Immunogenetik II MHC YAPISI, İŞLEVİ, İMMÜN YANITLAR Prof. Dr. Fatma Savran Oğuz İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
MHC Sınıf II MHC Sınıf I
Graft Tipleri Otograft: Kendi dokusunun kendine nakli (Kemik İliği- Otolog nakiller) İzograft: Genetik olarak identik bireyler- Tek yumurta ikizleri arasında Allograft: Aynı türden farklı bireyler arasında Xenograft: Farklı türler arasında
İmmün Sistemin Komponentleri 1) Antijen sunan hücreler Dendritik hücreler Makrofajlar Aktive B lenfositler Makrofaj Dendritik Hücre B lenfositler
İmmün Sistemin Komponentleri 2) B lenfositler ve antikorlar Doğal antikorlar Önceki sensitizasyon sonucu oluşmuş antikorlar Uyarılmış antikorlar
İmmün Sistemin Komponentleri 3) T Hücreler 4) Diğer hücreler :Natural killer hücreler Monositler
Allojenik Transplantasyon İmmünolojisi Transplante hücreler, polimorfik genler tarafından kodlanan HLA ( human Leucocyte antigen) molekülleri tarafından tanınırlar. HLA genleri anne ve babadan Mendeliyen kalıtım ile geçer ve hücre yüzeyinde kodominant olarak eksprese edilirler.
MHC EVOLÜSYONU Major Doku Uyumu Kompleksi (MHC) moleküllerinin, immünoglobulin ve T hücre reseptör molekülleri ile aynı genlerden geliştiği düşünülmektedir. Gelişim sırasında MHC moleküllerini kodlayan bu genler, tekrarlayan duplikasyon ve nokta mutasyonları sonucu küçük bir kromozom bölgesi şeklinde kümelenmişlerdir.
MHC İnsan ve fare Major Doku Uyumu Komplekslerinde bulunmuş olan gen topluluklarının benzeri, birçok farklı türde de tespit edilmiştir. Pek çok MHC genleri vertebrasız genomlarda da benzer özellikler içerir (Drosophila melanogaster/ Caenorhabditis)
MHC Büyük Doku Uyumu Kompleksi genleri tarihsel öncelikleri nedeniyle mi bağlantılı? Dağılmaları için yeterli zaman söz konusu olamadı mı? Doğal seleksiyon üstünlüğü olarak mı korundu?
MHC Major Doku Uyumu Kompleksi (MHC) antijenleri olarak adlandırılan glikoproteinler 1930 ların sonlarında Peter Gorer tarafından keşfedilmiştir.
MHC ve HLA MHC gen kompleksinde 220 den fazla gen bulunur MHC genlerinin insan versiyonu HLA genleridir
HLA = Human Leucocyte Antigen MHC antijenleri immun cevap fonksiyonlarının önemli bir yer alıyor HLA, MHC nin bir parçası HLA antijenlerinin temel rolü : Öz tanıma kontrolü Sağkalım
MHC / HLA KOMPLE DİZİ VE GEN HARİTASI HLA CONSORTIUM Nature 11/1999
6. KROMOZOMUN DNA DİZİ ANALİZİ İnsan Genomunun % 6 : 166 880 998 bp 2190 gen: 1557 aktive gen (772 önceden tanımlanmış) + 633 pseudogen HLA- B : 6. kromozomun en polimorfik gen İnsan genomunun en polimorfik geni Transkripsiyonel aktivite çok yüksek Nature 2003
6. KROMOZOMUN DNA DİZİ ANALİZİ MHC Genom ortalaması Gen Yoğunluğu 9.2 per Megabase 10 Tekrar Dizileri % 43.95 % 44.8 Rekombinasyon sıklığı / oranı : 0.49 cm/ mb Hastalıklarla ilişkili olabilecek ( predispozisyon / koruyuculuk) 130 gen MHC (100 hastalık otoimmunite)
MHC gen Bölgesi Çoğunlukla genlerden Retro transpozonlar Regulatör elementlerden Pseudogenlerden Biraz da tanımlanmamış dizilerden oluşur
MHC ve HLA 3 ana MHC sınıf I genleri; HLA-A, HLA-B, and HLA-C 6 ana MHC sınıf II genleri ; HLA-DPA1, HLA-DPB1, HLA- DQA1, HLA-DQB1, HLA-DRA, and HLA-DRB1. Sınıf I ve II genleri peptid sunumunda rol oynarlar MHC sınıf III genleri inflamasyon ve diğer immun aktivitelerde rol oynarlar. Bazı MHC genlerinin fonksiyonları henüz bilinmemektedir.
