stora histokompatibilitetskomplex | |
---|---|
Kataloger | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Major histocompatibility complex (MHC, eller MHC, eng. MHC, major histocompatibility complex ) är en stor region av genomet eller en stor familj av gener som finns i ryggradsdjur och spelar en viktig roll i immunsystemet och utvecklingen av immunitet . Namnet "histokompatibilitetskomplex" fick detta område eftersom det upptäcktes i studien av avstötning av främmande vävnader. Studien av egenskaperna och funktionerna hos MHC-genprodukterna visade att transplantatavstötning av kroppen när deras MHC inte matchar är en experimentell artefakt som maskerar den verkliga funktionen hos MHC - antigenpresentation till lymfocyter för igenkänning och avlägsnande av deras egna förändrade celler.
Evolutionärt uppstod MHC för 450 miljoner år sedan, tillsammans med uppkomsten av käkfiskar ( lat. Gnathostomata ). Om förvärvad immunitet hos käklösa djur är baserad på variabla lymfocytiska receptorer ( VLR ), T-liknande och B-liknande receptorer, uppträder immunglobuliner ( Ig ), T-cellsreceptorer ( TCR ) och MHC hos djur utan käke [1] .
Den första beskrivningen av MHC gjordes i mitten av 1900-talet. I synnerhet upptäckte George Snell på den 17:e kromosomen hos möss en stor grupp gener som kodar för proteiner som bestämmer kompatibiliteten hos vävnader och organ under transplantation, vilket gjorde det möjligt att förklara avstötningen av transplanterad hud om donatorn och mottagaren har olika varianter ( alleler) av MHC. Snart hittades samma gener hos människor av Jean Dosset , som snart beskrev det första humana leukocytantigenet, en proteinmolekyl som vi nu kallar HLA-A2 [2] . Senare visade Baruch Benacerraf hos marsvin att MHC-generna inte bara bestämmer organismens individualitet, utan också modulerar immunsvaret. För dessa studier tilldelades de tre forskarna Nobelpriset i medicin och fysiologi 1980 " för deras upptäckt av genetiskt bestämda strukturer på ytan av celler som bestämmer immunsvaret ".
1974 visade Rolf Zinkernagel och Docherty, Peter att en cytolytisk T-lymfocyt känner igen en kombination av ett virus och en MHC klass I-värdmolekyl, samma lymfocyt känner inte igen en cell infekterad med samma virus om den har en annan MHC- I polymorf allel [3] . För detta arbete tilldelade Nobelkommittén Zinkernagel och Docherty Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1996. Tio år efter publiceringen av Zinkernagel och Docherty blev det klart att T-celler inte behöver hela viruset, inte ens hela virusproteinet, antigenet är en liten peptid som erhålls genom proteasklyvning av det virala proteinet [4] . Och två år senare bestämde postdoc Don Wylie Pamela Björkman den första tredimensionella strukturen av HLA-A2-molekylen [5] .
Det huvudsakliga histokompatibilitetskomplexet är en region med en av de högsta genlokaliseringstätheterna. Hos människor finns det 1 gen per 18 000 baspar [6] . Men ännu tätare är MHC-generna i fåglar. Hos kyckling är den genomsnittliga storleken på introner i MHC -lokuset 200 baser, och avståndet mellan gener, inklusive promotorer, kan vara så lite som 30 baser, vilket leder till en genomsnittlig storlek på en kycklinggen som är tre gånger mindre än storleken på liknande gener hos däggdjur [7] .
Hos människor kallas MHC-regionen historiskt för Human Leucocyte Antigen ( HLA , Human Leucocyte Antigen) , eftersom det upptäcktes när man studerade skillnaderna i vita blodkroppar hos olika människor, hos grisar kallas det SLA (Swine Leucocyte Antigen), i hundar DLA, i BoLA hos kor, H-2 hos möss, RT1 hos råttor, B hos höns etc. I olika organismer finns de på olika kromosomer, har olika längd och innehåller olika antal gener, men den allmänna strukturen är liknande för alla. Den mest studerade MHC-regionen, human HLA, ligger på den korta armen av kromosom 6 mellan de genetiska markörerna MOG och COL11A2 och är cirka 4 miljoner baspar (6p21.1-21.3). HLA innehåller över 200 gener, varav många är extremt polymorfa. Alla dessa gener är inte associerade med immunitet; hos människor kodar endast 40% av HLA-gener för proteiner som är involverade i immunsvaret [6] . Omvänt finns det många proteiner i immunsystemet vars gener finns på andra kromosomer, till exempel finns T-cellsreceptorgenerna på kromosom 14, interferongerna på kromosomerna 9 och 12, etc.
