inmuno, Apuntes de Biología

¡Descarga inmuno y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!

SEGUNDO PARCIAL

• 6-04-

interaccionar con esos complejos. Este mecanismo de presentación de los péptidos procede del procesamiento antigénico a los linfocitos T.

El MHC es un complejo poligénico , es decir, hay diversos genes.

• Hay tres genes clásicos de moléculas de clase I, que són el A, el B y el C (HLA-A, HLA-B, HLA-C).
• Hay tres de clase II, el DR, DQ y DP (HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP).

La nomenclatura es HLA, seguido de la molécula que designa el locus del gen correspondiente y un número que designa el alelo. Hemos dicho que són moléculas variables y por lo tanto, hay una diversidad alélica. Por ejemplo, HLA-A2, el alelo 2 del locus 2. También existen una multitud de genes que se denominan de clase 1b o no-clásicos. Estos, estructuralmente se relacionan con los otros pero funcionalmente pueden ser muy diversos.

En ratón, hay:

• 3 genes de clase I que són K, D y L (H2-K, H2-D, H2-L)
• 2 genes de clase II que són IA e IE (H2-IA, H2-IE)

En el ratón no se denominan con un número cada alelo sino con una letra que viene de la cepa. Por lo tanto, són polimórfico, es decir, existen muchos alelos en la población, de hecho, són los genes más polimórficos que existen en mamíferos, y esto produce una ventaja para las especies y también para el individuo. El individuo a través de la heterocigosidad va a presentar 6 alelos distintos de clase I, y al menos 6 alelos distintos de clase II, y para la especie la existencia de muchos alelos en la población va a significar que potencialmente esa especie va a poder presentar cualquier tipo de péptido, mientras que si solo tuviésemos unos alelos determinados y no fuésemos polimórficos, sólo podríamos presentar el conjunto de péptidos que cada molécula per se puede presentar. Al haber muchos, como tienen una especificidad de cada unión de péptidos y de presentación. Si una especie solo tuviese un alelo o un conjunto reducido de alelos sólo podría presentar un subconjunto de péptidos, como tiene muchos, potencialmente puede llegar a unir cualquier péptido y presentarlo. La otra característica es la codominancia, se van a presentar de forma codominante, de manera que cada célula va a presentar 6 alelos de clase I y al menos 6 alelos de clase II.

Expresión de las moléculas de MHC en los distintos tipos celulares

Estas moléculas se expresan:

• Las de clase I, prácticamente en todas las células nucleadas del organismo, salvo hematíes y en las neuronas no está claro porque algo sí que expresan. El resto las van a expresar. Cada célula del organismo puede presentar péptidos provenientes de proteínas sintetizadas en el interior celular.
• En cambio, las moléculas de clase II, solo se van a expresar en las Moléculas presentadoras de antígeno, las APC, es decir, las moléculas profesionales que són las dendríticas, en macrófagos y linfocitos, también en el epitelio químico y también en algunas circunstancias en otras células que denominamos células presentadoras no profesionales como es el caso de fibroblastos, epitelio tiroide, endotelio vascular, células del páncreas. Aquí lo presentaran cuando se active la respuesta inmune, como por ejemplo, cuando se induzca el interferón. Una diferencia es que las moléculas de clase II se expresan en los linfocitos T humanos, pero no en ratón. Las moléculas de clase II, se expresaran fundamentalmente en las células que tienen capacidad fagocítica, es decir, capacidad de presentación de antígenos exógenos y luego en determinadas circunstancias cuando se active la respuesta inmune.

Restricción MHC

El fenómeno de la restricción, fue un experimento tonto pero recibió el Novel. No tiene ninguna complicación y determinaron, vieron que los linfocitos T solo van a ser capaces a responder frente a un antígeno determinado, cuando el péptido proveniente del antígeno es presentado por moléculas de MHC propias, las mismas que tiene el linfocito T. No valdrán células de otro individuo que presenten ese mismo antígeno, los linfocitos T no van a ser capaces de responder y activarse específicamente frente a ese antígeno cuando sean presentados por alelos MHC de otro individuo. Hay un reconocimiento conjunto para el MHC y el péptido. Esta capacidad de distinguir entre el MHC propio y el ajeno y de reconocer siempre que van a interaccionar siempre con péptidos de MHC propio, que lo adquirirá mediante la educación de linfocito T, en el timo. Es un proceso similar pero más complejo al de los linfocitos B. Los linfocitos T, no nacerán sabiendo que tienen que interactuar con los MHC propios sino que lo aprenderán en un proceso de educación, de manera que para que se reconozca y se de una respuesta, el linfocito T tiene que reconocer el antígeno frente al que va a ser específico y la molécula de MHC propia. Si cambiamos la molécula del MHC, aunque siga presentando este mismo antígeno, el mismo epítopo, que puede hacerlo o no puede hacerlo, no va a haber respuesta del linfocito, que va a ser lo mismo si la misma molécula del MHC presenta un antígeno distinto y el linfocito T no será específico para ese antígeno y no habrá respuesta.

Características de las moléculas del MHC-I y II

Cómo són las moléculas del MHC?

Las moléculas del MHC-I están formadas por dos cadenas, una cadena pesada α y una cadena ligera que es la β2-microglobulina. Se expresa en casi todas las células y va a presentar antígenos a los linfocitos TCD8. La cadena pesada tiene un peso mayor que es de 44 kD y és la que está codificada en el MHC y β2- microglobulina es la que está codificada en el MHC. La β2-microglobulina no está codificada en el MHC, está fuera. La cadena pesada, és la que és polimórfica, β2-microglobulina es siempre constante. La β2-microglobulina es soluble, extracelular, mientras que la cadena pesada tiene un dominio extracelular, uno transmembrana y uno citoplasmático, es una molécula anclada a la membrana.

