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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 1 www.medresumos.com.br MHC E APRESENTAÇÃO ANTIGÊNICA O termo complexo principal de histocompatibilidade (MHC) é designado para a proteína de membrana das APC responsável por exibir os antígenos dos microrganismos ligados às células, para o reconhecimento dos linfócitos T. São proteínas especializadas, codificadas por genes altamente polimorfos – daí a sua complexidade. Abaixo, estão listados os termos e significados que denominam tal estrutura: • Complexo: molécula codificada por vários genes altamente polimórficos cujos produtos são expressos nas superfícies de uma variedade de células. • Principal: dentre as proteínas geradas do MHC, as principais são as geradas nas superfícies celulares- MHC I e MHC II. • Histocompatibilidade: função de compatibilidade nos transplantes – esta foi a primeira função associada a esta proteína, durante transplantes de tecidos. As moléculas do MHC são componentes integrais dos ligantes que a maioria das células T reconhece, porque os receptores de antígenos das células T são realmente específicos para os complexos dos antígenos peptídicos estranhos e as moléculas do próprio MHC. Existem dois tipos diferentes de produtos do gene MHC chamados moléculas do MHC de classe I e moléculas do MHC de classe II, que contém diferentes antígenos proteicos (antígenos extracelulares que sofreram endocitose e antígenos intracelulares citosólicos) e apresentam peptídeos a diferentes subpopulações de células T – células T CD4+ auxiliares e linfócitos T CD8+ citotóxicos. DESCOBERTA DO COMPLEXO DE HISTOCOMPATIBILIDADE O MHC foi descoberto como um locus genético cujos produtos eram responsáveis pela rápida rejeição dos enxertos de tecidos transplantados entre espécies isogênicas de camundongos. Quando um tecido ou um órgão, tal como uma área de pele, é enxertado de um animal para outro, podem seguir-se dois resultados: em alguns casos, a pele enxertada sobrevive e funciona como uma pele normal. Em outros casos, o sistema imune destrói o enxerto, produzindo uma rejeição. As experiências com enxertos cutâneos mostram que os enxertos entre animais de uma linhagem endocruzada são mais aceitos, enquanto que os praticados entre animais de linhagens não aparentadas (ou de outras linhagens) são rejeitados. Por isso, o reconhecimento do enxerto como próprio ou estranho é um traço hereditário. Os genes responsáveis por fazer com que um tecido enxertado seja semelhante aos próprios tecidos foram chamados de genes de histocompatibilidade, e as diferenças entre estranho e próprio foram atribuídas a polimorfismo genéticos entre diferentes alelos de histocompatibilidade. A região genética que controlava a rejeição dos enxertos e continha vários genes ligados foi designada então como complexo principal de histocompatibilidade ou MHC (major histocompatibility complex). CARACTERÍSTICAS E FUNÇÕES DO MHC Pelas análises clássicas feitas em animais e no homem, foram deduzidas várias e importantes características dos genes do MHC e dos seus produtos: Os dois tipos de genes MHC são polomórficos, ou seja, os genes de classe I e de classe II, codificam dois grupos de proteínas estruturalmente distintas, porém homólogas. Os genes MHC são os genes mais polimórficos presentes nos genomas de todas as espécies. Os genes MHC são codominantemente expressos em cada indivíduo, ou seja, todo indivíduo expressa alelos MHC em ambos os cromossomos que são herdados de ambos os pais. Para o indivíduo, isso maximiza o número de moléculas do MHC disponível para ligar peptídeos para apresentação às células T. Quanto às funções gerais, podemos destacar as seguintes: Rejeição de tecidos em transplantes; Apresentação de peptídeos próprios (que não ativarão os LT pois estes aprenderam a não reagir com moléculas do próprio durante a sua seleção no timo) e não-próprios ao TCR do Linfócito T; Indução da resposta imune adquirida: depois da apresentação pelo MHC ao linfócito T, este ativa o macrófago para que a própria APC destrua o microrganismo. Arlindo