HLA har tre underregioner; om man räknar från telomeren så kommer först området som kallas klass I, sedan klass III och klass II. I andra organismer kan sekvensen av klasser vara annorlunda. Hos fisk är klass II i allmänhet på en annan kromosom. [åtta]
Två uppsättningar gener, klass I och II, som kodar för de så kallade MHC klass I- och MHC klass II-molekylerna, är centrala aktörer i cellulär immunitet. Huvudfunktionen hos MHC-I och MHC-II molekyler är bindningen av peptidfragment erhållna genom intracellulär klyvning av proteinmolekyler och presentationen av dessa peptider på cellytan för igenkänning av T- och NK-cellsreceptorer. För det mesta är dessa peptider av sina egna proteiner, men om en patogen har kommit in i kroppen kommer peptider från främmande proteiner också att finnas på cellytan. Trots att andelen främmande peptider på cellytan är mycket liten (en molekyl för tiotals och hundratusentals egna peptider) känns sådana infekterade celler snabbt igen av T-lymfocyter och förstörs av immunsystemet. Presentationen av självproteiner på cellytan är extremt viktig, immunsystemet övervakar och förstör ständigt inte bara infekterade, utan även skadade eller förändrade celler [9] [10] .
Två egenskaper hos MHC-proteiner är mycket viktiga när de används i adaptiv immunitet. Först, polygenicitet: varje organism har flera MHC-gener. Så till exempel har varje person tre gener av MHC-I-komplexet, HLA-A , HLA-B och HLA-C . För det andra, polymorfism - i befolkningen finns det många varianter av varje gen, så för HLA-A för 2020 är 5907 alleler kända, som kodar för 3702 olika proteinmolekyler. Du kan se alla beskrivna varianter av HLA-molekyler i IMGT-databasen ( www.imgt.org).
Tillsammans med de klassiska molekylerna MHC-I, HLA-A, HLA-B och HLA-C finns i klass I-regionen gener för de så kallade icke-klassiska HLA-komplexen: MICA , MICB , HLA-E , HLA- F och HLA-G , som skiljer sig från de klassiska i mindre polymorfism och lägre uttrycksnivå. MICA (MHC klass I polypeptidrelaterad sekvens A) kodar för ett membranbundet glykoprotein vars uttryck orsakas av stress — temperatur, virus- eller bakterieinfektion, onkogen transformation, etc. [11] MICA är den mest polymorfa av icke-klassiska HLA, mer än 150 alternativ ( IMGT ). MICA är en ligand för CD94/NKG2D-receptorn , som uttrycks på NK-celler och vissa T-lymfocyter. När bunden till MICA aktiverar CD94/NKG2D den cytolytiska aktiviteten hos dessa celler. Således är MICA en signal till immunsystemet för en tidig reaktion som svar på infektion eller spontan uppkomst av modifierade cancerceller. HLA-E binder vanligtvis signalpeptiderna av klassisk HLA-A, B och C och fungerar som en ligand för NK-cellreceptorerna CD94/NKG2A eller CD94/NKG2B, vilket hämmar deras cytotoxiska aktivitet [12] . HLA-G uttrycks endast på könsceller i moderkakan, vilket spelar en viktig roll i immuntolerans under graviditeten [13] .
Till skillnad från MHC-I-komplex uttrycks MHC-II-proteiner uteslutande i så kallade professionella antigenpresenterande celler (APC). Dessa inkluderar dendritiska celler, B-celler och makrofager. MHC-II är heterodimerer, generna från båda kedjorna tillhör MHC-lokuset. De sex mänskliga MHC-II-generna heter HLA-DRA (B), HLA-DQA (B) och HLA-DPA (B).
Förutom MHC-I och MHC-II innehåller samma locus gener för andra proteiner som är involverade i antigenpresentation. Två gener för den katalytiska β-subenheten av proteasomen , PSMB8 och PSMB9, börjar uttryckas endast om cellen har fått en signal om närvaron av interferon gamma i miljön. Ersättning av de katalytiska subenheterna transformerar proteasomen till en immunoproteosom med förändrad proteolytisk specificitet. Immunproteasomen frisätter peptider med en hydrofob eller basisk aminosyra vid C-terminalen, som har en större affinitet för MHC-I [14] .
