Corso di Immunologia e Immunopatologia - II anno Lezione 19/03/2012. marco.cippitelli@uniroma1.it cippiskype

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2 Corso di Immunologia e Immunopatologia - II anno Lezione 19/03/2012 marco.cippitelli@uniroma1.it cippiskype HLA MHC: struttura e funzioni. Il materiale presente in questo documento viene distribuito esclusivamente ad uso interno e per scopi didattici.

3 LE MOLECOLE CHE LEGANO L ANTIGENE: L MHC

4 LE MOLECOLE CHE LEGANO L ANTIGENE

5 Un pochino di storia. COMPLESSO MAGGIORE DI ISTOCOMPATIBILITA 1930 Gorer: scopre l Antigene II, responsabile del rigettto dei trapianti nei topi Snell: scopre i geni H-2 (MHC) utilizzando topi inbred.

6 THE CONCEPT OF HISTOCOMPATIBILITY Gorer Snell (premio Nobel 1980) Donor Syngeneic recipient Allogeneic recipient

7 La scoperta dell istocompatibilità, del sistema MHC e della presentazione dell antigene. Qds

8 Il sistema MHC e presentazione dell Antigene.

9 Ogni linfocita T riconosce un peptide associato con una singola molecola self MHC.

10 Il modello di Zinkernagel-Doherty I linfociti T citotossici riconoscono sia l antigene virale sia l MHC di classe I Virus peptide Mouse MHC class I on target cells H-2K k H-2K d Host type Different type

11 L ESPERIMENTO DI DOHERTY E ZINKERNAGEL: (A) (A) (A) (B)

12 PREMIO NOBEL 1996

13 «THE MAJOR HISTOCOMPATIBILITY COMPLEX (MHC) The most important region in the vertebrate genoma with respect to infection and autoimmunity»

14 GENE MAP OF HUMAN MHC Mb 421 Loci 60% espressi

15 Organizzazione generale del sistema MHC nel topo e nell uomo.

16 IL COMPLESSO MHC DELL UOMO

17 IL COMPLESSO MHC DELL UOMO

18 IL COMPLESSO MHC DELL UOMO:HLA

19 IL complesso MHC dell uomo è l HLA e mappa sul braccio corto del cromosoma 6 Nell HLA sono espresse molecole che codificano per: MHC di classe I II III classiche e non-classiche IA: HLA-A IB: HLA-E HLA-DP C2 HLA-B HLA-F HLA-DQ C4 HLA-C HLA-G HLA-DR Factor B etc. TNF, LT MHC I-relate IC MICA, MICB, ULBPs geni presenti sul cromosoma 6 ID la famiglia del CD1 geni presenti sul cromosoma 1

20 Espressione delle proteine MHC.

21 Nomenclatura utilizzata per l MHC.

22 Nomenclatura utilizzata per l MHC: aplotipi

23 Modalità di trasmissione dei geni MHC.

24 L eterozigosi incrementa il numero delle diverse proteine MHC sulla superficie cellulare (Codominanza).

25 I geni MHC coinvolti nella risposta immunitaria sono principalmente di Classe I e di Classe II.

26 Classe IA, IB, IC e ID Sulle membrane delle cellule sono espresse numerosissime molecole HLA di classe I Sono codificate da numerosi geni (loci) contenuti nel complesso HLA (classe IA e IB) o da geni localizzati alla periferia dell HLA (classe IC) o sparsi nel genoma (classe ID) Pur essendo molto simili, ogni gene codifica una proteina un po diversa.

27 Molecole MHC, classe IA: Sono codificate da tre loci genici localizzati dentro l'hla, i loci A, B, e C B C A Questi 3 loci sono altamente polimorfici

28 Molecole MHC, classe IA: Sono espresse da tutte le cellule nucleate ma sono poco espresse dalle cellule del tessuto nervoso, delle ghiandole endocrine, dei muscoli e dagli spermatozoi L'espressione di queste molecole e' regolata da fattori tissutali e da citochine: IFN- /b IFN-g TNF- TNF-b

29 Molecole MHC, classe IB: HLA-E, -G, -F : limitata variabilità allelica B C E A G F HLA-E: 6 alleli, scarsamente espressi; espressi sul trofoblasto e riconosciuti dalle cellule NK T e dalle cellule NK. HLA-F: monomorfica, espressa dai linfociti B; nella tasca presenta Ag oligosaccaridici HLA-G: 14 alleli, espressi sul trofoblasto fetale e sulla placenta: Interfaccia madre-feto, limitato repertorio di peptidi. Interagiscono con le cellule NK.

30 IL COMPLESSO MHC DELL UOMO: HLA Molecole MHC, classe IC:

31 Molecole MHC, classe IC: Sono codificate da geni vicini al HLA e segnalano lo STRESS della cellula! MIC-A > MIC-B, polimorfici espresse dalle cellule stressate, alterate, infette da batteri o virus, tumorali, riconosciute dalle cellule NK e dai linfociti T CD8 ULBPs (1-6) espressi da cellule trasformate ed infettate e riconosciuti dalle cellule NK e dai linfociti T CD8

32 Molecole MHC, classe ID: CD1: CD1A, CD1B, CD1C, CD1D e CD1E: associano nella tasca Ag glicolipidici e li presentano ai linfociti T Presentano lipidi e lipopeptidi tipici del micobatterio della tubercolosi Le cellule dendritiche ed i macrofagi presentano i lipidi legati al CD1 ai linfociti T