HLA ve varyasyonları Pek çok varyasyonu vardır Bu varyasyonlar, her bireyin immün sistemini çok farklı yabancı istilacıya karşı immun reaktif hale getirir. Bazı HLA genlerinin yüzlerce tanımlanmış versiyonu (allel) vardır HLA-B27 nin en az 40 tane tanımlanmış alel vardır. HLA-B*2701 - HLA-B*2743.
HLA ve Hastalık İlişkileri Ankilozan spondilit Otoimmün Addison hastalığı (HLA- DRB1*04:04) Behçet hastalığı Çölyak Granulomatöz polianjitis Graves hastalığı Haşimato Hastalığı İdiyopatik inflamatuar myopati Juvenil idiyopatik artrit Multiple Sklerosis Narkolepsi Psöriatik artrit Romatoid artrit Steven Johnson Sendromu/Toksik Epidermal nekroz Tip I diabetes
The involvement of major histocompatibility complex (MHC) genes,
HLA Gen Lokus Haritası HLA, 6p21 de bulunan super-lokus Transplantasyon ilişkili 6 gen ve 132 de protein kodlayan genin immün sistem ile ilişkili olduğu 100 genin ise hastalık ile ilişkili olduğu Genin 3.6 Mb lık bölümünün dizilenmesi 1999 yılında tamamlandı ve 224 gen tanımlandı
MHC Gen Dizileme Çalışmaları sonucunda İnflamasyonun regüle edilmesinde, T hücre ve NK ile ilişkili doğal ve kazanılmış immünitede, Kompleman kaskatında Rolleri ortaya çıkarıldı.
MHC genleri ayrıca Self ve non self ayırımı ile uyumlu ve uyumsuz vericiler ile transplantasyon Tıp ında Transfüzyon tedavisinde önemli etkisi
MHC genlerinin rolü olabilir Otoimmüniteyi ve infeksiyon ajanlarına konak cevabını anlamamızda Üreme ve gebeliğin oluşumunda ve devamında Santral sinir sistemi gelişiminde ve plastisitesinde etkisi Sinir hücrelerinin etkileşiminde Sinaptik fonksiyon ve davranış Serebral yarım kürelerin özelleşmesinde
Farklı kanser hücre dizilerinde MHC gen ekspresyonu
Klasik HLA antijenleri; Sınıf I bölgesinde HLA-A, -B, -C Sınıf II bölgesinde HLA- DR, -DQ, -DP kodlanır.
Klasik antijenleri kodlayan genler dışındaki sınıf I bölgesindeki diğer genler: HLA-E, -F, -G, -H, -J, -K, -L olup, bunlar arasından sadece HLA-E,- F,-G eksprese olmaktadır.
Sınıf II bölgesinde klasik antijenleri kodlayan genlerin yanı sıra HLA-DM, -DN, - DO, TAP1, TAP2, LMP2 ve LMP7 gibi gen bölgeleri de bulunmaktadır. Sınıf III bölgesinin ise gen yoğunluğu oldukça fazla olup, bunların bir kısmının immün sistem ile ilişkili olduğu bilinmektedir.
İlk doku antijenleri lökositlerde saptandığı için insan lökosit antijenleri (Human Leukocyte Antigens = HLA) olarak tanımlanmışlardır.
İmmun yanıtı kontrol eden genlere de İmmun yanıt genleri (Immune response =Ir) adı verildi. Ir genlerinin protein yapıdaki antijenlere antikor yanıtında gerekli olan Th (T helper = yardımcı T) lenfositlerinin aktivasyonunu kontrol ettiğini gösterdiler. 1970 lerin sonunda MHC genlerinin protein antijenlere karşı olan esas rolü anlaşıldı.
