HLAVNÝ HISTOKOMPATIBILNÝ SYSTÉM = HHS(MHC = major histocompatibility complex)- HHS = MHC (major histocompatibility complex) je skupinagénov, ktorých produktami sú membránové glykoproteíny(MHC molekuly I. a II. triedy) charakteristické a jedinečnépre každé indivídum (rozpoznávacie glykoproteíny =sebaznaky, vlastné antigény).

- HHS sa niekedy označuje ako “silný” a ostatné ako “slabé”.

* Pr.: ak medzi darcom a príjemcom sú rozdiely v Ag HHS,potom je odvrhnutie transplantátu podstatne rýchlejšie anavodenie imunologickej tolerancie ťažie než v prípade, keďAg HHS sú zhodné a rozdiely sú len v ostatných HS.

HISTOKOMPATIBILNÝ SYSTÉM• histokompatibilné systémy sa nachádzajú u všetkýchživočíšnych druhov.

• počet týchto systémov je pri každom druhu veľký. Privyšších stavovcoch je väčší ako 30.

• jeden z nich má však vždy dominantné postavenie a volása hlavný histokompatibilný systém = HHS

• človek – systém HLA• myši – H-2• potkany – RT1• kurčatá – B• psy – DLA• morčatá – GPLA• králiky – RLA

HLA – human leukocyte antigens

HLA molekuly sú dôležitými zložkami imunitného systému (IS).

Tieto extrémne polymorfné proteíny sú exprimované na povrchovej membráne APC buniek, prostredníctvom ktorých vystavujú antigénne fragmenty. Vystavené peptidové fragmenty antigénu sú potom detegované TCR receptormi na lymfocytoch, čo vedie k aktivácii IS voči ďalším antigénom rovnakého typu. Nakoľko variácia Ag je neobmedzená, preto musí byť štruktúra HLA proteínov veľmi variabilná.

MHCNezlúčivosť biologických jedincov je biologickým zákonom,ktorý takmer nepozná výnimky. Jedinou výnimkou súmonozygotné, jednovaječné dvojčatá. Molekuly I. tr. sa dajúdokázať už pri najjednoduchších životných formách a súprítomné na povrchu takmer všetkých bb. zložitýchorganizmov (s výnimkou erytrocytov cicavcov). Molekuly I. tr.majú vo svojich membránach zabudované už jednobb.organizmy; pomáhajú im poznávať totožné jedince svojhodruhu a odlišovať ich od cudzích jedincov.

Pr.: koral Bothryllus primigenus sa združuje pri tvorbe kolóniílen s blízko príbuznými jedincami, ktorí s nimi zdieľajú aspoňjednu z niekoľkých príslušných molekúl. K jedincom z inéhoatolu sa chová nepriateľsky, nielenže s nimi nesplýva, ale sadokonca od nich oddeľuje demarkačnou líniou mŕtvehotkaniva.

Funkcie MHC molekúl

• základný význam: zúčastňujú sa na prezentácii cudzieho,spracovaného Ag a na bunkových interakciách pri imunitných odpovediach

• kontrola zdravia zložitého jedinca, obranné reakcie chrániace pred množením Ag, hlavne vírusov

• transplantačné reakcie

• signalizačná funkcia – bb. dokážu zachytiť svojimi molekulami „signál“ informujúci o prítomnosti poškodeného alebo pozmeneného bb. povrchu. Tento mechanizmus môže v určitom rozsahu brániť v rozvoji maligných bb.

• chrániť jedinca pred splynutím s cudzím jedincom (len u nižších foriem organizmov)

MHC

Väčšinu úloh pri kontrole MHC molekúl u vyšších živočíchovprevzal lymfocytový systém. B – Ly tvoria Ab schopnéopsonizovať chybné bunky pre fagocyty, alebo navodiť ichlikvidáciu pomocou C a zabíjačských K buniek. Najvyššiušpecializáciu dosiahli T bb., ktoré sú schopné svojimimolekulami a receptormi rozpoznať aj najmenšie chybyv povrchovom usporiadaní ostatných bb. organizmu.

Pr.: stupeň reaktivity T buniek voči cudzím bunkám je oveľaväčší než B lymfocytov. Proti bb. s cudzími MHC molekulamizačína okamžite reagovať približne 5% všetkých Tlymfocytov, kdežto protilátková odpoveď voči cudziemu Ag jeoveľa menšia (zo začiatku reaguje len 1 z 10 000 B – Ly).