Las moléculas del MHC-II tienen dos cadenas, la α y la β. Está en linfocitos B, macrófagos, células dendríticas y algún otro tipo celular como es el epitelio. Las moléculas de clase II van a interaccionar con linfocitos TCD4. Tienen un peso un poco menor y similar entre las dos, ambas codificadas en el MHC y ambas van a ser polimórficas y tienen un tamaño similar. Tienen varios puntos de glicosilación que no es muy relevante funcionalmente.

Lo importante es que clase I es linfocitos TCD8 que mayoritariamente van a ser TTL, citolíticos, capaces de matar, y los clase II que van a ser TCD4, que mayoritariamente van a ser cooperadores, van a ayudar a hacer la respuesta.

MHC de Clase I: estructura

Vemos la molécula de clase I, donde tenemos la cadena pesada anclada a la superficie celular y que se asocia a la β2-microglobulina y vemos que está formada por diversos dominios (α1, α2, α3), que tiene láminas antiparalelas, es un sandwich. La β2-microglobulina también pertenece a la família de las Superinmunoglobulinas. En cambio, los dos dominios más alejados de la superficie celular, són el α1 y α2, y forman esta estructura que parece una tenaza, que puede unir péptidos. Es una lámina β y sobre ella 2 hélices α, 1 de cada dominio, del α-1 y del α-2. La lámina β está formada también por aminoácidos de los dos dominios α1 y α2, y esta es la zona donde va a unir el péptido, mientras que el resto no lo va a unir y de hecho va a ser constante. Lo vemos visto des del techo, y la visión lateral, y vemos las dos hélices α que forman una oquedad, y la base del hueco es la lámina β, formada por el dominio α1 en azul y el dominio α2 en verde. El péptido se unirá aquí. Un péptido que va a tener un tamaño limitado por las moléculas de clase I, de 8 a 19 aa como máximo, porque esta hendidura tiene un tamaño determinado y solamente puede alojar péptidos de una longitud determinada. Es un sitio de unión cerrado. El superdominio α 1 α2 se estabiliza por un puente disulfuro de α2 con la lámina β.

La unión va a depender obviamente de las características estructurales de los bolsillos, de su conformación, de su secuencia, de los aminoácidos de la molécula del MHC que están formando estos bolsillos del sitio de unión del antígeno y esto va a determinar las características estructurales que tendrán los péptidos que se unan por cada molécula de MHC. De manera que si llegamos con un péptido que reúne las características químicas y conformacionales adecuadas para unirse a esos bolsillos, se unirá y si llegamos con otro péptido que no, simplemente no se unirá. De manera que las moléculas del MHC no podrán unir cualquier tipo de péptidos, solo un conjunto de péptidos, los que reúnan las características estructurales adecuadas para unirse a los bolsillos, los que contengan motivos de unión al MHC: aminoácidos en determinadas posiciones que pueden interaccionar con estos bolsillos. Si cambiáramos el triptófano por una leucina, el péptido ya no se uniría porque no tiene las características estructurales para unirse. Y como cada alelo será diferente en secuencia, tendrá motivos de unión distintos, los conjuntos de péptidos que se unan tendrán unas características estructurales distintas. No todos los péptidos que se unan tienen que tener la misma secuencia, es decir, estos motivos de unión sino que se modula la interaccionar, puede tener algunos motivos de unión, algunos de los aminoácidos adecuados para interaccionar con el bolsillo pero no necesariamente todos, de manera que la unión no va a depender exclusivamente de que tengan estos motivos sino de la conformación de la estructura de todo el péptido, va a ser un balance entre la presencia de estos motivos en estas posiciones que le van a permitir interaccionar con estos bolsillos y la secuencia completa del péptido.

Peptide binding to MHC molecules: differences Class I-II

Como hemos dicho, la molécula de clase I une el péptido con un tamaño determinado con los extremos N que terminan anclados, mientras que las moléculas de clase II, vemos en azul la superficie de la estructura y en bolitas el péptido y que cuelga y sale del sitio de unión. La molécula de clase I la interacción con los bolsillos es bastante más extringente, más complementaria tanto bioquímicamente y conformacionalmente y las moléculas de clase II que vemos representados algunos péptidos interaccionando con distintos bolsillos que unos interaccionan más y otros menos, es menos determinante la unión de los péptidos de clase II, de hecho, estas moléculas són bastantes más promiscuas en la capacidad de unión y tienen muchas interacciones hidrofóbicas y por lo tanto, más débiles.

Por lo tanto, cada alelo en función de la estructura de los bolsillos, tendrá unos motivos de unión de manera que si nosotros cogemos y secuenciamos todos los péptidos que van a unir una molécula determinada de clase I o de clase II y los alineamos, encontraremos posiciones que presentan la mayoría de los péptidos (no todos, unos determinados aminoácidos). Estos són los motivos de unión del alelo que corresponde a bolsillos de anclaje, posiciones de anclaje de los péptidos. Los otros bolsillos unirán aminoácidos, residuos de aminoácidos, las cadenas, pero con mucha menos especificidad, participaran en la interacción pero no serán determinantes en la unión del péptido. Si secuenciamos los péptidos de otro alelo distinto, por ejemplo como el del esquema, tendrá otros aa en otras posiciones y los sitios de anclaje, el motivo de unión será distinto, no solamente en los aa que seleccionan sino que en la posición (el ejemplo no es muy bueno porque són prácticamente el mismo).

Motivos de unión de péptidos a MHC-I y MHC-II

Los bolsillos, los sitios de anclaje serán distintos y los sitios de unión serán distintos, de hecho, esto permite predecir en una estructura de una proteína qué péptidos pueden ser presentados por una molécula de MHC y por lo tanto qué péptidos són potencialmente inmunogénicos. En general, hay dos o tres motivos de anclaje, motivos de unión fuerte. Las moléculas de clase II són distintos, porque hemos dicho que los péptidos pueden tener longitudes muy variables, y si los alineamos lo que ocurre es que la parte central, que es la que se une a la molécula del MHC donde podemos determinar un motivo de unión, en este caso muy simple en estas dos posiciones, pero los extremos N y C terminal pueden tener variaciones distintas, de longitudes distintas. De hecho, el mismo péptido se puede unir de distintas maneras, es decir, el mismo péptido puede tener distintas longitudes cuando está unido a la molécula del MHC. Se unen la parte central por el motivo de unión y luego los extremos cuelgan, y cuelgan con longitudes variables.

