Grundlagen der Immunologie (Zahnmedizin)

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1 Grundlagen der Immunologie (Zahnmedizin) Vorlesung 7. MHC und An1genpräsenta1on Ferenc Boldizsar MD, PhD

2 Antigenerkennung Antigen Peptid CD3 B-Zelle T-Zelle T-Zellen erkennen nur die präsentierten Formen der Antigene (Protein), die auf der Zelloberfläche als MHC-Peptidkomplexe exprimiert werden.

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4 T-Zell-Rezeptorkomplex Antigenspezifische Ketten: TcR-αß (97% der T-Zellen) Funktion: MHC-Peptid-Erkennung TcR-γδ (3% der T-Zellen) Funktion: Peptid-, Lipid-, Kohlenhydraterkennung Akzessorische Moleküle: CD3 gamma, delta, epsilon, zeta, eta Ketten Funktion: Signalisierungà Transportsignale für die TCRantigenspezifischen Ketten (beide αß, γδ TcR) von der Zelloberfläche Korezeptoren: CD4 oder CD8 (TcR-αß T-Zellen) Funktion: MHC-Restriktion, Signalisierung

5 Unterschiede zwischen T-Helfer- und zytotoxischet-zellen in der MHCabhängigen Antigenerkennung

6 MHC-Restriktion (Einschränkung) α3 β2m Verbindung der MHC-Klasse-I und des CD8 β2 = T-Zellen erkennen Antigene ausschließlich in Form von Oligopeptiden, die im Komplex mit körpereigenen MHC-Molekülen präsentiert werden Verbindung der MHC-Klasse-II und des CD4

7 Superantigene unspezifische Verbindung zwischen T-Zell-Rezeptoren und MHC-II-Molekülen ohne Antigene durch bakterielle Toxine hergestellt Superantigene führen zu systemischer Toxizität, weil aktiviertet- Zellen Zytokine produzieren à toxisches Schocksyndrom (TSS) à Hemmung der erworbenen (spezifischen) Immunantwort

8 Der Haupthistokompatibilitätskomplex = MHC Abk. MHC von Englisch: Major Histocompatibility Complex: Umfasst eine Gruppe von Genen bei Wirbeltieren, die Proteine codieren welche für die Immunerkennung, die Gewebeverträglichkeit (Histokompatibilität) bei Transplantationen und die immunologische Individualität wichtig sind

9 MHC-Moleküle Haupthistokompatibilitätskomplex-Moleküle = HLA MHC: major histocompatibility complex antigen, = HLA: beim Menschen auch Human-Leukozyten-Antigen Hauptaufgabe: Bindung von Antigenen und deren Präsentation zur Erkennung durch T-Zell- Antigenrezeptor (TcR)

10 Immunglobulin Superfamilie mit Domain-Strukturen

11 HLA-System = MHC-Antigene MHC-Proteinkomplexe, sind körpereigene Antigene auf der Oberfläche jeder Körperzelle, und auf Zellen die immunologische Vorgänge regulieren. Diese Proteine kennzeichnen die Zellen als zum Körper gehörig und sind auf Leukozyten leicht nachweisbar. Daher kommt auch die Bezeichnung HLA-System (Human Leukocyte Antigen=menschliches Leukozytenantigen) für das Regulationssystem der humanen Immunabwehr, dessen wichtigster Bestandteil der MHC ist.

12 Die Struktur des MHC-Klasse-I-Moleküls polymorphe α-kette monomorphe β2-mikroglobulin MHC-Klasse-I-Moleküle = HLA-A-,B-,und-C-Moleküle àgroßer Polymorphismus à über 1000 unterschiedliche Allele

13 Die Struktur des MHC-Klasse-II-Moleküls polymorphe α-kette polymorphe β-kette MHC-Klasse-II-Moleküle = HLA-DP-,DQ-,und-DR-Moleküle àgroßer Polymorphismus à über 1000 unterschiedliche Allele

14 Struktur der MHC-I und -II-Moleküle α1 α2 Antigen- Bindungsgrube α1 β1 Peptide: 8-10 Aminosäuren Aminosäuren Herkunft: zytosolische extrazelluläre Proteine Proteine

15 Struktur der Peptidbindungsstellen: Verankerung der Peptide α1 α2 Anker- Aminosäuren Dekapeptid Anker- Aminosäuren α1 β1 P1 NH P2 2 P3 P4 P5 P6 Oktapeptid P7 P8 P9 COOH -2 NH 2-1 P1 P4 P6 P Kernsequenzen COOH α1 Bindungstaschen α2 NH 2 α1 Bindungstaschen β1 COOH MHC MHC-Klasse-I I geschlossene MHC MHC-Klasse-II Klasse II geöffnete Ein MHC-Molekül kann verschiedene Peptide binden, die allelspezifische Konsens-Sequenzen haben

16 Peptid-bindung von MHC-I und -II MHC-I MHC-II Nicht-kovalent Wechselwirkung zwischen den Verankerungaminosäuren den Peptiden und den β-platten den MHC-Bindungstaschen.