MHC

Z chemického hľadiska sú HLA glykoproteínové komplexy(90% proteínov a 10% sacharidov). Špecifickosť Ag jeurčená primárnou štruktúrou peptidových reťazcov.Sacharidová časť – kyselina sialová, galaktóza, glukozamín,manóza a fruktóza; neobsahuje glukózu.

Štruktúra molekúl I. a II. triedy:

- zakotvenie v bb. membráne = transmembránovéglykoproteíny s naviazaným antigénnym peptidom

- obsah a radenie jednotlivých AK a ďalších zložiek

MHC I MHC II

MHC

Molekula I. tr.: je zložená z jedného ťažkého reťazcazahŕňajúceho 3 domény (α1, α2, α3). α1, α2 sú premenlivéa funkčne významnejšie a zodpovedné aj za prípadnúimunogénnosť. Ľahký reťazec tvorí jedna doména β2mikroglobulínu. V α doménach sú aj sacharidové determinanty,ktoré sa spolu podieľajú na funkčných vlastnostiach molekuly.

Molekula II. tr. je zložená z 2 nekovalentne viazanýchpolypeptidových α a β reťazca.

Podľa súčasnej predstavy sa HLA Ag voľne pohybujú v kvapalnejfáze bunkovej membrány. Keď sa pridá zodpovedajúca protilátka,Ag vytvárajú zhluky (identifikovateľné napr. fluorescenčnýmoznačením protilátok), prípadne agregujú na jednom konci bunkydo útvaru podobnému čiapke (capping).

CAPPING

MHCMHC je skupina, génov, ktoré sa nachádzajú sa na 6. ľudskomchromozóme, alebo u myší na 17. chromozóme. Tieto génykódujú MHC molekuly I. a II. triedy. MHC je najpolymorfnejšiezoskupenie génov v ľudskom genóme, má veľké množstvo alel naniekoľkých odlišných miestach. Pretože polymorfizmus saobyčajne deteguje použitím protilátok, alebo pomocou špecifickýchT buniek, MHC proteíny sa často nazývajú hlavnýmihistokompatibilnými antigénmi. Sú to molekuly proteínovej povahya majú veľmi dôležitú funkciu pri predkladaní cudzích antigénov.Ich expresia je regulovaná cytokínmi, hlavne interferónom γ,uvoľneným počas imunitnej odpovede. MHC molekuly I.tr.prezentujú peptidy, fragmenty antigénov vznikajúcich v cytosóle(endogénny pôvod) CD8+ TC bunkám. MHC molekuly II.tr.prezentujú peptidy, fragmenty exogénneho pôvodu CD4+ THbunkám. Vedľajšie histokompatibilné antigény (minor Hantigens) sú peptidy polymorfných celulárnych proteínovviazaných na MHC molekuly, ktoré môžu byť príčinou odvrhnutiaštepu, keď sú rozpoznané T bunkami.

Len APC sú schopné exprimovať na svojich membránach obetriedy molekúl MHC.

3 typy APC: DC, MØ, B – Ly; každý typ je špecializovaný naspracovanie a prezentovanie Ag rôzneho pôvodu T bunkám.

DC – prezentujú vírusové Ag

MØ – prezentujú mikrobiálne a korpuskulárne Ag

B – Ly – prezentujú solubilné Ag (bakteriálne toxíny)

Spracovanie Ag – „antigen processing“ je modifikácianatívneho proteínu za vzniku peptidov, fragmentov.

Prezentácia Ag je vystavenie peptidov na povrch bunkypomocou MHC molekúl.

Rozp

Rozpoznanie Ag B bunkou sa uskutočňuje priamou väzbou Ig na intaktný Ag.TCR rozpoznáva Ag vo forme Ag-peptidu naviazaného na MHC molekule

Význam systému H-2 u myší:

H – 2 systém – najlepšie preštudovaný MHC u vyšších stavovcov.H-2 je zložitý génový komplex (4000 kbp) na 17. chromozóme,ktorý zasahuje rozhodujúcim spôsobom do imunitných, ale aj inýchbiologických procesov.

H-2 komplex sa skladá zo 6 oblastí: K, I, S, D, Qa, T1a.