El valor predictivo hemos dicho que la interacción no es tan fuerte porque los motivos de unión no són tan específicos y por lo tanto el valor predictivo es bastante menor.

Polimorfismo del MHC

Hemos dicho que el MHC són las moléculas más polimórficos y este polimorfismo está relacionado con su función de presentar antígeno a través de la capacidad de unión del péptido. El polimorfismo de las moléculas de clase I y II se va a concentrar en la región de unión del antígeno, la mayoría de las variaciones si las representamos están en los α1 y α2, concretamente en aquellas posiciones que serían losp untos rojos, las posiciones donde interaccionan con el péptido y conforman el sitio de interacción, de tal forma que el polimorfismo estructural tiene una consecuencia funcional, una gran variación de la posibilidad de unión péptidos por parte del MHC. Esto es debido a que pueden existir proteínas (antígenos) y el conjunto de péptidos que se puedan sacar esas proteínas no se unan bien con los alelos de un determinado individuo. Esto general no se va a ver en la especie humana ya que hemos visto que puede haber 6 alelos de MHC con lo cual pueden unir muchos péptidos pero sí que se ve en animales, en ratones, que són cepas inbred que solamente expresan 2 o 3 alelos distintos y sí que se ve una influencia importante del MHC en la respuesta. Habrá cepas que no pueden generar una respuesta inmune frente a un antígeno determinado, ya que los péptidos que se derivan de ese antígeno no pueden ser unidos eficientemente por ninguno de los alelos MHC que contienen, de hecho, inicialmente al MHC se le denominaba genes de inmunorespuesta, porque són capaces de regular la respuesta inmune, van a condicionar y determinar la respuesta inmune. Por eso, la especie no se puede permitir el lujo de tener un conjunto limitado de MHC ya que un antígeno, un virus, sería muy fácil que generase mutaciones que escapasen y que le impidiesen unirse al MHC y por lo tanto podría escapar de la respuesta inmune, no de un individuo sino que de todos los individuos que hay en una especie.

De hecho, en humanos lo que sí se ve es una mayor o menor eficiencia en la respuesta frente a determinados patógenos. Por ejemplo, la asociación de HLA-B-53 con la malaria, en zonas de África donde la malaria es endémica hay una sobrerepresentación de la frecuencia de individuos que expresan este alelo y esto es porque estos individuos responden mucho mejor a malaria que otros, se han ido seleccionando a individuos que expresan este alelo. En la respuesta al SIDA los individuos con los alelos B27, etc. tienen una carga viral mucho menor y el progreso de la enfermedad es mucho más lento, están sobrerepresentados y són individuos que se denominaban long-term nonprogressors y sobrevivían a más de 10 años, ahora con el uso de los antivirales está cambiando pero sigue siendo así. Estos individuos responden mucho mejor frente al SIDA que otros, porque presentan mejor sus péptidos y generar una respuesta T mucho más eficiente que otros individuos.

Variabilidad conformacional en las posiciones del sitio de unión Ag

Vemos un esquema en que se representan dos posiciones de MHC donde vemos cómo péptidos distintos interaccionan de manera distinta con las mismas posiciones por ejemplo del MHC, de manera que existen distintas conformaciones entre los distintos alelos aunque tengan incluso en las mismas posiciones la misma composición de aminoácidos y van a tener una conformación distinta y por lo tanto, van a determinar qué péptidos se unen de una forma distinta. También se producirá el fenómeno de inducen fitting, una reordenación conformacional del sitio de unión del antígeno cuando se una un péptido o otro péptido, hay una interacción entre los péptidos y el sitio de unión del antígeno de manera que no es una estructura fija y estable con una llave y una cerradura sino que hay una adaptación.

Acoplamiento de péptidos largos en las moléculas MHC de clase I

Hemos dicho que las moléculas de clase I unen péptidos cortos de un tamaño determinado, pero también pueden unir péptidos largos por el mismo mecanismo, los extremos N y C terminal están anclados y lo que ocurre es que el péptido sobresale, vemos el esquema, del sitio de unión del antígeno, la parte central ya no

idénticos pero esto ya depende de cómo se hayan seleccionado los linfocitos T. El proceso de selección no es perfecto, es como los linfocitos B, que dijimos que la selección no es blanco y negro sino que hay una graduación, pues en los linfocitos T también. No hay una eliminación de todo el repertorio de los linfocitos T que interaccionen con todos los posibles péptidos endógenos. Afortunadamente la mayoría sí ocurrirá, que no habría una respuesta frente a un epítopo que se parezca mucho a un péptido propio.

Complejo principal de histocompatibilidad humano

El MHC, vamos a ver un poco de genética, está codificado en una determinada región, en el cromosoma humano está en el 6 en el extremo telomérico del brazo corto y lo podemos dividir en tres regiones:

• Clase I
• Clase II
• Región central que denominamos, clase III. (No hay antígenos MHC de clase III, simplemente se denomina así).

Vemos que la región de clase I engloba los genes, los loci que codifica para los antígenos de clase I, el A, el B y el C. Y además, otros, que són los que hemos denominado de clase 1b (no clásicos), són proteínas que se parecen estructuralmente a las de clase I y están codificadas aquí.

