макрофаги, специализированные эпителиальные., клетки), а их молекула состоит из примерно равных полипептид-* ных цепей. Белки МНС имеют некоторое сходство с иммуноглобулинами. Основная роль белков МНС состоит не в отторжении чужой ткани, а в направлении реакции Т-клеток на антиген. Цитотоксические Т-клетки могут узнавать антиген, если он расположен вместе с белками МНС класса I на поверхности одной клетки. Т-хелперы узнают антиген в комбинации с белками МНС класса П. Такое двойное стимулирование называется МНС-о граничением. Впервые главную систему тканевой совместимости мыши Н-2 открыл П. Горер в 1936 г. Кроме Н-2 найдено много локусов тканевой совместимости, расположенных во всех хромосомах.

В 1980 г. Д. Снелл, Ж. Доссе и Б. Бенацерафф получили Нобелевскую премию за «различные аспекты исследования, приведшего к современному пониманию системы генов гистосовместимости человека». Д. Снелл сформулировал основные генетические законы совместимости тканей и получил данные о тонком строении локуса Н-2 у мышей.

Система Н-2 довольно хорошо изучена, поэтому она служит хорошей моделью для исследования МНС у других видов животных. Комплекс Н-2 включает несколько тесно сцепленных локусов длиной 0,35 сМ, расположенных в 17-й хромосоме. Комплекс Н-2 разделен на пять областей: К, I, S, G, D (рис. 56).

Главный комплекс гистосовместимости - это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа. HLA - человеческие лимфоцитарные антигены MHC. HLA были открыты в 1952 г. при изучении антигенов лейкоцитов. Антигены HLA представляют собой гликопротеиды, находящиеся на поверхности клеток и кодируемые группой тесно сцепленных генов 6-й хромосомы . Антигены HLA играют важнейшую роль в регуляции иммунного ответа на чужеродные антигены и сами являются сильными антигенами.

Антигены HLA подразделяются на антигены класса I и антигены класса II . Антигены HLA класса I необходимы для распознавания трансформированных клеток цитотоксическими Т-лимфоцитами .

Открытие MHC произошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей. Генетические локусы, ответственные за отторжение чужеродных тканей, образуют в хромосоме область, названную главным комплексом гистосовместимости (MHC) (англ. major histocompatibility complex).

Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген , а его комплекс с молекулами, контролируемыми генами главного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с ТКР.

MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.

Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК) экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.

Следует отметить, что хотя молекулы MHC и называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.

Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды, заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.

Существуют еще и молекулы MHC класса III , но молекулы MHC класса I и молекулы MHC класса II являются наиболее важными в иммунологическом смысле.

в;зсм

Разделы