Oblasť I sa ďalej rozdeľuje na 2 lokusy I-A, I-E. Na okrajochúseku chromozómu kódujúceho H-2 systém sú lokusy H-2K(bližšie k centromére) a H-2D. Na každom z týchto lokusov sastriedajú (alternujú) početné alely, ktoré kódujú jednotlivé MHCmolekuly. MHC-antigény delíme podľa štruktúry a funkcie do 2skupín:MHC I.tr. – sa nachádzajú na všetkých jadrových bunkách –„sebaznaky = OP“. Môžeme ich sérologicky stanoviť (SD –sérom detegovateľné) pomocou protilátok.MHC II.tr. – na povrchu B - Ly, DC, MØ, epitelových bb. týmusu,spermatozoí. Sú lymfocytmi detegovateľné (LD).

H-2 komplex popri sérom detegovateľných antigénoch obsahujeaj gény pre LD antigény (lymfocytmi detegovateľné).

Molekuly II. tr. (LD Ag) boli objavené na základe pozorovania vzmiešaných kultúrach alogénnych lymfocytov, ktoré malitotožné Ag H-2K a H-2D.

Bolo pozorované zväčšenie buniek, vznik blastov, zvýšenárýchlosť syntézy DNA a bunkové delenie.

Ukázalo sa, že za túto reakciu (MLR = mixed lymphocytereaction / MLC = mixed lymphocyte culture) sú zodpovednésérologicky nedefinovateľné rozdiely v povrchovýchdeterminatoch lymfocytov z 2 geneticky rozdielnych indivíduí.

Z hľadiska vyvolania tvorby protilátok, antigény H-2K, H-2D(molekuly I. tr.) patria medzi najsilnejšie Ag. U odlišných jedincovsa prejavujú ako silné transplantačné Ag (prispievajú kodvrhnutiu transplantátu), významnú úlohu však zohrávajú aj vovnútri organizmu. Protilátky proti nim boli prvé, ktoré sa zistili vsérach zvierat s transplantovaným kožným štepom. Preto sa tietoAg nazývajú klasické transplantačné Ag. Lymfoidné bb. myšiobsahujú veľa Ag H-2; pečeň, pľúca a obličky ich majú menej,mozog a kostrové svaly veľmi málo. Ag H-2K / 2D sútransmembránové glykoproteíny. Ich sérologická špecifickosťspočíva v rozdielnosti sekvencií AK. Antigény lokusov K a Dprispievajú k odvrhnutiu transplantátu.

Medzi okrajovými K a D oblasťami H-2 systému sa nachádzajú I aS oblasti, ktoré majú významný vzťah k imunologickej reaktiviteorganizmu. V oblasti I sú gény Ir (immune response), ktoré súzodpovedné za rozdiely v schopnosti jedincov imunologickyreagovať na určité antigénne podnety.

1/ kontrolujú schopnosť jedinca odpovedať na množstvo Ag,

2/ kontrolujú špecifickú interakciu buniek T a B pri imunitnejodpovedi. V mnohých prípadoch nestačí samotný Ag stimulovať Bbb. k tvorbe Ab, ale na to je potrebná aj spolupráca T bb. amakrofágov.

Imunitná oblasť kóduje molekuly II. tr., ktoré podnecujúv cudzom príjemcovi proliferáciu a diferenciáciu Ly;v organizme rozhodujú o stupni a povahe imunitnej reaktivity.

S oblasť – gény kontrolujúce syntézu zložiek komplementu aSlp (sex-limited protein) – u inbredných myší len u samcov, u divožijúcich aj u samíc.

Ag z H – 2K a H – 2D sú najpotentnejšie pre vyvolanie Ab

Ag I. tr. – typické transplantačné Ag; SD; výskyt – všetky jadrové bb.

Ag II. tr. – zodpovedné za imunitnú odpoveď; LD; výskyt - APC

L

Génové produkty: Ag (MHC molekuly I. a II. tr.)

oblastilokusy

S

MHC I. tr.MHC I. tr. MHC II. tr. zložky C

Zjednodušená génová mapa:

komplex H – 2 (17. chromozóm) - myš

Ak sa líšia 2 jedince v znakoch celého H – 2 systému, dochádzak vypudeniu vzájomne prenesených štepov buniek alebo koževeľmi rýchlo – za 8 – 12 dní; a naviac sa prejaví prudká reakcialymfoidných bb. štepu proti hostiteľovi, silná je odpoveďv zmiešaných kultúrach a je takmer nemožné vyvolať vzájomnúimunologickú znášanlivosť bb., tkanív a orgánov.