MHC molekülleri greft rejeksiyonun temel belirleyicileridirler. Bu nedenle aynı MHC moleküllerini eksprese eden bireyler birbirlerinin doku greftlerini kabul edebilirler veya farklı MHC gen bölgelerine sahip bireyler arasında greft rejeksiyonu gelişir.
X X
HLA Antijen Ekspresyonu Genel olarak çekirdekli hücrelerde eksprese edilmektedir. Ancak ekspresyon düzeyleri hücreler arasında değişmektedir.
HLA Antijenleri Ekspresyonu Lenfositlerde en yüksek düzeyde eksprese edilirken, Fibroblastlar, kas hücreleri, hepatositler, sperm, oosit, plasental ve merkezi sinir sistemi hücrelerinde ekspresyonu çok düşük ya da dikkate alınmayacak düzeydedir.
HLA- C moleküllerinin hücre yüzeyindeki ekspresyonu HLA- A ve B moleküllerinden 10 kat daha düşük düzeyde ortaya çıkmaktadır. Ancak HLA-C molekülleri de işlevseldir ve NK (doğal öldürücüler) tarafından tanınmak üzere ilk hedef noktalardır.
MHC SINIF I YAPISI MHC sınıf I molekülü 43 kilodalton (kd) ağırlığında, disülfit bağları ile bağlı üç kangallı bir polipeptit zinciri ve 17. kromozomdan gelen 11kD ağırlığında polimorfik olmayan yapıdaki beta2-mikroglobulin (b2m) hafif zincirinden oluşur.
MHC SINIF I YAPISI
MHC SINIF II YAPISI Sınıf II molekülleri, B lenfosit ve makrofajlar gibi özelleşmiş hücrelerin yüzeyinde bulunurlar ve bu hücreler Th hücrelerine antijen sunarlar.
MHC SINIF II YAPISI HLA sınıf II molekülleri ve b olmak üzere iki zincirden meydana gelir. Alfa ve beta zinciri ürünlerinin moleküler ağırlığı 29000 ve 34000 dir. Alfa zincirinde 1 ve 2, beta zincirinde ise b1 ve b2 domainleri bulunmaktadır.
MHC SINIF II YAPISI 1 ve 2 domainleri arasında kalan çukur, peptid fragmanlarının bağlandığı bölgeyi oluşturmaktadır. HLA Sınıf II antijenleri de uç kısımlarında çukurcuk bulundururlar. Bu çukurcuğun uçları açıktır ve 15-24 amino asitten oluşan bir peptite sahiptir
MHC SINIF II YAPISI
MHC SINIF III YAPISI Sınıf III olarak tanımlanan bu bölge MHC gen bölgesinde I. ve II. sınıf gen bölgeleri arasında yer almaktadır. Bu bölge ürünleri direkt veya indirekt olarak immün yanıt oluşumuna katkıda bulunmaktadır. Bu bölgede kompleman faktörlerinden C4 ve C2 ile properdin B faktörünü sentezleyen gen bölgeleri yer almaktadır. Steroid biyosentezinde görev yapan 21-hidroksilaz ve b gen determinantları ile ısı şok proteinleri, kalmodulin genleri ve TNF ve b genlerinin de bu bölgede bulunduğu gösterilmiştir
İMMÜN YANITLAR DOĞAL EDİNSEL NON-SPESİFİK İMMÜN YANIT SPESİFİK İMMÜN YANIT
Antijen Sunumunda HLA Molekülleri Protein moleküllerinin peptid parçalarına ayrılması ve antijenin T hücrelerine sunulması, immünitenin önemli bir bölümünü oluşturur. Sınıf I molekülleri endojen kaynaklı peptidlerin CD8 ( ) T lenfositlerine ; Sınıf II molekülleri ise eksojen kaynaklı peptidlerin CD4( ) T lenfositlerine sunumunda rol almaktadırlar.
Peptidler önce degradasyona uğrar ve peptid fragmanları hücre içinde HLA sınıf I ve II moleküllerine bağlanır. HLA molekülleri, bağlanan peptid ile birlikte hücre yüzeyine gelir.