También hay una región de clase II , que codifica para los distintos loci de clase II, que són DQ, DR y DP. Cada uno tendrá al menos dos genes, uno para la cadena α y otro para la cadena β (en clase I solo tenemos 1 para la cadena pesada, ya que la β-microglobulina está fuera). En el caso del DR puede haber varios loci para varias cadenas β y esto va a depender del MHC concreto del que estemos hablando, lo que denominamos haplotipo. Habrá dos para DQ, uno para la cadena α y otro para la cadena β, i igual para DP. Además, habrá otra serie de genes que lo veremos más adelante, que són DM y DO, que participan en la unión de péptidos y otros genes relacionados con la respuesta inmune, que són TAP y LMP que participan en la unión de péptidos de clase I.

En región central que se llama de clase III , donde insistimos que no hay antígenos de clase III, codifican a proteínas como C4B, C4A que són complemento. Algunos de los componentes del sistema del complemento están codificados en el MHC. También hay algunas proteínas relacionadas con la respuesta inmune como las HSP (Heat Shock Proteins) que són las proteínas del choque térmico o el TNF.

Genética del MHC: definiciones

Poligenia : Distintos genes de clase I y de clase II que van a codificar para distintas proteínas. Polimorfismo : Se expresan múltiples alelos para cada gen. Codominancia : Se expresaran de forma codominante en cada célula Fenotipo : Conjunto de alelos que se expresarán en un individuo determinado, en una célula determinada. Y que serán codominantes todos los alelos que están codificados en el MHC. Genotipo : Será la constitución genética del individuo se expresen o no se expresen. Haplotipo : Conjunto de alelos codificados en el mismo cromosoma, y que se heredan en bloque. Habrá dos partes, uno que viene del padre y otro de la madre. Hablaremos de haplotipos extendidos o cortos, según hablemos solamente de la región de clase I o de todo. En cualquier caso, són alelos heredados en bloque y su frecuencia no es al azar, la frecuencia de los haplotipos no se puede calcular simplemente sabiendo la frecuencia de cada alelo de lo compone, multiplicando, etc. en absoluto, están unos alelos van mayoritariamente siempre unidos a otros alelos, es el desequilibrio de ligamento. Hay haplotipos que són mucho más frecuentes que otros, y otros haplotipos que són mucho menos frecuentes o directamente no se encuentran, no existen. Por ejemplo, el haplotipo HLA-A1B8DR3DQ2 es muy prevalente en la población caucasoide y de hecho obviamente también varían con las distintas poblaciones, y no precisamente por efectos fundadores porque esto puede ser en poblaciones muy pequeñas, sino que se han ido seleccionando con el tiempo en función de la distinta ventaja evolutiva que tenga ante la presentación de antígenos prevalentes en el entorno.

Alogénico : es aquél alelo distinto al nuestro. Proveniente de un individuo distinto. Autólogo : Alelo propio del individuo. Cepas murinas : Las cepas de ratón són singénicas, tienen los m smos alelos en los dos loci, tienen el mismo haplotipo. También hay cepas congénitas que se derivan de ratón que lo que se hace es intentar introducir un alelo determinado en el haplotipo correspondiente y por lo tanto, solo se diferencian en un locus determinado.

Conservación organización MHC humano y murino

El MHC humano y de ratón está más o menos conservado, está muy conservado en los genes de clase I, clase II y incluso de clase III clásicos. En ratón es un poco distinto porque clase I está en los dos extremos del MHC, D y L están en el extremo telomérico y K en el centrómero pero el resto de la organización es más o menos similar. Sí que cambia en el los loci que són moléculas de clase 1B.

Estructura génica / proteica de los loci MHC:

Dentro de cada uno de estos loci, cada alelo, cada gen de MHC tiene una estructura que se corresponde con la estructura de la proteína, que está codificada por distintos exones de manera que cada exón codifica uno de los dominios estructurales que hemos visto. Hay un exón inicial para la secuencia señal, para dirigirlo obviamente al retículo y luego los exones α1, α2, α3, en el caso de clase II, α 1 α2 y β 1 β2, un exón para la región de transmembrana y luego un número variable para la región intracitoplásmica: 2 en el caso de clase I y en clase II puede ir unido a la región de transmembrana. Esto va a dar lugar a la proteína sin ningún otro proceso raro de recombinación.

Reguladores de la transcripción del MHC

Són importantes en la regulación de la expresión de las moléculas de clase I, y en las de clase II están reguladas, es decir, el nivel de expresión es variable en función de las condiciones. En clase I está expresado en todas las moléculas nucleadas como hemos dicho y en su expresión está regulada. Hay factores importantes a recordar como: AP-1 y NF-κβ. Sobretodo es capaz de responder a Interferones, tiene factores de respuesta a Interferones. Las moléculas de clase II también tienen factores que las regulan, como AP-1, y sobretodo el transactivador de clase II (CIITA) que este no está codificado por el MHC y viene regulado por el interferón, de manera que cuando tenemos una respuesta inmune, con producción de interferón por parte de las NK se va a producir el INF-γ y esto vaa producir una regulación de clase II en las células que constitutivamente lo expresan o incluso en aquellas que constitutivamente no lo expresan, como hemos dicho de las células presentadoras no profesionales. En general, en condiciones normales, el número de moléculas que se expresan por célula es entorno a los

100000. Estas 100000 moléculas pueden presentar una variedad de péptidos que se calcula que está por encima de los 10000 péptidos, que están presentando continuamente las moléculas de MHC.

Polimorfismo de los genes del MHC: ventajas

El polimorfismo es extraordinario. Estamos hablando de miles de alelos. En este esquema vemos que puede llegar a más de mil alelos de clase I por ... de manera que la mayoría de nosotros vamos a ser heterocigotos, no existe ningún individuo homocigoto y es lo que decíamos antes, esta enorme diversidad impide que un patógeno determinado pueda escaparse de la posibilidad de presentación antigénica. Se heredan de manera mendeliana, los distintos haplotipos y se puede dar lugar a haplotipos recombinantes. Por ejemplo, en este caso se puede recombinar un alelo de padre y otro de la madre y dar lugar a un haplotipo recombinante.

correspondiente, sino también frente a los péptidos que está presentando el HLA ya que el conjunto de péptidos que presente el HLA va a ser distinto del conjunto de péptidos que esté presentando el HLA propio autólogo del individuo, de manera que los linfocitos T serán específicos tanto del antígeno como de los péptidos provenientes de las células del individuo donante.