Ugulino Netto. IMUNOLOGIA 2016 Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 2 www.medresumos.com.br GENÉTICA DO MHC HUMANO: HLA As moléculas do MHC humanas são chamadas antígenos leucocitários humanos (HLA) e são equivalentes às moléculas H-2 encontrada nos camundongos durante as experiências. O gene codificante desta molécula está presente no cromossomo 6. O MHC humano é muito grande (3.500 kb) e complexo, sendo geneticamente organizado da seguinte ordem: Genes que transcrevem o MHC de classe II: HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR; Genes do complemento; Genes das proteínas do choque térmico e de algumas citocinas (TNF, LT e LT-B); Genes que transcrevem o MHC de classe I: HLA-B, HLA-C e HLA-A. Como se pode observar então, os genes MHC são os mais polimórficos do genoma humano. Esses genes MHC, como já foi dito, são expressos de forma co-dominante no indivíduo (utilizou parte do gene materno e parte do gene materno, formando um haplótipo materno e o paterno). Isso significa que é mais difícil haver rejeições de transplantes quando o tecido é doado do pai para o filho. Já o contrário não é verdadeiro: uma vez que o filho apresenta um segmento genético não-semelhante com o do pai (que é o segmento cedido pela mãe), é indesejável esse transplante. OBS 1 : Complexo MHC-Peptídeo + TCR: o esquema ao lado mostra uma molécula do MHC ligando e exibindo um peptídeo e um receptor de célula T reconhecendo dois resíduos polimórficos da molécula do MHC e um resíduo do peptídeo. Quando o MHC vai ser expresso pelos genes da APC ele já é estrategicamente moldado para a conformação espacial do peptídeo a ser apresentado à célula T, a qual também deve ter regiões compatíveis com a interação. Depois dessa apresentação, dá-se início à fase efetora da resposta imune adaptativa. ESTRUTURA DAS MOLÉCULAS DO COMPLEXO PRINCIPAL DE HISTOCOMPATIBILIDADE Toda molécula do MHC possui uma fenda específica ou sulco extracelular de ligação de peptídeo (na porção mais apical) acompanhada por um par de domínios semelhantes à imunoglobulina (Ig) e está ancorada à célula pelos domínios transmembrana e citoplasmático. As moléculas de classe I são compostas de uma cadeia polipeptídica no MHC e de uma segunda cadeia não codificada no MHC, enquanto que as moléculas de classe II são constituídas de até duas cadeias polipeptídicas codificadas do MHC. Os resíduos de aminoácidos polimórficos das moléculas do MHC estão localizados na e adjacentes à fenda de ligação do peptídeo. Os domínios semelhantes à Ig não polimórficos das moléculas do MHC contêm sítios de ligação para as moléculas das células T CD4 e CD8. ESTRUTURA DO MHC DE CLASSE I (MHC-I) As moléculas de classe I consistem de duas cadeias polipeptídicas ligadas não-covalentemente: uma cadeia-α codificada no MHC (ou cadeia pesada) e uma subunidade não codificada no MHC, designada β2- microglobulina. A região da fenda peptídica, que se liga especificamente ao epítopo, é dividida em α1 e α2, sendo ambas as regiões mais polimórficas do MHC-I, por ser ela a responsável por se ligar especificamente à sequência dos aminoácidos do epítopo. Já a região α3 e a região β2-microglobulina são produzidos por genes estáveis, não-polimórficos, por terem apenas a função estrutural de Ig para o MHC. A região α3 apresenta um sítio de ligação para o co-estimulador CD8. Uma molécula de classe I completa é, portanto, um heterotrímero consistindo de uma cadeia α, uma β2-microglobulina e de um peptídeo antigênico, sendo que a expressão estável das moléculas de classe I nas superfícies celulares requer a presença de todos os três componentes do heterotrímero. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 3 www.medresumos.com.br O MHC-I está presente em todas as APCs nucleadas e são responsáveis por apresentar epítopos aos linfócitosT CD8+. A célula T citotóxico recebe o MHC-I da célula infectada por meio de seu TCR, utilizando o marcador CD8+ como co-estimulador durante a apresentação na região α3 da cadeia α. ESTRUTURA DO MHC DE CLASSE II (MHC-II) Diferentemente do MHC-I, o MHC de classe II apresenta uma fenda peptídica bem mais ampla e larga. As moléculas do MHC de classe II são compostas de duas cadeias polipeptídicas associadas não-covalentemente, uma cadeia α (geralmente mais pesada ou de mesmo peso da outra) e uma cadeia β. Outra diferença do MHC-I, ambas as cadeias do MHC-II são codificadas por genes MHC polimórficos. Os segmentos aminoterminais α1 e β1 das cadeias de classe II interagem para formar a fenda de ligação peptídica, que é estruturalmente semelhante à fenda das moléculas de classe I. Os segmentos α2 e β2 das moléculas de classe II, tais como o α3 e a β2-microglobulina de classe I, são enovelados no domínio de Ig e são não-polimórficos entre os vários alelos de um gene particular de classe II. Uma alça no segmento β2 das moléculas de classe II é o sítio de ligação para o CD4. As extremidades carboxiterminais dos segmentos α2 e β2 continuam em curtas regiões de conexões seguidas por aproximadamente 25 prolongamentos de aminoácidos de resíduos hidrofóbicos transmembrana. A molécula de classe II completa é um heterodímero consistindo de uma cadeia α, uma cadeia β e um peptídeo antigênico ligado, e a expressão estável das moléculas de classe II nas superfícies celulares requer a presença de todos os três componentes do heterodímero. O MHC-II da APC, por sua vez, apresenta o peptídeo antigênico ao linfócito T CD4+ auxiliar. A célula T auxiliar recebe o MHC-II também por meio de seu TCR, e seu grupo de diferenciação CD4 participa co-estimulando um segmento da cadeia β2. As células que expressam o MHC-II são as APCs profissionais (clássicas): macrófagos, células dendríticas e os linfócitos B. OBS 2 : O macrófago é uma célula da resposta imune inata. Ela reconhece o microrganismo por meio de seus receptores (PRRs que reconhecem os PAMPs). Ao reconhecerem o microrganismo, englobam o mesmo, processam e apresentam apenas um segmento peptídico do antígeno para os linfócitos T. DIFERENÇAS ENTRE MHC-I E MHC-II APRESENTAÇÃO ANTIGÊNICA Os linfócitos exercem papeis centrais nas respostas imunes adaptativas contra os antígenos proteicos. Porém, para os linfócitos serem ativados, se proliferarem e desempenharem a sua função é preciso que uma célula apresentadora de antígeno (APC) leve ao encontro desses linfócitos um pequeno segmento de aminoácidos (epítopo) do antígeno invasor. Vale lembrar os passos até o momento dessa apresentação: as APCs geralmente são células fagocíticas de vigilância imunológica. Estas fazem a função de fagocitar os invasores, representando a resposta imune inata. Ao percebem que não é possível concluir essa missão protetora sozinha, elas sinalizam aos linfócitos a presença desse antígeno e integram as respostas inatas com a resposta adquirida. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 4 www.medresumos.com.br O linfócito, por si só, não reconhece a configuração espacial do antígeno íntegro. A maioria dos linfócitos T reconhece somente peptídeos, enquanto as células B podem reconhecer especificamente peptídeos, proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos, lipídeos e pequenas substancias químicas. Porém, as células T reconhecem e respondem aos antígenos peptídeos estranhos somente quando os antígenos estão ligados às superfícies das APCs, enquanto que as células B e os anticorpos secretados ligam antígenos solúveis dos fluidos corporais, bem como os antígenos das superfícies celulares. A APC, antes da apresentação, engloba o antígeno, processa-o e expressa apenas um fragmento do mesmo ao linfócito T por meio do seu MHC. O linfócito só reconhece com eficácia este complexo: MHC-Peptídeo. Lembremo-nos agora que o LT CD4+ (auxiliar, responsável por ativar a APC por meio de citocinas: expansão do retículo endoplasmático do MHC, liberação de radicais livres e crescimento da própria APC) reconhece MHC de classe II e o LT CD8+ (citotóxico, responsável por efetivar, por meio das perforinas e granzimas, a destruição do antígeno) reconhece MHC de classe I. CÉLULAS APRESENTADORAS DE ANTÍGENOS (APCs) PROFISSIONAIS Células dendríticas: sua principal função é capturar e