17 Peptid-bindung von MHC-I und -II Ein MHC-Molekül kann verschiedene Peptide binden, die allelspezifische Konsens- Sequenzen haben. Polimorphische AS von MHC Moleküle lagern sich um der Peptidbindungstelle sie sind verantwortlich für Peptid-Specifizität und TcR-Bindung.

18 Expressionsmuster der MHC I and MHC II MHC I auf allen kernhaltigen Zellen und Trombozyten MHC II professionelle Antigen-präsentierende Zellen (APC) dendritische Zellen, B-Zellen Makrophagen, Monozyten Epithelzellen im Thymus fakultative Antigen-präsentierende Zellen z.b. entzündungaktivierte Endothelzellen, Epithelzellen,

19 MHC Genetik

20 Genstruktur des menschlichen MHC = HLA-Lokus HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR HLA-B, HLA-C HLA-A

21 Die Heredität des MHC ist: 1. polygenisch (es gibt verschiedene Gene für Klasse-I und Klasse-II, die Proteine mit unterschiedlichen individuellen Eigenschaften kodieren) und 2. hochpolymorphisch (es gibt mehrfache Allele jedes Gens) diese sind für jede Einzelperson charakteristisch. 3. kodominante Heredität: - Allele von MHC-Haplotypen von beiden Elternteilen werden in jeder Einzelperson exprimiert. 4. Alle MHC-Genstellen sind meistens heterozygotisch. Die Produkte jedes Allels befinden sich auf jeder Zelloberfläche à MHC-Haplotyp.

22 Antigenpräsentation durch MHC- Klasse-I für CD8+ T-Zellen

23 MHC-Klasse-I: Antigenpräsentation der endogenen, im Zytosol prozessierten Proteine CD8 + T c MHC-Klasse-I I MHC-Protein + + Selbst-Peptid Selbst -Peptid TCR MHC-Klasse-I I MHC-Protein + Peptid von endogenem Antigen + Antigen-Peptid Zytoplasma Golgi TAP gp96 ER Calnexin α-kette Proteasom eigene Proteine endogenes Protein Antigen Ubiquitination

24 Antigenpräsentation durch MHC-Klasse-I Zytosolisch, hauptsächlich normale eigene und modifizierte (virale oder mutierte eigene) Proteine (nach Ubiquitination) Enzymatischer Abbau im Proteasom Peptidtransfer zu dem ER (TAP1&2) MHC-I-Ketten werden in den ER-Ribosomen produziert Chaperone: Calnexin, Calreticulin, Erp57, Tapasin MHC-I - Peptidbindung innerhalb des ER Intrazellulärer Transport und Präsentation für CD8+ T-Zellen

25 Antigenpräsentation durch MHC-Klasse-II für CD4+ T-Zellen

26 Antigenpräsentation der exogenen, im Endosom- Lysosom-System prozessierten Proteine CD4 + T H TCR MHC-Klasse-II MHC-Protein + + Selbst-Peptid MHC-Klasse-II eigenes Peptid MHC-Protein + Antigen-Peptid + Antigenpeptid eigene Proteine oder exogenes Protein als Antigen Lysosom spätes Endosom MCII CLIP frühes CIIV DMA/B Golgi ER li α β

27 Antigenpräsentation von MHC-II -Intrazellulärer Transport und Präsentation - Proteine aufgenommen durch Endozytose : Bakterium, bakterielles Produkt, internalisiertes rezeptorgebundenes Peptid, Teile einer anderen Zelle, zytoplasmatische und membrangebundene Proteine als Autophagosomen - Endosomaler Abbau: Hydrolyse und enzymatische Verdauung -MHC-II Ketten werden in den ER-Ribosomen produziert -HLA-DM: MHC-II spezifisches Chaperon -CLIP = Klasse-II unspezifisches invariantes (Ii) Kettenpeptid - MHC-II & Peptide gebunden im Endosom, ausserhalb des ER