Alcune molecole presenti sulla membrana delle cellule di ciascuno di noi, sono un po differenti tra una persona e l altra. Queste molecole vengono

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1 Alcune molecole presenti sulla membrana delle cellule di ciascuno di noi, sono un po differenti tra una persona e l altra. Queste molecole vengono dette antigeni di istocompatibilità. Il sistema immunitario si accorge se c è una molecola diversa da quelle proprie e elimina la cellula che la esprime sulla membrana. 1

2 Le molecole HLA (human leukocyte antigens) sono glicoproteine presenti sulla superficie delle cellule che rendono ogni individuo diverso dall altro. Le molecole HLA sono responsabili del rigetto dei trapianti. Infatti, venute a contatto con il sistema immunitario di un individuo diverso, suscitano una forte risposta immunitaria. Se un tessuto trapiantato non ha le molecole HLA uguali a quelle del ricevente (HLA-incompatibile), il trapianto viene distrutto dalla reattività immunitaria (rigetto). Per questo motivo, prima di eseguire un trapianto è necessario accertare che il donatore e il ricevente abbiano alcune se non tutte le molecole HLA uguali L analisi della molecole di istocompatibilità di una persona viene detta tipizzazione tissutale. 2

3 Le molecole HLA-I sono espresse sulla superficie di tutte le cellule nucleate. Le molecole HLA-II sono invece espresse solo sulla membrana di alcune cellule del sistema immunitario (cellule dendritiche, linfociti B ecc). Le molecole HLA-III sono molecole che hanno varie funzioni o che vengono secrete dalle cellule. 3

4 Le molecole HLA-I sono costituite da due glicoproteine: la catena alfa e la beta-2-microglobulina. La catena alfa delle molecole HLA-I è costituita da tre regioni (domini) extracellulari chiamate regione alfa 1, alfa 2 e alfa 3, da una regione transmembrana, che le permette di rimanere ancorata alla superficie cellulare, e da una corta regione intracitoplasmatica. La catena alfa si associa ad un altra proteina più corta chiamata beta-2 microglobulina. A differenza della catena alfa che è differente per ciascun individuo (catena polimorfica), la beta-2 microglobulina è una proteina identica tra tutti gli individui di una stessa specie. 4

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6 Tra le due regioni alfa 1 e alfa 2 della catena HLA-I si viene a formare una tasca in cui sono alloggiati peptidi (frammenti di proteina) della lunghezza di 8-11 aminoacidi. La parte più esterna della tasca è quella responsabile del contatto con il recettore dei linfociti T, mentre la parte più interna è quella in cui si formano i legami con il peptide. La variabilità dei domini alfa 1 e alfa 2 è fondamentale per permettere l alloggiamento di un alto numero di peptidi diversi e per l interazione con il recettore dei linfociti T. La regione alfa 3 non è polimorfica cioè non varia tra le molecole HLA-I. In questa regione si lega la molecola CD8 presente su alcuni linfociti T. 6

7 Le molecole HLA-II sono simili alle molecole HLA-I, nonostante presentino alcune differenze strutturali. Esse sono costituite da due catene proteiche, chiamate alfa e beta. Entrambe le catene hanno due regioni extracellulari, una regione transmembrana che le ancora alla cellula e una corta regione intracitoplasmatica. 7

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9 Tra le regioni alfa 1 e beta 1 delle due catene delle molecole HLA-II si viene a formare una tasca che alloggia peptidi della lunghezza di amminoacidi. La regione beta 2 non è polimorfica, cioè non varia tra le molecole HLA-II. Questa regione costituisce il sito di legame della molecola CD 4 presente su alcuni linfociti T. 9

10 A differenza delle molecole HLA-I, espresse da tutte le cellule nucleate, le molecole HLA di classe II sono naturalmente presenti (espressione costitutiva) solo su particolari cellule del sistema immunitario. In altre cellule, l espressione di molecole HLA-II è scarsa in condizioni fisiologiche, ma viene indotta dal legame della cellula con citochine differenti. Tra queste, l IFN-gamma ha un ruolo importante nell indurre l espressione delle molecole HLA-II (espressione inducibile) sulla membrana di alcune cellule particolari. 10