transportar os antígenos para a drenagem nos linfonodos. É a principal célula apresentadora de antígeno, sendo esta a sua maior função. As células dendríticas amadurecem para se tornarem eficientes na apresentação do antígeno. A maturação ocorre em resposta aos produtos microbianos ou aos sinais omitidos pela célula T ativada. Constituem-se de 1% das células circulantes no sangue periférico. Localizam-se nos tecidos: Pele, TGI, e no sistema respiratório (porta de entrada para os micro-organismos). Capturar e transportar antígeno para o linfonodo onde estão os linfócitos. o Função principal: início de respostas das células T aos antígenos proteicos (instrução). Macrófagos: células de grandes dimensões responsáveis por processar antígenos captados na circulação e apresentares pequenos fragmentos destes aos linfócitos. Estes linfócitos, após a demonstração antigênica, ativam o macrófago, o qual comporta- se dos seguintes modos: expressando um maior número de MHCs na sua membrana; produzindo uma grande concentração de radicais livres para destruir os antígenos; aumento no número e tamanho de organelas; aumento da própria célula. o Função principal: indução e fase efetora das respostas imunes mediadas pelas células. Linfócito B: o próprio linfócito B apresenta proteínas específicas em sua membrana que realizam o englobamento do antígeno, que será processado e apresentado para os linfócitos T. Vale lembrar que esta célula não fagocita (pois não projeta pseudópodes), mas endocita o antígeno através de seus receptores de imunidade inata (PRRs receptores dos padrões moleculares). o Função principal: apresentação de antígenos às células T CD4+ auxiliares nas respostas imunes humorais (cognata nas interações células B-células T). FUNÇÕES DAS APCs Endocitose ou fagocitose dos microrganismos. Apresentação antigênica para células efetoras da imunidade adquirida. Ativação dessas células efetoras. Células dendríticas: fagocitam o antígeno, processa-o e apresenta seus fragmentos para que os linfócitos destruam o invasor. Macrófago: fagocita, processa e apresenta o antígeno e pode, por si só (através de estímulos do LT CD4+) destruir este invasor. Célula B: endocita o antígeno, apresenta e se diferencia em plasmócito para produzir anticorpos. Esses anticorpos neutralizam o antígeno. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 5 www.medresumos.com.br VIAS DE PROCESSAMENTO E APRESENTAÇAO ANTIGÊNICA As vias de processamento de antígenos convertem os antígenos proteicos derivados do espaço celular ou do citosol em peptídeos e conduzem peptídeos até as moléculas do MHC para exibi-los aos linfócitos. E como já sabemos, há duas classes de MHC e, portanto, duas vias de processamento diferentes: Via do MHC-II (antígenos proteicos de origem extracelular) Apresenta ao LT CD4+ auxiliar produz citocinas que ativam a própria APC. Via do MHC-I (antígenos proteicos com origem já intracelular) Apresenta ao LT CD8+ citotóxico produz citotoxicidade (perforinas e granzimas). Processamento dos antígenos endocitosados para apresentação ao MHC de classe II: a geração de peptídeos associados aos MHC de classe II a partir de antígenos endocitosados envolve a degradação proteolítica das proteínas internalizadas nas vesículas endocíticas e a ligação dos peptídeos às moléculas do MHC de classe II nessas vesículas. 1. Captura de proteínas extracelulares para os compartimentos vesiculares das APCs: a maioria dos peptídeos associadosà classe II é derivada de antígenos proteicos que, por APCs especializados, são capturados e internalizados nos endossomos. 2. Processamento das proteínas internalizadas nas vesículas endossômicas e lisossômicas: as proteínas internalizadas são degradas enzimaticamente nos endossomos e nos lisossomos para gerar peptídeos, muitos dos quais têm as propriedades estruturais que os capacitam para se ligar às fendas de ligação dos peptídeos das moléculas do MHC de classe II. 3. Biossíntese e transporte das moléculas do MHC de classe II para o endossomo: as moléculas de classe II do MHC são sintetizadas no RE e transportadas para os endossomas com uma proteína associada designada cadeia invariável (Ii), que ocupa as fendas de ligação de peptídeos das moléculas de classe II recém-sintetizadas. As duas cadeias (α e β) são geradas no RE e associadas à essa cadeia invariável (Ii) com duas funções: (1) proteger a fenda de ligação do MHC recém-formado para que nenhuma molécula se ligue a ela; (2) fornecer estabilidade a esta molécula. 