Zhoda príjemcu a darcu v znakoch H – 2 systému však eštenezaručuje trvalý úspech štepov. ?prečo nie? Vedľa tohto HS s„veľkou účinnosťou“, u myší existuje ešte asi 20 ďalších„vedľajších, menších“ lokusov (H – 1, H – 3, H – 13...), ktoré súumiestnené na autozómoch a jeden tiež na Y chromozóme. Tietourčujú slabšie H – znaky: takto sa líšiace štepy prežívajú dlhšiudobu, rozvíjajúcu sa transplantačnú reakciu je možné ľahšiepotlačiť, reakcia štepu proti hostiteľovi je mierna.

HLA u ľudí

lokalizácia na 6.chromozóme na krátkom ramene, viac ako 6000kbp. Má 5 oblastí: smerom od centroméry je to oblasť HLA – D, B,C, E, A. Medzi oblasťami HLA-D a HLA-B sa nachádza úsek DNAobsahujúci gény pre niektoré zložky C (C2, C4, Bf). HLA-antigénydelíme podľa štruktúry a funkcie do 2 skupín:

MHC I.tr. – sa nachádzajú na všetkých jadrových bunkách –„sebaznaky - OP“

MHC II.tr. – na povrchu B, DC, MØ a aktivovaných T – Ly

pozn.: myšacie T – Ly MHC molekuly II. tr. neexprimujú

V rámci oblasti HLA – D sa doposiaľ identifikovalo 5 rodín génov:HLA – DN, DO, DP, DQ a DR. Ich produkty predstavujú molekulyMHC II. tr., pričom sú typickými antigénmi imunitnej odpovede.Histokompatibilné antigény sa označujú rovnakými symbolmi aképlatia pre jednotlivé lokusy MHC.

Zjednodušená génová mapa:

komplex HLA (6. chromozóm) - človek

D

podoblasti

oblastioblasti

Génové produkty: Ag (MHC molekuly I. a II. triedy)

MHC II.tr. MHC I. tr.zložky C

Ag I. tr. – typické transplantačné Ag; SD; výskyt – všetky jadrové bb.

Ag II. tr. – zodpovedné za imunitnú odpoveď; LD; výskyt - APC, stimulované T

HLA u ľudí

HLA antigény I. tr. na membránach bb. sa určujú sérologickypomocou špecifických protilátok. HLA – antigény II. tr. (produktyoblasti HLA – D) sa určujú testom zmiešaných lymfocytovýchkultúr, preto sa označujú ako antigény LD (lymfocytmidetegovateľné).

MHC molekuly II. tr. boli objavené na základe zistenia, že keď sazmiešali Ly od 2 darcov, pozorovala sa ich blastogenéza, a to ajnapriek tomu, že obaja darcovia mali zhodné MHC I. tr. (HLA – A,B, C, E).

Blastogenéza je vývojové štádium bb., charakteristické vysokýmmetabolizmom, biosyntézou proteínov, DNA a RNA. Morfologickysa prejavuje zväčšením bunky (vznikajú lymfoblasty) a jej delením.Stupeň blastogenézy sa v MLC meria na základe inkorporácie3H tymidínu alebo 14C do DNA. Blastogenézu v MLCzapríčiňujú rozdielne antigény II. tr. nachádzajúce sa napovrchu Ly rôznych jedincov.