11 I geni delle molecole HLA-I, HLA-II e HLA-III sono vicini e formano un insieme (complesso) di geni detto locus HLA situato sul braccio corto (p) del cromosoma 6. Tutti questi geni sono altamente polimorfici, cioè nella popolazione umana ci sono molti geni un po diversi l uno dall altro (alleli). Il numero di questi alleli (polimorfismo) presenti nella popolazione umana è così elevato che non ci sono due persone con le stesse molecole HLA, tranne i gemelli mono-ovulari. 11

12 Ogni persona, avendo due copie del cromosoma 6, ha due alleli, quello ereditato dal padre e quello ereditato dalla madre. Spesso questi due allei sono diversi, così ogni persona ha due antigeni HLA-IA, HLA-IB ed HLA- IC. 12

13 Allo stesso modo, ogni persona, avendo due copie del cromosoma 6, ha gli allei HLA-II ereditati dal padre e quelli ereditati dalla madre. Spesso questi alleli sono diversi, così ogni persona ha due antigeni HLA-DP, HLA- DQ ed HLA-DR. 13

14 Ciascuna cellula nucleata del nostro organismo è ricoperta da numerosissime molecole HLA-I, le quali contengono nelle loro tasche peptidi diversi derivati dalla frammentazione di proteine intracellulari. 14

15 Ogni persona ha tre diversi geni HLA-I: HLA-IA, HLA-IB e HLA-IC. Poiché abbiamo due cromosomi 6 (uno ereditato dalla madre e uno dal padre), e i geni HLA sono codominanti, cioè vengono espressi sia l allele ereditato dal padre che quello ereditato dalla madre, noi tutti possediamo un totale di 6 geni HLA-I. Nella popolazione umana, le proteine HLA-IA, HLA-IB e HLA-IC sono codificate da geni un poco differenti (alleli). Ci sono 214 alleli codificanti HLA-IA, 425 alleli codificanti HLA-IB e 108 alleli codificanti HLA-IC. 15

16 Nella popolazione umana, le proteine HLA-I sono codificate da geni un poco differenti (alleli). Gli alleli di HLA-IA, HLA-IB, ed HLA-IC sono molto numerosi. Ciò rende bassa la probabilità che due persone abbiano gli stessi allei HLA. Ciò complica di molto la possibilità di trovare organi compatibili per i trapianti. 16

17 Come per le molecole HLA-I, anche le molecole HLA-II presentano una grande variabilità tra gli individui, dovuta al fatto che ognuno di noi possiede tre diversi geni principali HLA-II: HLA-IIDP, HLA-IIDQ e HLA-IIDR. Poiché abbiamo due cromosomi 6 (uno ereditato dalla madre e uno dal padre), e i geni HLA sono codominanti, cioè vengono espressi sia l allele ereditato dal padre che quello ereditato dalla madre, possediamo un totale di 6 geni codificanti per le molecole HLA-II. Nella popolazione umana, le proteine HLA-DP, HLA-DQ e HLA-DR sono codificate da numerosi alleli lievemente differenti: ci sono oltre 1634 alleli che codificano HLA-IIDP, oltre 880 alleli che codificano HLA-IIDQ e oltre 548 alleli che codificano HLA-IIDR. 17

18 Durante l evoluzione i microorganismi hanno escogitato un modo per sfuggire al controllo del sistema immunitario nascondendosi all interno delle cellule. Inoltre, negli organismi complessi è importante poter controllare che il funzionamento della varie cellule sia normale e che non ci siano mutazioni ed alerazioni dovute all invecchiamento della cellula. 18

19 Il sistema immunitario ha evoluto un sistema per controllare il corretto funzionamento delle cellule e per smascherare i microbi che hanno invaso una cellula rendendoli così percepibili dai linfociti. Le molecole HLA-I e HLA-II sono rifatte ogni sei ore, e nel loro viaggio dal citoplasma alla membrana legano nella loro tasca dei peptidi, frammenti delle proteine che si trovano dentro alla cellula. Oltre che nel campo del trapianto di organi e tessuti, le molecole del sistema HLA rivestono un importanza fondamentale nei meccanismi di riconoscimento immunologico di tutte le sostanze estranee che vengono in contatto con l organismo. Infatti la funzione fisiologica delle molecole HLA è quella di informare i linfociti T di ciò che sta succedendo all interno delle cellule. Il sistema HLA permette di esporre sulla superficie cellulare porzioni derivate dalle proteine contenute all interno della cellula. 19