4. Associação entre os peptídeos processados e as moléculas do MHC de classe II nas vesículas: a Ii é removida das moléculas do MHC de classe II pela ação combinada de enzimas proteolíticas e da molécula HLA-DM, e os peptídeos são então capazes de ligarem-se às fendas de ligação de peptídeos nas moléculas de classe II que estiverem disponíveis. Pacientes com deficiência de HLA-DM não apresentam uma resposta imune eficiente. 5. Expressão dos complexos peptídeo–MHC II na superfície da APC: as moléculas do MHC de classe II são estabilizadas pela ligação aos peptídeos, e os complexos peptídeo-classe II estáveis são liberados para a superfície das APCs, onde são exibidos para reconhecimento pelas células T CD4+. Um número muito pequeno de complexos peptídeo-MHC são capazes de ativar os linfócitos T específicos. Esses complexos, uma vez expressos, podem ser reconhecidos pelas células T CD4+ antígeno-específicas, com o co-receptor CD4 exercendo um papel essencial na ligação às regiões não-polimórficas das moléculas de MHC de classe II. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 6 www.medresumos.com.br Processamento dos antígenos citosólicos para apresentação associados à MHC de classe I: os peptídeos associados à classe I do MHC são produzidos pela degradação proteolítica das proteínas citosólicas, pelo transporte dos peptídeos gerados no RE e pela ligação às moléculas de classe I recém-sintetizadas. Vale lembrar que toda célula nucleada do organismo possui MHC-I, apresentando proteínas próprias constantemente (sem ativar uma resposta imune). Do mesmo modo, o MHC-I apresenta proteínas estranhas, sendo que estas serão reconhecidas e desencadearão uma resposta imune porque não são semelhantes àquelas com as quais o LT são selecionados no timo. 1. Produção de proteínas antigênicas no citosol: os peptídeos que são apresentados ligados às moléculas do MHC de classe I são derivados de proteínas citosólicas (diferentemente do que acontece na via pré-citada), a maioria das quais é sintetizada endogenamente nas células nucleadas infectadas por microrganismos intracelulares durante o seu ciclo vital. 2. Degradação proteolítica das proteínas citosólicas: o mecanismo principal para a geração de peptídeos a partir dos antígenos proteicos e citosólicos é a proteólise pelo proteassomo (megacomplexo proteico de forma cilíndrica com capacidade proteolítica). Este executa a função de administração interna básica nas células degradando diferentes proteínas protoplasmáticas. Portanto, os mecanismos proteolíticos que geram antígenos peptídicos às moléculas do MHC de classe I são muito diferentes dos mecanismos anteriormente descritos quanto às associações de peptídeos às moléculas do MHC de classe II. Antes da ação do proteossomo, os antígenos sofrem ubiquitinização (é adicionada pequena proteína chamada de ubiquitina) para que sejam marcadas dentro do citosol para que ela se torne linear e seja degradada de fato pelo proteossomo. 3. Transporte de peptídeos do citosol para o retículo endoplasmático: os peptídeos gerados no citosol são translocados por um transportador especial para o RE, onde as moléculas do MHC de classe I recém- sintetizadas estão disponíveis para ligar peptídeos. Nesse momento, há a produção do MHC-I por seus respectivos genes. 