2- Struttura di MHC e TCR Fisiopatologia del Sistema Immunitario Modulo di Biochimica 2- Struttura di MHC e TCR

Altre cellule nucleate Introduzione: l’MHC MHC I e II sono strutturalmente differenti ma omologhe Sono i geni più polimorfi Sono espressi in modo codominante Tessuto MHC classe I MHC classe II Tessuto linfoide Linfociti T +++ + (uomo, T attivate) Linfociti B Macrofagi ++ Langherans Epiteliali timo + Altre cellule nucleate Neutrofili - Epatociti Reni Cervello - (ecc. microglia) Eritrociti Espresso su tutte le cellule nucleate (costitutivamente) Riconosciuto da CD8+ Espresso sulle APC (potenziato da citochine) Riconosciuto da CD4+

MHC di classe I Eterotrimero; 2 catene polipeptidiche associate non covalentemente: una catena α, codificata nell’MHC e la catena β2-microglobulina non codificata nell’MHC + peptide ¾ extracellulare N-term: α1 e α2 90 a.a., tasca di legame per il peptide Il segmento α3 si ripiega a formare un dominio Ig (sequenza conservata): sito di legame per il CD8 β2 25 a.a. idrofobici: attraversamento del bilayer lipidico Peptide rafforza alfa e beta Ed è rafforzato da alfa e beta 30 a.a. basici, interazione con i gruppi fosfolipidici: ancoraggio alla membrana L’espressione in membrana richiede i 3 componenti→i legami si rafforzano β2-microglobulina: interagisce con α3, strutturalmente omologa ad un dominio Ig, non varia tra le molecole MHC I

MHC I: tasca di legame per il peptide α1 e α2 interagiscono tra loro e formano una piattaforma di 8 nastri antiparalleli di foglietto β che sostengono 2 α-eliche I residui polimorfi di MHC I sono confinati in α1 e α2 La tasca ospita un peptide (anche le terminazioni) di 8-11 aminoacidi in conformazione flessibile estesa. Le estremità del cleft sono chiuse e peptidi più grandi non riescono ad entrarvi C-term del peptide: residui idrofobici o acidi Le interazioni non covalenti avvengono tra residui del peptide e dell’MHC (foglietto β e α-eliche), spesso sono interazioni idrofobiche nelle “nicchie” del foglietto β e i residui àncora (1 o 2 per peptide)

MHC di classe II Eterotrimero: 2 catene polipeptidiche associate non covalentemente: una catena α (32-34 kDa) e una catena β (29-32 kDa), entrambe codificate nell’MHC (polimorfi) + peptide N-term: α1 e β1 contengono i residui polimorfi, tasca di legame per il peptide α2 e β2 formano domini Ig e non variano tra i vari alleli di classe II 25 a.a. idrofobici, regione transmembrana a.a. basici, e coda idrofilica β2: sito di legame per CD4 Le catene α di un locus (es. DR) si appaiano con catene β dello stesso locus (DR)

MHC II: tasca di legame per il peptide 4 nastri di foglietto β +1 α-elica: α 1 4 nastri di foglietto β +1 α-elica: β 1 I residui polimorfi di MHC II sono confinati in β 1 Le estremità della tasca sono aperte: vengono ospitati peptidi di lunghezza anche > 30 a.a. (lungh. ideale 12-16 a.a.) Diversi ponti ionici e ponti H con le α-eliche Le interazioni non covalenti avvengono tra residui del peptide e dell’MHC II; non tutti i peptidi hanno residui àncora

MHC di classe I e II: struttura Ogni individuo eterozigote esprime su tutte le cellule mononucleate 6 MHCI diversi: catene α codificate dai 2 alleli dei geni HLA-A, HLA-B e HLA-C Il numero totale di molecole MHCII espresse è 10-20, per gli appaiamenti eterologhi (es. DRα di un cromosoma con DRβ dell’altro)

MHC di classe I e II: CDR

MHC classe I MHC classe II MHC di classe I e II: legame al peptide MHC classe I MHC classe II I peptidi e le molecole d’acqua associate riempiono interamente la tasca Differenti alleli favoriscono il legame di peptidi diversi (e quindi la possibilità di presentarli ai linfociti T) Al riconoscimento antigenico (TCR) contribuiscono: residui esposti del peptide → specificità residui dell’MHC → restrizione MHC Peptide Inclusi tra le due alfa elica ma in I le terminazioni sono legate a mhc in II no (vaccini con peptidi sintetici): si potenzia l’immunogenicità incorporando un residuo che aumenta il legame con MHC Potenziale elettrostatico: positivo, negativo