MHC y autoinmunidad

Cuando hablamos de la influencia de la respuesta en la respuesta frente a patógenos hemos mencionado como los distintos individuos són capaces de generar la respuesta específica más o menos relevante en función del MHC que tienen. Esto se ve también en la autoinmunidad, hay una asociación entre el MHC y autoinmunidad. En las enfermedades autoinmunes habrá alelos que están asociados con una predisposición, es decir, mucho más frecuente en individuos enfermos, y otros alelos que denominamos protectores y que no estarán presentes en los individuos enfermos. En el caso de la diabetes, tenemos el componente de la molécula de clase II, y vemos la frecuencia de individuos normales y también vemos la frecuencia de individuos enfermos de diabetes tipo I, vemos que la frecuencia del haplotipo DR3/4 es aproximadamente proporcional a multiplicar la frecuencia de individuos de DR3+ x los DR4+, (24 x 18 %, daría un 5% de frecuencia esperada) y la frecuencia real de DR3/4 es de un 3 %. En individuos enfermos, hay una sobrerepresentación del haplotipo DR3/4. El 40 % de los individuos tienen este haplotipo y el resto són DR3 o DR4. Hay diversos mecanismos que pueden explicar esta asociación, en otras enfermedades como la espondilitis anquilosante (Ankylosing spondylitis) la asociación con B27 casi es del 100%, un individuo que tenga espondilitis anquilosante y no sea B27 probablemente no tendrá la espondilitis sino otra parecida. Estas asociaciones del HLA se deben a diversos mecanismos:

• Diferencias en la presentación de antígenos propios, los individuos están presentando antígenos derivados de la insulina mucho más eficientemente que otros individuos de otros haplotipos frente a los que no se genera la respuesta
• Diferencias en el repertorio de células T, hemos dicho que las células T se tienen que educar, ya veremos como. Los alelos determinados pueden generar un repertorio de células T que ante una infección determinada pueden reconocer, croreaccionar con antígenos propios.
• Mimetismo molecular. Determinados alelos pueden presentar péptidos propios que sean semejantes en su conformación al péptido de un antígeno determinado. Cuando se produzca una infección se puede dar respuesta autoinmune.
• (^) El desequilibrio de ligamento con genes que no sean MHC propiamente, o genes HLA, como por ejemplo, con genes del complemento.

Un factor importante a considerar es que el genotipo no va a determinar la enfermedad, es solamente un componente de la predisposición a la enfermedad, se puede calcular que el MHC contribuye como máximo en un 25 % de la enfermedad, el resto són factores genéticos, factores ambientales, el repertorio propio de células T o B.

Podemos pensar por qué no se han eliminado estos alelos, sería fácil, a lo largo de la evolución se podrían haber eliminado. Probablemente porque ocurren en enfermedades normalmente más tardías y no afectan tanto a la posibilidad de reproducción y también porque pueden ser alelos beneficiarios a la respuesta frente a patógenos que es la que realmente está produciendo la evolución del sistema inmune.

Genes de clase I no clásicos o clase 1b

Para acabar, mencionar algunas de las moléculas no clásicas. Són el HLAE, que es fundamental en el reconocimiento por células NK. Las células NK reconocen HLAE que está presentando una secuencia señal de las moléculas HLA. Es decir, es un sensor de que la biosíntesi de las moléculas de clase I se produce de forma correcta. Por ejemplo, que no haya virus que interfieren en la producción de moléculas de HLA y esto es detectado por las células NK que a través del alelo HLAE que

presenta péptidos de la secuencia señal y CD1. CD1 es un conjunto de moléculas no codificadas en el MHC y en lugar de presentar péptidos, presentan glicolípidos.

Es el tercer tipo de moléculas presentadoras de antígeno, no presentan péptidos sino que presentan glicolípidos y lo hacen a linfocitos T especiales como las células NKT que són capaces de regular la respuesta inmune.

Otros aspectos del MHC

Sabemos de su vinculación con la respuesta innata a través de la interacción con las NK. También inicialmente su origen primario era el mantenimiento de la individualidad y la diversidad de las especies. Por ejemplo, esponjas marinas rechazan la colonización de otras esponjas que las identifican como distintas a partir de no MHC pero sí de genes precursores del MHC y ligados al MHC. También participan en distintas preferencias sexuales, se ha visto en ratones, existen receptores vomeronasales que identifican individuos distintos en función de componentes del olor que están vinculados al MHC. Los ratones són capaces de identificar ratones que tengan MHC distintos, y esto es para elegir relacionarse con ratones que tengan un MHC distinto y favorecer la heterocigosidad. De hecho, por ejemplo, los abortos són más frecuentes en individuos compatibles, para intentar seleccionar la mayor diversidad de la especie. Los trasplantes ya los hemos mencionado, obviamente el rechazo de los trasplantes correlaciona directamente con la disparidad de los alelos aunque también depende de los órganos. También la asociación a la enfermedad, que són marcadores pronósticos y diagnósticos. También sirven para estudios antropológicos e históricos, para seguir la diversificación de las especies, por ejemplo la colonización de América por los indios, probablemente de Asia, y se puede seguir todo el patrón del paso por el estrecho y ver como se han ido diversificando los distintos alelos y seguir las distintas tribus orígenes. En medicina forense, para pruebas de paternidad.

13-04-

2 rutas de procesamiento antigénico: clase I y II

Vamos a ver como se generan los péptidos que van a ser presentados por las moléculas del MHC que serán finalmente reconocidos por los linfocitos T. El repertorio de péptidos que van a ser presentados continuamente para que las células T monitoricen el estado celular y el estado del organismo.