HLA u ľudí

Štúdium systému HLA je dôležité pre potreby pri výbere vhodnéhodarcu pri transplantáciách bb. (kostná dreň), tkanív a orgánov. Tiežsú to problémy a otázky genetickej predispozície a mechanizmuvzniku chorôb, pretože je stále viac dôkazov o tom, že HLA majúvýznamný vzťah k rôznym ochoreniam. U chorých s niektorýmichorobami sa určité antigény HLA vyskytujú častejšie akou zdravých. Pr. 96% pacientov s Bechterevovou chorobou(ankylozujúca spondylitída je dlhodobé zápalové ochorenie,Postihuje predovšetkým tzv. sakroiliakálne skĺbenie tj. kĺbmedzi krížovou kosťou a panvou, a kĺby chrbtice ) má AgHLA – B27, výskyt tohto Ag v normálnej populácii je len 4%. Chorís diabetes mellitus majú o 26% vyššiu frekvenciu HLA – B15,pacienti s celiakiou o 50% vyšší výskyt HLA – B8. Molekulovýzáklad asociácie týchto HLA Ag s určitými chorobami nie je zatiaľznámy. Pri vírusových infekciách alebo zhubnom nádorovomochorení sa môžu uplatniť aj „spiace“ gény a na povrchu bb. jepotom možné dokázať väčší počet molekúl.

MHC restrikcia

Produkty MHC génového komplexu sa zúčastňujú na prezentácii Ag a nabunkových interakciách pri imunitných odpovediach. Kooperácia medzibunkami IS sa uskutočňuje len medzi bunkami s rovnakým MHCsystémom. Tento fenomén sa volá MHC restrikcia.

Sú známe 2 cesty pre spracovanie a prezentáciu Ag. Pôvod Ag(exogénny alebo endogénny) určuje, ktorou cestou bude Agprezentovaný (či prostredníctvom MHC molekúl I., alebo II. triedy).

Jedna cesta sa týka endogénnych Ags (napr. vírusy), ktoré sasyntetizujú, ale aj degradujú v proteazómoch, v cytoplazme antigénprezentujúcej bunky, ale aj ktorejkoľvek inej bunky v tele infikovanejvírusom. Degradované fragmenty antigénu sa naväzujú na MHCmolekuly I. tr. antigén prezentujúcej bunky a sú prezentovanécytotoxickým CD8+ T bunkám.

Druhá cesta sa týka exogénnych Ags, ktoré sú zachytené a spracovanév endozómoch APC a následne naviazané na MHC molekuly II. tr.Takéto komplexy sú prezentované T pomocným CD4+ bunkám.

Väzba komplexu molekuly MHC I.tr. s vírusovým antigénom na receptory T buniek (TCR) stimuluje proliferáciu CD8+ Tc buniek.

Naviazanie komplexu MHC molekuly II.tr. s antigénnym peptidom na TCR stimuluje proliferáciu CD4+ Th buniek. Odpoveď môže byť zosilnená uvoľnením IL-1 z APC buniek a IL-2 z oboch podtypov T buniek. Tc bunky potom rozpoznajú a zničia cieľové bunky, ktoré vykazujú vlastné molekuly I.tr. s vírusovým antigénom.

Cudzí Ag nie je ako celok rozpoznávaný receptormi, ale len jeho časti podegradácii (fragmenty, peptidy), ktoré sa skladajú z cca 6-7 AK alebozbytkov cukrov. To znamená, že zvyčajne veľmi veľký počet receptorovsa podieľa na väzbe s každým individuálnym Ag.

Priebeh prezentácie endogénneho Ag:

Ak sú Ag endogénneho pôvodu (vírus) v bunke dochádza k ichdegradácii na peptidy v proteazómoch. Peptidy sú transportované doendoplazmatického retikula prostredníctvom molekúl TAP (transporterassociated with antigen processing). Niektoré z týchto peptidov sa môžunaviazať na molekuly MHC I. tr. a komplexy Ag peptid-MHC I. tr. sa vovezikulách presúvajú na bunkový povrch, kde sú rozpoznávanéprostredníctvom TCR na CD8+ cytotoxických lymfocytoch (TC).

β2m

β2m

β2m

β2m

Antigen proccessing

Antigen proccessing

Priebeh prezentácie exogénneho Ag:

Ag je zachytený APC (v prípade B bunky je to prostredníctvomšpecifickej väzby s povrchovými Ig). Ag sa endocytózou dostanedo cytoplazmy APC; endozómy potom fúzujú s vezikulamiobsahujúcimi proteolytické enzýmy, ktoré štiepia Ag nafragmenty – peptidy. Ag peptidy sa spájajú s molekulami MHCII. tr. Komplexy Ag peptid-MHC molekuly II. tr. sa presúvajú napovrch APC bunky, aby na membráne mohli byť prezentovanéCD4+ TH bunkám.

Alert-upozorniť

Súhrnné cesty degradácie a prezentácie antigénov