Bredvid PSMB8 och PSMB9 finns TAP1- och TAP2-generna som kodar för två subenheter av peptidtransportören över membranet i den endoplasmatiska o. TAP1 och TAP2 transporterar inte bara peptider till ER, utan hjälper dem också att binda till MHC-I. Tapazine, vars TAPBP-gen också är belägen i klass II-regionen av HLA-genomiska locus, hjälper dem i detta.
MHC-II-komplexpeptiderna härrör från lysosomal snarare än proteasomal klyvning. HLA-DM-genen kodar för DM-proteinet, som katalyserar bindningen av peptider till MHC-II. I närheten finns HLA-DO, den HLA-DM-negativa regulatorgenen.
HLA-lokuset innehåller också gener för tre cytokiner av tumörnekrosfaktorfamiljen , TNF, gener för komplementsystemproteiner (C2, C4a, C4b, CFB) och många andra gener vars produkter inte är direkt relaterade till immunsystemet, till exempel, CYP21P är en av P450-cytokromerna, POU5F1 och TCF19 är transkriptionsfaktorer, AGER är en regulator av många cellulära processer, Hsp70, etc.
En beskrivning av den mänskliga MHC med fullständig sekvensering och genanteckning publicerades 1999 i tidskriften Nature av sekvenseringscenter i Storbritannien , USA och Japan [6] . Den presenterade sekvensen kallades den virtuella MHC, eftersom det var en mosaik som består av delar av det mänskliga genomet med olika haplotyper.
Samma nummer av tidskriften Nature publicerade en beskrivning av kycklingen MHC, som är 20 gånger kortare än den mänskliga och innehåller endast 19 gener [7] . B-lokuset för kycklingar har alla egenskaper hos MHC: generna för de klassiska MHC-I- och MHC-II-molekylerna finns där, det bestämmer vävnadsspecificitet och immunsvaret. Kyckling-MHC-lokuset är mycket mer kompakt än det mänskliga, dess centrala region från klass II-genen till klass I-genen av molekyler har bara 44 000 baser, även om den innehåller 11 gener. Ordningen på generna är olika, klass I- och klass II-regioner är inte åtskilda av en lång klass III-region. Nästan alla gener i kyckling B-lokus har däggdjursortologer, men många gener som finns i däggdjurs MHC-regioner saknas i kycklingar. I B-regionen av kycklingar finns det bara två gener för MHC-I- och MHC-II-molekyler, DN och DOB saknas, det finns inga gener för katalytiska proteasomsubenheter , genen för den icke-polymorfa MHC-II-subenheten, klass IIa , ligger utanför B-lokuset. Men det finns lektin- och NK -receptorgener, som hos däggdjur sitter på en annan kromosom.
Sekvensering av vaktel MHC-lokus [8] visade en liknande men mer komplex organisation på grund av flera duplikationer . Sålunda har vaktlar sju MHC klass I-gener, sju MHC klass II-b-kedjegener och 8 BG-liknande gener.
MHC-ställena för flera fiskar har sekvenserats [8] . I alla av dem är klass II- och klass I-regionerna orelaterade och ligger på olika kromosomer. Till skillnad från fåglar har fiskar, liksom däggdjur, proteasomkatalytiska subenhetsgener i MHC-regionen, men de är belägna i en klass I-region, tillsammans med gener för TAP-transportören, TAPBP. Antalet klassiska MHC-gener varierar från fisk till fisk, till exempel har fugu nio gener för MHC klass I-molekyler, medan zebrafiskar bara har tre.
Databasen IMGT (International Immunogenetics information system) innehåller information om nukleotidsekvenserna för MHC-loci av 77 olika arter (2019-12-19).