Hemos dicho que hay dos tipos de moléculas de clase I y de II y estos dos tipos van a unir péptidos provenientes y generados de dos maneras diferentes: Las de clase I van a presentar y unir a los linfocitos T péptidos provenientes del procesamiento de proteínas endógenas y van a ser procesadas en el citosol. Las moléculas del MHC se sintetizarán en los ribosomas, entrarán en el retículo endoplásmico y aquí van a unir péptidos y esta unión de péptidos es cosustancial para la síntesi de la proteína, si no unen péptidos adecuados estas proteínas no van a proseguir el proceso de biosíntesi y no van a ser transportadas a la superficie celular, necesitan el concurso de estos péptidos para ser exportadas a través del Golgi y llegar a la superficie celular. Estos péptidos van a provenir del procesamiento en el citosol. En cambio, las moléculas de clase II que obviamente también entran en el retículo, se van a dirigir a compartimentos endosomales y es aquí donde van a unir péptidos y són péptidos que no provienen del procesamiento en el citosol sino que provienen de proteínas que han sido internalizadas, proteínas externas que están en el exterior de la célula y són internalizadas por la ruta endocítica, van a llegar a estos compartimentos vesicular, endocíticos, finalmente en lisosomas y ahí es donde se van a unir a las moléculas de clase II para salir a la superficie celular en forma de trímero que será el que interaccione con los linfocitos T. Los péptidos que se van a unir a las moléculas clase I vendrán de proteínas sintetizadas en el interior de la célula, proteínas que són endógenas y són procesadas por la maquinaria que es el proteasoma y són los que

La maquinaria de procesamiento es el proteasoma, que es un anillo cilíndrico, un cilindro formado por 4 cilindros y existen 7 subunidades distintas, 3 són catalíticas y que són las centrales y que tienen distintas actividades proteolíticas: tríptica, quimiotríptica y tipo caspasa. De tal forma que forman una especie de túnel o oquedad, que es un cilindro hueco, y las proteínas entran en este centro catalítico y són procesadas, són proteolizadas. Las proteínas que llegan aquí són proteínas ya viejas o malplegadas que han sido ubiquitinizadas por un conjunto de ligasas y ubiquitinasas como la E1, E2 y E3 y este conjunto de proteínas van a formar el sustrato del proteasoma, que es un proteasoma que además de la parte central tiene las subunidades reguladoras, el complejo 19S, de manera que van a formar el 26S que va a ser el que va a procesar las proteínas viejas y malplegadas, las proteínas que ya no sirven para la célula.

2 Tipos de proteasomas: el inmunoproteasoma

Vemos el proteasoma normal pero también existe un inmunoproteasoma, en las células del SI existe una variedad de proteasoma donde se sustituyen las subunidades catalíticas, las subunidades β. Se sustituyen por el LMP-2, LMP7 y MECL1. Ya vimos que estas dos, el LMP-2 y LMP7, están codificadas en el MHC en la región de clase II, y también se va a producir una sustitución de la subunidad reguladora de manera que se va a unir otro complejo, el PA28αβ y estas subunidades están reguladas por el interferón F 06 7 de manera que se van a producir células cuando haya una reacción immune, cuando haya producción de interferón F 06 7 y también en células del epitelio tímico. El inmunoproteasoma que convive con el proteasoma normal, en células del SI tendremos el proteasoma normal (19S) y el inmunoproteasoma donde se han sustituido la mayor parte de las subunidades catalíticas y lo hará en distintas proporciones en función de la activación, en función de la cantidad de interferón F 06 7. Lo que van a hacer es dos cosas:

• Ampliar el repertorio de péptidos disponibles para las moléculas de clase I
• Optimizar los péptidos que está produciendo el proteasoma normalmente para que sean adecuados para la unión a las moléculas de clase I

Ya vimos que las moléculas de clase I unen péptidos con una característica general:

El tamaño es delimitado, sabemos que la capacidad preteolítica del proteasoma es muy elevada y puede llegar a destruir, lo que hace el inmunoproteasoma es intentar generar péptidos de un tamaño adecuado para ser unidos por la molécula de clase I, péptidos de 8 a 9 aa, es decir, disminuye la procesividad del proteasoma normal.

Class I- proteasome processing

Lo que ocurre normalmente es que el proteasoma va a degradar proteínas y la mayoría van a llegar a un tamaño de péptidos que no són válidos para la molécula de clase I, són péptidos pequeños de menos de 7 aa, y esto va a ser un 65 % de los péptidos y dará lugar a los aa que utiliza la célula para biosíntesi. Un 25 % serán péptidos muy largos que tampoco són válidos. Un porcentaje pequeño entorno al 10 % tendrá el tamaño adecuado para unirse a las moléculas de clase I, de 8 –9 – 10 aa. De ellos, el 1 % serán péptidos que pueden ser unidos por las moléculas I y que serán eficientemente trasportados dentro del retículo por TAC (TAC requiere un tamaño mínimo y requiere una longitud óptima de 12 aa, un poco más largo de lo que requieren las moléculas de clase I. No es muy específico pero si que requiere un tamaño mínimo, el óptimo está en los 12 aa) y que van a ser unidos por las moléculas de clase I. El SI también puede reutilizar estos péptidos más largos y lo hace usando aminopeptidasas residentes en el retículo endoplásmico, que són capaces de recortar los péptidos más largos provenientes del proteasoma al tamaño adecuado para la unión a las moléculas de clase I. También existen otras actividades peptídicas o proteolíticas en el citosol, como pueden ser aminopeptidasas, TOP, etc., que són muy minoritarias pero que pueden proveer de péptidos. En general, cualquier actividad proteolítica que genere péptidos en el citosol puede proveer de para su utilización por el sistema. De manera que entran en el retículo y són optimizados por las aminopeptidasas, y por lo tanto

el proteasoma va a determinar el extremo C-terminal de los péptidos unidos a las moléculas de clase I porque en el retículo no hay afinidades carboxílicas.

