Fisiopatologia del Sistema Immunitario

Fisiopatologia del Sistema ImmunitarioModulo di BiochimicaModulo di Biochimica

Introduzione: l’MHCIntroduzione: l’MHCMHC I e II sono strutturalmente differenti ma omologheSono i geni più polimorfiSono espressi in modo codominante

-Espresso su tutte le cellule nucleate (costitutivamente)-Riconosciuto da CD8+

-Espresso sulle APC (potenziato da citochine)-Riconosciuto da CD4+

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 - -

MHC di classe IMHC di classe IEterotrimero; 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

25 a.a. idrofobici: attraversamento del bilayer lipidico30 a.a. basici, interazione con i gruppi fosfolipidici: ancoraggio alla membrana

β2-microglobulina: interagisce con α3, strutturalmente omologa ad un dominio Ig, non varia tra le molecole MHC I

L’espressione in membrana richiede i 3 componenti→i legami si rafforzano

L’espressione in membrana richiede i 3 componenti→i legami si rafforzano

β2

Il segmento α3 si ripiega a formare un dominio Ig (sequenza conservata): sito di legame per il CD8

MHC I: tasca di legame per il peptide

MHC I: tasca di legame per il peptide

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 entrarviC-term del peptide: residui idrofobici o acidi

α1 e α2 interagiscono tra loro e formano una piattaforma di 8 nastri antiparalleli di foglietto β che sostengono 2 α-elicheI residui polimorfi di MHC I sono confinati in α1 e α2

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 IIMHC di classe IIEterotrimero: 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

α2 e β2 formano domini Ig e non variano tra i vari alleli di classe II25 a.a. idrofobici, regione transmembranaa.a. basici, e coda idrofilica

β2: sito di legame per CD4Le catene α di un locus (es. DR) si appaiano con catene β dello stesso locus (DR)

N-term: α1 e β1 contengono i residui polimorfi, tasca di legame per il peptide

MHC II: tasca di legame per il peptide

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: strutturaMHC 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: CDRMHC di classe I e II: CDR

MHC di classe I e II: legame al peptide

MHC di classe I e II: legame al peptide

MHC classe I MHC classe II

Potenziale elettrostatico: positivo, negativo

I peptidi e le molecole d’acqua associate riempiono interamente la tascaDifferenti 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

Interazione peptide-MHCInterazione peptide-MHCUna proteina per evocare una risposta immunitaria deve contenere peptidi che possano legarsi alle molecole MHC

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)

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

Introduzione: TCRIntroduzione: 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 solubileIl TCR è monovalenteNon 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

Organizzazione dei geni del TCR

1) Ricombinazione somatica2) Diversità giunzionale3) Inserzione della regione N

Introduzione: TCRIntroduzione: TCR

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

Differenze rispetto alle IgDifferenze rispetto alle Ig

Forma simile a una Ig ma più corta e largaMaggiore flessibilità tra C e V perché porzione più estesa

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 elicaIl legame tra Cα e Cβ è dovuto anche ai carboidrati su Cα (legami H con foglietto β di Cβ)

Vα→VL e Vβ→VH

Alcune differenze di orientamento nei CDR

Riconoscimento dell’MHC-peptide

Riconoscimento dell’MHC-peptide

Riconoscimento dell’MHC-peptide

Riconoscimento dell’MHC-peptideIl riconoscimento è mediato dalle CDR della catena α e β, in

cui si concentra la variabilità3 CDR della catena α si giustappongono a 3 CDR della catena β (β : una quarta CDR per il riconoscimento dei superantigeni), superficie planareCDR3 la più variabile è posizionata in corrispondenza del centro del peptide legato all’MHCCDR1 e CDR2 contatto con l’MHC

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

CDR1 e 2CDR1 e 2

CDR4

CDR3

MHC

Riconoscimento del superAgRiconoscimento del superAg

Vβ contiene CDR4

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’AgOgni enterotossina aggrega 2 MHC → 2 TCR

I corecettori: CD4 e CD8I corecettori: CD4 e CD8Glicoproteine transmembrana della superfamiglia delle IgFunzione simile ma struttura diversaMotivo 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) citoplasmaticiMediante 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

La regione intracellulare interagisce fortemente con una tirosina chinasi Lck, per la trasduzione del segnale

D1→Ig

D2

I corecettori: CD4 e CD8I corecettori: CD4 e CD8Glicoproteine transmembrana della superfamiglia delle IgFunzione simile ma struttura diversa

CD8: eterodimero, 2 catene omologhe CD8α e CD8β legate da S-SUn dominio Ig extracellulare, polipeptide esteso, una regione transmembrana idrofobica, e 25 a.a. (molti basici) citoplasmaticiLa regione extracellulare è altamente glicosilata per proteggere il CD8 dall’attacco delle proteasi e per mantenerlo esteso

Il dominio Ig interagisce con il dominio non polimorfo α3 di MHC ILa regione intracellulare interagisce fortemente con una tirosina chinasi Lck, per la trasduzione del segnale

I corecettori: CD4 e CD8I corecettori: CD4 e CD8