MHC-I-proteinmolekylen är en heterodimer som består av en oföränderlig liten subenhet som kallas β2-mikroglobulin och en tung polymorf α-subenhet som kodas av en av klass I-generna i MHC-lokuset (hos människor, HLA-A, HLA-B eller HLA-C). α-kedjan i MHC-I innehåller 365 aminosyror. 284 N-terminala rester bildar den extracellulära delen av molekylen, den transmembrana helixen som följer efter dem håller MHC-I på cellytan, och de sista 32 aminosyrorna som finns i cytosolen är ansvariga för den intracellulära transporten av MHC-I från endoplasma retikulum till ytan [15] . Kristallografisk analys visade att den extracellulära regionen av MHC-I α-kedjan är uppdelad i tre domäner α1, α2 och α3, var och en med 90 aminosyror. α1- och α2-domänerna bildar den antigenbindande delen av MHC-I [5] . Antigenet för MHC-I är peptider 8-10 aminosyror långa. α3-domänen har en immunglobulinveck som liknar det intilliggande β2-mikroglobulinet, dessa två immunglobulindomäner separerar den peptidbindande regionen från cellmembranet. α1- och α2-domänerna har samma tertiära struktur av fyra antiparallella β-strängar och en lång α-helix som ligger ovanpå. Hela α1 - α2 konstruktionen liknar en punt, vars botten är bildad av åtta β-strängar och sidorna av α-helixar. En peptid placeras inuti denna punt, som liknar ett roddlag med 8-10 deltagare. Peptiden har en utökad konformation, så att, till skillnad från roddlaget, kommer sidokedjorna av närliggande aminosyror att riktas i olika riktningar. Några av dem kommer att riktas nedåt och binda i fickorna på botten av MHC-I-peptidbindningstråget. Olika MHC-Is har olika fickor, som bestämmer peptidspecificiteten för varje allel [16] . Till exempel har HLA-A2 små hydrofoba fickor för resterna 2 och 9, och en positivt laddad ficka för rest 4, så HLA-A2 binder peptider som har Leu/Met i position 2, Asp/Glu i position 4 och Val/ Leu vid position 4. position 9. Men HLA-B27-allelen binder peptider med Arg på andra plats, Phe/Trp/Tyr på tredje plats och Leu/Phe på nionde plats. Du kan se peptidmotiv för olika alleler på MHCMotifViewer -servern . Uppåtriktade peptidrester kommer att interagera med T-cellsreceptorn, liksom flera rester av MHC själv, vilket definierar den dubbla specificiteten för denna receptor, den patogena peptiden och den givna värd-MHC-allelen.
Om fickorna bestämmer peptidens specificitet, så spelas huvudrollen i dess bindning till MHC- I av huvudkedjan, inklusive N- och C-terminalerna, som i 99 % av peptiderna är nedsänkta i botten av spåret och stängs av resterna av spiralerna från omgivningen. Därför har långa peptider vanligtvis ett utsprång i mitten, eftersom deras ändar hålls på samma plats som de på kortare peptider [17] .
MHC-II-molekyler har exakt samma domänorganisation som MHC-I, men deras fyra domäner är belägna på två polymorfa subenheter av ungefär samma storlek. Både α- och β-subenheterna har en α1 (eller β1) domän som bildar hälften av det antigenbindande stället och en α2 (β2) immunglobulindomän som ligger närmare cellmembranet [18] . Båda kedjorna har en transmembranspiral och en kort cytoplasmatisk ände på 12-18 aminosyror. Den tredimensionella strukturen av de extracellulära delarna av MHC i båda klasserna är mycket lik; peptiden binder också i skåran mellan de två helixarna. Den största skillnaden är att spolarna som bildar väggarna i det antigenbindande tråget för MHC-II inte passar tätt ihop, och tråget är öppet i båda ändar. Av denna anledning är varken N-terminalen eller C-terminalen av peptiden särskilt involverade i bindningen till MHC-II, dessutom observeras de ofta hänga utåt [19] , vilket korrelerar väl med det faktum att MHC-II antigener mycket längre än MHC-I.
Ett antal oberoende studier under 1970-1990-talen. visade att valet av en sexuell partner påverkas av det stora histokompatibilitetskomplexet. Experiment som ursprungligen utfördes på möss och fiskar [20] , sedan på frivilliga försökspersoner, visade att kvinnor tenderade att välja andra partner med MHC än sina egna, men deras val var omvänt när de använde hormonella p-piller - i detta fall var det mer benägna att kvinnor valde en partner med en liknande MHC [21] [22] [23] .
Lymfocyt adaptivt immunsystem och komplement | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Lymfoid |
| ||||||||
Lymfocyter | |||||||||
Ämnen |
Tematiska platser | |
---|---|
Ordböcker och uppslagsverk | |
I bibliografiska kataloger |