Economía y eficiencia del procesamiento antigénico

Cuántos péptidos distintos va a unir / presentar más o menos una molécula de clase I? Podemos estimar de unos 2000 – 10000 péptidos distintos, probablemente más cerca de los 10000, cuando tenemos unas 100000 que se están expresando continuamente en la superficie celular. El número de péptidos o de complejos necesarios para la activación de una célula T oscila entre un único complejo, un único péptido de clase I para células T muy específicas hasta 100. El número de proteínas que necesitamos para generar un péptido adecuado que finalmente va a ser presentado en la superficie celular oscila entre 300 – 4000 proteínas. El procesamiento es al azar, está generando péptidos con una cierta especificidad dependiendo de las actividades proteolíticas de las distintas subunidades del proteasoma, pero es esencialmente al azar, solamente existe la optimización del inmunoproteasoma para intentar conseguir péptidos de tamaño adecuado, por lo tanto la mayoría de los péptidos que se generen en el procesamiento normal no van a ser utilizados. Necesitamos entre 300 y 4000 proteínas para generar un péptido. El número de epítopos o de péptidos que se pueden generar a partir de una proteína, a partir de un antígeno para su utilización de las moléculas de clase I oscila entre 1 y 5 y esto vendrá determinado por la actividad proteolítica y por los motivos, por la especificidad de unión de cada alelo.

Economía y eficiencia del procesamiento antigénico

Hay otra fuente muy importante, hay una división importante en los immunólogos sobre la relevancia de esta fuente. Es una fuente importante de péptidos para las moléculas de clase I y són los DriP, que són productos ribosomales defectuosos. Se ha calculado que aproximadamente el 30 % de las proteínas que se sintetizan són erróneas, de manera que tienen una vida media muy corta, de minutos, frente a la vida media de una proteína estable, bien sintetizada que puede ser de días, o semanas. Estas proteínas són inmediatamente degradadas en el proteasoma y da lugar a péptidos, se ha calculado que es entorno del 30 %. La ventaja de que existe un alto número de proteínas mal sintetizadas, es decir, si solo se procesasen las proteínas de vida media larga, es decir, cuando llegan a la parte final de su ciclo vital lo que ocurre en la Respuesta Inmune como por ejemplo en la respuesta frente a un virus, lo que ocurre es que sería muy lento y al virus le daría tiempo de destruir la celula antes que llegasen los linfocitos TCD8 y por lo tanto, este mecanismo, este error es aprovechado por el SI para dar una señal muy rápida de que algo está ocurriendo, de que ha habido infección viral y en el momento de que empiecen a producirse proteínas virales el SI ya está recortándolo, las moléculas de clase I ya lo enseñan a los linfocitos T y lo pueden detectar y generar una respuesta frente a la célula infectada.

Class I loading machinery

La maquinaria de carga de péptidos a las moléculas de clase I es la que vemos en la diapositiva, donde se configura un complejo entorno al transportador TAP que es un heterodímero formado por dos unidades y que consta de 7 regiones transmembranales que són las que van a transportar los péptidos al interior celular mediados por el consumo de energía (ATP) y entorno de este complejo y mediado por la Tapasina se forma todo este complejo que vemos que es el que va a regular la carga de péptidos a la molécula de clase I, la molécula de clase I, la calreticulina y este conjunto de tiolreductasa (ERp57), que van a regular la optimización de la carga de péptidos a través de la formación de puentes disulfuro que estabilizarán a la molécula de clase I. El puente disulfuro que ya comentamos que está formado en el dominio F 06 12. De manera que del conjunto de péptidos que entran, la Tapasina va a hacer una labor de edición, de selección de los péptidos adecuados y lo va a hacer simplemente detectando la estabilidad del complejo de clase I-péptido y detectando que adquiere una conformación adecuada y estable. En el momento que adquiere esta conformación, la Tapasina y el

transportado a la superficie celular pero tiene una vida media corta y lo que hace el SI es intercambiar este péptido CLIP por los péptidos provenientes del procesamiento de las proteínas endocitadas, que estas proteínas endocitadas són procesadas por catepsinas y generan un repertorio de péptidos y aquí se produce el intercambio con CLIP hasta encontrar unos péptidos que igual que en las moléculas de clase I, provean la estabilidad al complejo, sean los péptidos adecuados para unirse establemente y específicamente a los alelos de clase II y esto lo van a monitorizar los componentes DM y DO, que són dos moléculas que están codificadas en el MHC y són semejantes a las moléculas de clase II y lo que hacen es monitorizar el intercambio de péptidos. DM favorece el intercambio, hace algo parecido a la Tapasina ya que promueve una conformación abierta de las moléculas de clase II y el intercambio de péptidos. DO hace lo contrario, inhibe la actividad DM. Este mecanismo y esta molécula invariante existe porque la molécula invariante tiene dos funciones:

• Transportar a los compartimentos endocíticos las moléculas de clase II
• Proteger a la moléculas de clase II de la unión de péptidos en el retículo y impide que las moléculas de clase II unan péptidos en el retículo que estarían ahí provenientes del proteasoma y por lo tanto no adquirirá la estabilidad suficiente para poder ser transportada al exterior celular. Protege, por lo tanto, de la unión de péptidos provenientes de compartimentos que no són los adecuados, de manera que asegura que los péptidos que van a unir las moléculas de clase II están generados en la vía endocítica, provienen del exterior. Una vez está formado el complejo estable es transportado a la membrana para ser detectado por los linfocitos TCD4.

El tipo de compartimentos donde se va a dar esta unión es en toda la vía endocítica, pero existen unos compartimentos más específicos que se detectan en las células presentadoras de antígenos que tienen dos tipos de morfología:

• Multilaminar: Muchas capas envueltas como una cebolla
• Multivesicular: Muchas vesículas dentro del propio compartimento vesicular.