4. Reunião de complexos peptídeo–MHC I no RE: os peptídeos translocados para o RE ligam-se às moléculas do MHC de classe I que estão ligadas ao dímero TAP (moléculas transportadoras associadas ao processamento de antígenos). Esses TAPs são importantes por transportar os pequenos peptídeos até a fenda do MHC-I. Os peptídeos transportados dessa maneira para o RE ligam-se, preferentemente, às moléculas MHC de classe I e não as de classe II. OBS 2 : Papel do TAP na apresentação e expressão do antígeno associado ao MHC de classe I. Em uma célula que carece de TAP funcional, as moléculas de classe I não são eficientemente carregadas com peptídeos e são degradadas na sua maioria ainda no RE. Quando um gene TAP funcional é transfectado na linhagem celular, são restauradas a união e a expressão do peptídeo associado às moléculas do MHC de classe I. Note-se que o dímero TAP pode estar ligado às moléculas de MHC de classe I por uma proteína ligadora chamada tapasina, que não é mostrada na figura ao lado. 5. Expressão de superfície dos complexos peptídeo–classe I: as moléculas do MHC de classe I com o peptídeo inserido são estruturalmente estáveis e são expressos na superfície celular. Esses complexos, uma vez expressos, podem ser reconhecidos pelas células T CD8+ antígeno-específicas, com o co-receptor CD8 exercendo um papel essencial na ligação às regiões não-polimórficas das moléculas de MHC de classe I. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 7 www.medresumos.com.br OBS 3 : Conclui-se, então, definitivamente as seguintes diferenças: As células T CD4+ auxiliares reconhecem os peptídeos ligados às moléculas do MHC de classe II, enquanto que as LT CD8+ reconhecem os peptídeos ligados às moléculas de classe I. As células T CD4+ restritas à classe II reconhecem os peptídeos derivados principalmente das proteínas extracelulares que são internalizadas nas vesículas das APCs, enquanto que as células T CD8+ reconhecem os peptídeos derivados das proteínas citosólicas, em geral sintetizadas endogenamente. PARTICIPAÇAO DOS CO-ESTIMULADORES NA ATIVAÇÃO DOS LT Durante a apresentação antigênica, como já foi discutido, há dois sinais: o sinal 1, que consiste no contato direito entre o MHC (com peptídeo estranho) e o TCR do linfócito que irá realizar a resposta imune; e o sinal 2, com o envolvimento dos co-estimuladores, importantes nesse caso para especificar ainda mais a interação entre essas duas células. Indo mais além, a afinidade dos LTa e LTc com os MHC-II e MHC-I, respectivamente. Os co-estimuladores são proteínas expressas tanto na APC quanto nos LT. Quando este 2º sinal acontece, os linfócitos T expressam ainda mais co-estimuladores (em resposta à interação de citocinas), ficando cada vez mais excitável e se ativando de maneira mais efetiva. O CD-28, por exemplo, que é outro marcador dos LT, se liga especificamente aos receptores B7-1 e B7-2 da APC; o CD-40, este expresso na membrana da APC, se liga ao CD40Ligante presente nos linfócitos T. Nesse caso, além da ativação da resposta imune pelos linfócitos T, há a indução à diferenciação dos linfócitos B (que também são APCs) para a produção de anticorpos. OBS 4 : Co-adjuvantes são substancias que podem ser administradas no indivíduo para que haja uma maior expressão dos co-estimuladores dos linfócitos, aumentando exponencialmente a eficiência da resposta imune realizada por estas células. Vacinas com moldes bacterianos, por exemplo, são administradas com cápsulas de bactérias e co-adjuvantes, aumentando a eficácia da reposta imune.FUNÇÕES EFETORAS DOS LT Depois que ocorre a captura do antígeno pelas APCs, processamento e apresentação, os linfócitos T são induzidos à ativação (fase efetora), realizando então as seguintes funções: Se o macrófago apresentar o antígeno extracelular ao LTa, ocorrerá a sua ativação por meio de citocinas produzidas pelo LTa CD4+, o que fazem com que esta APC cresça em tamanho e em funcionalidade para dar conta desse antígeno. Quando o LB é o responsável pela apresentação do antígeno extracelular, o LTa CD4+ ativa esta célula para produzir anticorpos, sendo estes os responsáveis pela opsonização e neutralização dos antígenos. Se a APC apresentar o antígeno intracelular ao LTc CD8+, este se encarregará pela produção de citocinas (perforinas e granzimas) para gerar a apoptose (deleção) desta célula. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● IMUNOLOGIA 8 www.medresumos.com.br
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