33 I GENI CD1 NELL UOMO

34 HLA classe II... B C E A G F DP DO DM DQ DR

35 HLA classe ll... B C E A G F DPA1 DPB DPA2 DMA DMB DQB DQA DRA DRB1 DRB3 DOA DOB l l

36 NOMI DEI GENI HLA CLASSE II Nome HLA-DQA HLA-DQB HLA-DOA HLA-DOB HLA-DMA HLA-DMB HLA-DPA HLA-DPB HLA-DRA HLA-DRB1 HLA-DRB3 Caratteristiche molecolari -catena DQ b-catena DQ -catena DO b-catena DO -catena DM b-catena DM -catena DP b-catena DP -catena DR b -catena DR b -catena DR

37 La Nomenclatura e cio' che indica HLA la regione HLA ed il prefisso di un gene HLA HLA-DRB1 un particolare locus HLA, l'esempio è il DRB1 che codifica una delle catene b di DR HLA-DRB1*13 uno specifico allele, il 13, del gene della catena b di DR

38 Struttura molecolare delle molecole MHC di classe I e di classe II. Domini distali di membrana Domini prossimali di membrana (struttura Ig- like ) Segmento trans-membrana Coda citoplasmatica 38

39 Struttura molecolare delle molecole MHC di classe I. 39

40 Struttura molecolare delle molecole MHC di classe II. 40

41 Interazione delle molecole MHC con il peptide antigenico, con il TCR e con i co-recettori CD4 e CD8. 41

42 Tasche molecolari del peptide. L MHC class I accommoda L MHC class II accommoda peptidi di 8-10 aminoacidi peptidi > 13 aminoacidi 42

43 Struttura molecolare delle molecole MHC: epitopi ed agretopi dei peptidi. 43

44 I peptidi si legano all MHC attraverso i siti ancora. 44

45 I peptidi si legano all MHC attraverso i siti ancora. 45

46 I peptidi si legano all MHC attraverso i siti ancora. 46

47 I geni MHC di classe I.

48 I geni MHC di classe II.

49 Il polimorfismo delle proteine MHC è concentrato in regioni della molecola che interagiscono con il peptide antigenico. 49

50 HLA Class Loci HLA- (geni) Tipizzati di routine? Classe I HLA-A SI Classe I HLA-B SI Classe I HLA-C SI Classe I HLA-E-F-G-H-J-K-L Classe II HLA-DRA Classe II HLA-DRB1 SI Classe II HLA-DRB2 Classe II HLA-DRB3 SI Classe II HLA-DQA non routine Classe II HLA-DQB1 SI Classe II HLA-DOB - DMA - DMB Classe II HLA-DPA Classe II HLA-DPB non routine

51 La reazione mista linfocitaria.

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53 I GENI MHC SONO EREDITATI SECONDO LE LEGGI DI MENDEL

54 LA DIVERSITA DEI GENI MHC

55 HLA DI CLASSE I: Sono presenti su tutte le cellule nucleate. HLA DI CLASSE II: Sono presenti solo su alcune cellule particolari o solo in alcuni leucociti "attivati" Espressione costitutiva: C dendritiche (+/- alta, vari livelli). C. di Langherans C. epiteliali timiche Linfociti B Espressione inducibile: (es. Interferon) C. endoteliali C. epiteliali Macrofagi Eosinofili, neutrofili Fibroblasti Melanoma...

56 LA DISTRIBUZIONE TISSUTALE DELLE MOLECOLE MHC I e MHC II

57 CIITA: Class II transactivator CIITA controlla che le molecole HLA di classe II siano espresse solo da alcuni tessuti Espressione: regolazione genica. L esempio dell MHC di classe II. ATTIVAZIONE TESSUTO-SPECIFICA CII TA CII TA X X2 Y CPT MHC II MHC II + PEPTIDE CIITA: Class II transactivator MHC Controllo II + PEPTIDE tessuto specifico (Class II transcription activator)

58 Controllo dell espressione mediato dall'ifn-gamma. L IFN-g interagendo col recettore, aumenta l espressione delle molecole MHC di classe II ATTIVAZIONE TESSUTO-SPECIFICA STAT1 JAK2 IFNg R IRF1 CII TA CII TA X X2 Y CPT MHC II MHC II + PEPTIDE

59 CARATTERISTICHE DEI GENI E DELLE MOLECOLE MHC Espressione codominante Polimorfismo allelico Distribuzione tissutale diversa delle molecole di classe I e II

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61 L'HLA è un sistema poligenico e polimorfico di geni codominanti Come mantenere il polimorfismo? Il caso dei topi nel labirinto Il caso delle ragazze svizzere

62 ? + + Il caso delle ragazze svizzere

63 Proc. R. Soc Lond B 1997

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65 THE FUNCTIONAL SIGNIFICANCE OF MATING PREFERENCE - produce MHC-heterozygous offspring - create a moving target against rapidly evolving pathogens - avoid inbreeding PRODUCTION OF AN OFFSPRING WITH REDUCED LEVELS OF INFECTIONS OR GENETIC DISEASE

66 THE CHEMOSENSORY SYSTEM Vomeronasal Organ

67 M10s might function as molecular chaperones to V2R receptors or more generally as modulators of neuronal function

68 THE VR2 OLFACTORY RECEPTOR

69 MHC HOMOLOGS IN THE NERVOUS SYSTEM Chemosensory signal MHC I M10s might function as molecular chaperones to V2R receptors or more generally as modulators of neuronal function Olson R et al 2006

70 OLFACTORY RECOGNITION OF MHC GENOTYPE VIA MHC-PRESENTED PEPTIDES Slev PR et al, 2006