Esto depende del tipo celular y están formados por la presencia de la cadena invariante.

También podemos ver que hay un transporte directo del trímero a la superficie celular pero es internalizado por la cadena invariante y llega a los compartimentos endosomales para la unión de péptidos, de manera que podemos encontrar en la superficie trímeros de clase II con la cadena invariante intactos pero són internalizados inmediatamente y llegan a los endosomas.

Control de calidad en la vía de clase II: chaperonas

Por lo tanto, dos moléculas van a estar controlando y editando el conjunto de péptidos que se están uniendo a las de moléculas de clase II, y són HLA-DM, HLA-DO (o H2-M o H2-O).

• DM: Són estructuralmente similares a las moléculas de clase II, con una cadena α y una β pero no són polimórficas. El DM está inducido por el interferón F 06 7, hay un nivel basal constitutivo pero luego se induce por el interferón F 06 7, para favorecer la presentación antigénica y lo que hace es catalizar el intercambio de péptidos y así permite encontrar el péptido adecuado que da la estabilidad necesaria.
• DO: impide la acción de DM. Esto se necesita para favorecer que las de moléculas de clase II lleguen a compartimentos más tardíos de la vía endocítica, a los lisosomas y a los cuerpos multivesiculares, y así puede unir péptidos que se producen en todos los compartimentos endocíticos, péptidos que se producen al principio de la desnaturalización de las proteínas y péptidos que se producen al final, ya que si no la mayoría de los péptidos que unirían las moléculas de clase II serían péptidos expuestos de las proteínas, los primeros en formar-se. Pero si esas proteínas llegan a compartimentos más ácidos, más proteolíticos, más degradativos, se generarán péptidos del interior de las proteínas que necesitan una mayor desnaturalización y esto es lo que promueve DO.

Procesamiento de antígenos extracelulares en la vía de clase II

También vemos el esquema lúdico.

Phagolysosome

El procesamiento en los fagolisosomas tiene una especial relevancia. Los fagolisosomas són las estructuras que se forman cuando se internaliza un patógeno. Estos fagosomas se fusionan con los lisosomas para proceder a su destrucción, al proecesamiento proteolítico y a la destrucción del patógeno, de hecho muchos patógenos, por ejemplo, bacterias, su vía de escape y de supervivencia es precisamente inhibir esta fusión con los lisosomas, la acidificación de los fagosomas, de manera que proveen un entorno adecuado para la supervivencia de la bacteria. Esta maduración y fusión, y acidificación de los fagolisosomas está medida por algunas de las moléculas que hemos visto en la respuesta innata, los TLR, y en general receptores de PAMPs, que van a activar la maduración de los fagosomas, van a activar el proceso de fusión con los lisosomas para producir por una parte la degradación del antígeno, la destrucción del patógeno y por la otra parte la producción de péptidos para la unión de las moléculas de clase II, es decir, el procesamiento.

Cómo conseguir respuesta Th o CTL?

Así por lo tanto, lo que tendríamos si a unas células las añadimos un antígeno, como por ejemplo, ovoalbúminas, es decir, le añadimos un antígeno extracelular y será endocitado y será procesado por la vía de clase II y será presentado a los linfocitos TCD4 pero no será capaz de ser presentado por las moléculas de clase I. Si lo que hacemos es introducir este antígeno a través de un vector de DNA lo que ocurrirá es que se producirá la síntesis dentro de las células y esto será una fuente de antígenos, de epítetos, de péptidos para las moléculas de clase I y la presentación a los linfocitos T. lo que ocurre si la proteína la introducimos en el interior del citosol por ejemplo con un choque osmótico, la célula no sabe de donde viene, simplemente se encuentra con la maquinaria de destrucción del citosol, con el proteasoma, y la degrada y produce péptidos para la vía de clase I.

Cros-presentation: soluble Ag delivered to class I pathway.

Esto es en general, y tenemos las excepciones. Excepciones fundamentales en la respuesta inmune y es que antígenos endocitados pueden llegar a la vía de clase I, y pueden llegar a través de distintas rutas, por ejemplo, retrotranslocación al retículo endoplásmico, transferencia de proteínas desde los endosomas al citosol, y por lo tanto, accesibilidad al proteasoma, el encuentro entre proteínas endocitadas y endosomas de reciclaje ya que los endosomas están continuamente reciclando en la superficie celular y se pueden encontrar moléculas de clase I y proteínas endocitadas y se puede producir el intercambio de péptidos, el procesamiento de las proteínas endocitadas y el intercambio del péptido que estaba originalmente uniendo la molécula de clase I. Y también en los fagosomas, se ha visto que en los fagosomas, la maquinaria del retículo, la maquinaria del complejo de carga llega a los fagosomas, entre otras cosas, porque los fagosomas también producen por vesículas de golgi y por lo tanto también se pueden producir péptidos para las moléculas de clase I y esto tiene una consecuencia importante que es la crospresentación, la crospresentación que es la capacidad de presentar péptidos provenientes del exterior por las moléculas de clase I y esto es fundamental para el inicio de la respuesta inmune porque los iniciadores de la respuesta inmune hemos dicho que van a ser las células dendríticas, estamos hablando de la respuesta inmune celular, y si una célula dendrítica es infectada por un virus no podría comenzar la respuesta inmune y la capacidad de crospresentación que se da mayoritariamente en las células dendríticas permite que estas células capten residuos o capten proteínas extracelulares y residuos de la destrucción celular, de células que han sido destruidas por un virus o por un tumor. Las partes de la célula són capturadas por las células dendríticas y entran en esta vía, vienen del exterior pero pueden acceder a la vía de clase I, ser presentadas por las moléculas de clase I y activar linfocitos T helper.

Conexión vías clase I y clase II: Autofagia: presentación por clase II de proteínas citosólicas