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22 Sono numerosi i meccanismi per cui si può assistere alla produzione di proteine fallate. Talvolta il processo di traduzione da RNA messaggero (mrna) a proteina che avviene nel citoplasma va incontro a qualche errore e le proteine neosintetizzate non si ripiegano correttamente, risultando inutilizzabili. Inoltre le proteine possono essere danneggiate da eventi fisiologici quali ad esempio l invecchiamento cellulare. Proteine antigeniche possono poi essere prodotte nel citoplasma di cellule infettate da virus, da microorganismi fagocitati che hanno evaso i fagosomi e da geni dell ospite mutati o alterati come accade nel caso dei tumori. 22

23 Per evitare che la cellula si riempia di proteine difettose, vecchie o inutilizzabili, esse vengono introdotte in uno speciale macchinario citoplasmatico detto proteasoma, il quale funziona come un vero e proprio trita documenti sminuzzando le proteine in piccoli pezzi. La maggior parte di questi peptidi sono successivamente ridotti in singoli amminoacidi e riutilizzati per creare nuove proteine. Alcuni peptidi creati dal proteasoma vengono invece trasportati attraverso la membrana del reticolo endoplasmatico (RE) da specifiche proteine trasportatrici (TAP1 e TAP2). 23

24 Una volta all interno del RE alcuni peptidi vengono catturati e caricati nelle tasche delle molecole HLA di classe I. I peptidi infatti vengono scelti a seconda della loro lunghezza, circa 9 aminoacidi, e della composizione aminoacidica, che deve essere compatibile con quella della tasca della molecola HLAI. 24

25 Se una molecola HLA di classe I trova un peptide adatto alla sua tasca, il complesso si stabilizza e procede verso la superficie cellulare dove avviene la presentazione dell antigene ai linfociti T CD8+. Nel caso una molecola HLA di classe I non trovi un peptide adatto alla sua tasca, rimane instabile e viene quindi degradata. 25

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29 Le molecole HLA di classe II informano i linfociti T di ciò che accade nell ambiente extracellulare fornendo loro un segnale di pericolo. Le cellule presentanti l antigene (APC) possono internalizzare microbi extracellulari e proteine microbiche attraverso meccanismi recettore specifici o di fagocitosi e pinocitosi non mediate da recettori. Le proteine internalizzate vengono compartimentalizzate in vescicole intracellulari chiamate fagosomi o endosomi, che si fondono successivamente con i lisosomi. In queste vescicole gli enzimi proteolitici degradano le proteine esogene in numerosi peptidi di varia lunghezza e sequenza. Proprio negli endo-lisosomi avviene il caricamento del peptide nelle tasche delle molecole HLA di classe II. 29

30 Le catene α e β che costituiscono le molecole HLA di classe II sono prodotte nel citoplasma ed introdotte nel RE dove si legano ad una terza proteina, chiamata catena invariante. La catena invariante svolge varie funzioni tra cui quella principale di occupare fisicamente la tasca delle molecole HLA di classe II fino all arrivo del peptide adatto, impedendo il caricamento dei peptidi endogeni presenti nel RE. La seconda funzione fondamentale della catena invariante è quella di guidare le molecole HLA di classe II nel percorso attraverso il Golgi fino all interno di speciali vescicole di esocitosi le quali si fondono poi con gli endolisosomi contenenti i frammenti peptidici derivati dalle proteine extracellulari ingerite. Se una molecola HLA di classe II trova un peptide adatto alla sua tasca, la catena invariante viene scalzata e il peptide si posiziona nella tasca della molecola HLA-II. La molecola HLA-II caricata con il peptide procede verso la superficie cellulare dove avviene la presentazione dell antigene ai linfociti T CD4+. 30