Hücrelerde proteinlerin yıkımını sağlayan iki büyük yol vardır. Lizozomal asidik ortamda gerçekleşen lizozomal proteolizis Ubiquitin- proteasom yıkım yoludur.
Çok sayıda ubiquitin ile işaretlenmiş olan protein, çok sayıda alt birimden oluşmuş olan proteaz kompleksi olan proteasom tarafından yıkılır. Ubiquitinin bağlanması ve işaretlenmesi için ATP enerjisi kullanılır.
Endojen proteinler ubiquitin ile bağlanarak proteasoma yönlenirler. LMP2 ve LMP7, proteozom kompleksinin bileşenlerini oluşturan peptidleri kodlamaktadır.
8-10 aa uzunluğunda kısa peptidlere yıkılan endojen proteinler TAP heterodimeri aracılığı ile ER aktarılırlar. TAP1/TAP2 molekülleri ER zarında, sitoplazmadan lümene peptid taşıyıp yerleştiren bir kompleks oluştururlar.
Taşınmış olan peptidler sınıf I molekülüne yüklenirler. Endoplasmik retikulumdan ayrılan bu yapılar golgi kompleksine gelir oradan taşıyıcı veziküller ile hücre membranına taşınarak sitotoksik T lenfositlerine sunulurlar.
Eksojen kaynaklı proteinler (bakteriler gibi) ASH tarafından hücre içine endositik olarak alınıp lizozom ile birleşir ve lizozomal enzimlerin etkisi ile küçük peptidler haline dönüştürülürler. ER da yeni sentezlenen sınıf II molekülleri invariant chain (Ii) molekülü ile bağlanarak taşıyıcı veziküller ile lizozoma gelir ve füzyon yaparlar.
Lizozom icerisinde Ii molekülü küçük peptid haline dönüştürülür ve HLA-DM molekülüde peptid bağlama oluğunda bulunan parçalanmış Ii molekülü ile eksojen peptidin yer değişimini gerçekleştirir. Peptid yüklenmiş olan sınıf II molekülleri hücre membranına taşınarak CD4( ) T lenfositlerine sunulurlar.
İmmün Tanıma I Kendi HLA moleküllerince sunulan yabancı peptidin T hücrelerince tanınmasıdır. TCR Yabancı peptid MHC molekülü
İmmün Tanıma II T hücreleri ve ASH arasındaki etkileşim; B7 CD40 CD28 CD11a/CD18 Hücre yüzey molekülleri ICAM-1 İntersellüler adezyon molekülleri ile sağlanır.
Spesifik Tanıma Sinyal İletimi Sinyal İletimi ve Adhezyon Adhezyon
ALICI ORGANİZMANIN DONÖRÜ TANIMASI DİREKT TANIMA DONÖR APC, ALICI T-LENFOSİT TARAFINDAN DOĞRUDAN TANINIR. İNDİREKT TANIMA DONÖR ALLO-MHC MOLEKÜLLERİ, ALICI APC ARACILIĞI İLE DONÖR T-LENFOSİTE TANITILIR.
Alloantijenlerin tanınması Direkt Sunum:Graftteki donör ASH tarafından HLA molekülü tanınır Self HLA molekülü intak allojeneik HLA molekülünü tanır Hem CD8 + hem de CD4 + T hücreleri olaya dahil olur Dolaylı Sunum: Donör HLA molekülleri işlenir alıcı ASH tarafından sunulur CD4+ T hücreleri olaya dahil olur Antijen sunumu sınıf II HLA molekülleri (HLA-DR) tarafından yapılır.
Alloreaktif T hücrelerinin aktivasyonu ve Allograftın rejeksiyonu Donor ASH ler bölgesel lenf nodlarına göç ederek alıcı Th hücreleri tarafından tanınırlar Alıcıdaki Alloreaktif T H hücreleri T DTH oluşumunu benzer reaksiyonları uyarır ve CTLs grafte göç ederek graft rejeksiyonuna neden olurlar.
Alloreaktif T hücrelerinin aktivasyonu ve Allograftın rejeksiyonu Donar kidney ( SENSATIZATION ) Passenger leukocyte Class II MHC. antigen T H T H IL 2 TH TH CTL CTL T DTH T DTH EFFECTOR LYMPH NODE