Interazione peptide-MHC Una proteina per evocare una risposta immunitaria deve contenere peptidi che possano legarsi alle molecole MHC Le molecole MHC mostrano promiscuità; la specificità viene garantita dal TCR Le molecole MHC non distinguono tra self e non-self; la sorveglianza è data dai linfociti T Tasso di dissociazione e associazione I peptidi hanno in comune caratteristiche strutturali (es. lunghezza) l’interazione è saturabile a bassa affinità (Kd= koff /kon ≈10-6 M con kon e koff basse, per avere un’interazione che permette l’interazione con il TCR)

Introduzione: TCR Recettore per l’antigene dei linfociti T helper (CD4+) e citotossici (CD8+) Eterodimero costituito da due catene transmembrana, α e β, legate covalentemente (S-S) La parte esterna è simile al Fab: TCR e Ab sono strutturalmente simili MA: Il TCR non viene prodotto in forma solubile Il TCR è monovalente Non svolge autonomamente funzioni effettrici Non esiste lo scambio isotipico (C non cambia) Non esiste la maturazione dell’affinità (non ci sono mutazioni somatiche nelle regioni V)

Organizzazione dei geni del TCR 1) Ricombinazione somatica 2) Diversità giunzionale 3) Inserzione della regione N

Introduzione: TCR Dominio Ig variabile (V) Dominio Ig costante (C) Regione cerniera con Cys Regione idrofobica transmembrana con presenza di Lys (α) e Lys e Arg (β) per interazione con CD3 e ζ Breve regione citoplasmatica (5-12 a.a.) troppo breve per trasdurre il segnale (CD3, ζ, CD28...)

Differenze rispetto alle Ig Cα non è un vero dominio Ig: la metà che si rivolge al Cβ forma un foglietto β (simile a Ig), l’altra metà contiene β strands non impaccati e un segmento di α elica Il legame tra Cα e Cβ è dovuto anche ai carboidrati su Cα (legami H con foglietto β di Cβ) Forma simile a una Ig ma più corta e larga Maggiore flessibilità tra C e V perché porzione più estesa Vα→VL e Vβ→VH Alcune differenze di orientamento nei CDR

Riconoscimento dell’MHC-peptide

Riconoscimento dell’MHC-peptide Il riconoscimento è mediato dalle CDR della catena α e β, in cui si concentra la variabilità 3 CDR della catena α si giustappongono a 3 CDR della catena β (β : una quarta CDR per il riconoscimento dei superantigeni), superficie planare CDR3 la più variabile è posizionata in corrispondenza del centro del peptide legato all’MHC CDR1 e CDR2 contatto con l’MHC CDR3 CDR4 CDR1 e 2 CDR1 e 2 L’affinità del TCR per MHC/peptide è bassa (Kd 10-5-10-7; Ag/Ab Kd fino a 10-11 M); l’emivita 1-10s. Per questo sono necessarie le molecole accessorie per avere una risposta biologica MHC

Riconoscimento del superAg SE enterotossine dello stafilococco aureus tossinfezione alimentare TSST proteina correlata e responsabile dello shock tox assorbenti interni Esotossine di streptococchi e micoplasmi responsabili della febbre correlate dal punto di vista strutturale Produzione di molte citochine TNF I superAg stimolano tutti i linfociti T che esprimono una determinata regione Vβ nel loro TCR (non sono mitogeni ma nemmeno Ag comuni) Si legano a MHC di classe II (codificati da diversi alleli), NON nella tasca di presentazione dell’Ag Ogni enterotossina aggrega 2 MHC → 2 TCR Vβ contiene CDR4

I corecettori: CD4 e CD8 Glicoproteine transmembrana della superfamiglia delle Ig Funzione simile ma struttura diversa Motivo per cui i T CD4+ riconoscono MHCII e CD8+ MHCI CD4: 4 domini Ig extracellulari, una regione transmembrana idrofobica, e 38 a.a. (molti basici) citoplasmatici Mediante D1 e D2 (N-term) si lega al dominio non polimorfo β2 dell’MHC II, D1-D2 fortemente impaccati e separati da D3-D4 da una regione cerniera D1→Ig D2 condividono 1 β strand La regione intracellulare interagisce fortemente con una tirosina chinasi Lck, per la trasduzione del segnale

I corecettori: CD4 e CD8 Glicoproteine transmembrana della superfamiglia delle Ig Funzione simile ma struttura diversa CD8: eterodimero, 2 catene omologhe CD8α e CD8β legate da S-S Un dominio Ig extracellulare, polipeptide esteso, una regione transmembrana idrofobica, e 25 a.a. (molti basici) citoplasmatici La regione extracellulare è altamente glicosilata per proteggere il CD8 dall’attacco delle proteasi e per mantenerlo esteso condividono 1 β strand Il dominio Ig interagisce con il dominio non polimorfo α3 di MHC I La regione intracellulare interagisce fortemente con una tirosina chinasi Lck, per la trasduzione del segnale

I corecettori: CD4 e CD8