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Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 1 FAMENE NETTO, Arlindo Ugulino. IMUNOLOGIA MHC E APRESENTAÇÃO ANTIGÊNICA (Professora Karina Karla) O termo complexo principal de histocompatibilidade (MHC) designado para a protena de membrana das APC responsvel por exibir os antgenos dos microrganismos ligados s clulas, para o reconhecimento dos linfcitos T. S o protenas especializadas, codificadas por genes altamente polimorfos – da a sua complexidade. Abaixo, est o listados os termos e significados que denominam tal estrutura: • Complexo: molcula codificada por vrios genes altamente polimrficos cujos produtos s o expressos nas superfcies de uma variedade de clulas. • Principal: dentre as protenas geradas do MHC, as principais s o as geradas nas superfcies celulares- MHC I e MHC II. • Histocompatibilidade: fun o de compatibilidade nos transplantes – esta foi a primeira fun o associada a esta protena, durante transplantes de tecidos. As molculas do MHC s o componentes integrais dos ligantes que a maioria das clulas T reconhece, porque os receptores de antgenos das clulas T s o realmente especficos para os complexos dos antgenos peptdicos estranhos e as molculas do prprio 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 contm diferentes antgenos proticos (antgenos extracelulares que sofreram endocitose e antgenos intracelulares citoslicos) e apresentam peptdeos a diferentes subpopulaes de clulas T – clulas T CD4+ auxiliares e linfcitos T CD8+ citotxicos. DESCOBERTA DO COMPLEXO DE HISTOCOMPATIBILIDADE O MHC foi descoberto como um locus gentico cujos produtos eram responsveis pela rpida rejei o dos enxertos de tecidos transplantados entre espcies isognicas de camundongos. Quando um tecido ou um rg o, tal como uma rea de pele, 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 destri o enxerto, produzindo uma rejeição. As experincias com enxertos cutneos mostram que os enxertos entre animais de uma linhagem endocruzada s o mais aceitos, enquanto que os praticados entre animais de linhagens n o aparentadas (ou de outras linhagens) s o rejeitados. Por isso, o reconhecimento do enxerto como prprio ou estranho um trao hereditrio. Os genes responsveis por fazer com que um tecido enxertado seja semelhante aos prprios tecidos foram chamados de genes de histocompatibilidade, e as diferenas entre estranho e prprio foram atribudas a polomorfismo genticos entre diferentes alelos de histocompatibilidade. A regi o gentica que controlava a rejei o dos enxertos e continha vrios genes ligados foi designada ent o como complexo principal de histocompatibilidade ou MHC (major histocompatibility complex). CARACTERSTICAS E FUNES DO MHC Pelas anlises clssicas feitas em animais e no homem, foram deduzidas vrias e importantes caractersticas dos genes do MHC e dos seus produtos: Os dois tipos de genes MHC s o polomrficos, ou seja, os genes de classe I e de classe II, codificam dois grupos de protenas estruturalmente distintas, porm homlogas. Os genes MHC s o os genes mais polimrficos presentes nos genomas de todas as espcies. Os genes MHC s o codominantemente expressos em cada indivduo, ou seja, todo indivduo expressa alelos MHC em ambos os cromossomos que s o herdados de ambos os pais. Para o indivduo, isso maximiza o nmero de molculas do MHC disponvel para ligar peptdeos para apresenta o s clulas T. Quanto as funes gerais, podemos destacar as seguintes: Rejei o de tecidos em transplantes; Apresenta o de peptdeos prprios (que n o ativar o os LT pois estes aprenderam a n o reagir com molculas do prprio durante a sua sele o no timo) e n o-prprios ao TCR do Linfcito T; Indu o da resposta imune adquirida: depois da apresenta o pelo MHC ao linfcito T, este ativa o macrfago para que a prpria APC destrua o microrganismo. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 2 GENTICA DO MHC HUMANO: HLA As molculas do MHC humanas s o chamadas antgenos leucocitrios humanos (HLA) e s o equivalentes s molculas H-2 encontrada nos camundongos durante as experincias. O gene codificante desta molcula est presente no cromossomo 6. O MHC humano 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 protenas do choque trmico 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 pode-se observar ent o, os genes MHC s o os mais polimrficos do genoma humano. Esses genes MHC, como j foi dito, s o expressos de forma co-dominante no indivduo (utilizou parte do gene materno e parte do gene materno, formando um hapltipo materno e o paterno). Isso significa que mais difcil haver rejeies de transplantes quando o tecido doado do pai para o filho. J o contrrio n o verdadeiro: uma vez que o filho apresenta um segmento gentico n o-semelhante com o do pai (que o segmento cedido pela m e), indesejvel esse transplante. OBS1: Complexo MHC-Peptdeo + TCR: o esquema ao lado mostra uma molcula do MHC ligando e exibindo um peptdeo e um receptor de clula T reconhecendo dois resduos polimrficos da molcula do MHC e um resduo do peptdeo. Quando o MHC vai ser expresso pelos genes da APC ele j estrategicamente moldado para a conforma o espacial do peptdeo a ser apresentado clula T, a qual tambm deve ter regies compatveis com a intera o. Depois dessa apresenta o, d-se incio fase efetora da resposta imune adaptativa. ESTRUTURA DAS MOLCULAS DO COMPLEXO PRINCIPAL DE HISTOCOMPATIBILIDADE Toda molcula do MHC possui uma fenda especfica ou sulco extracelular de liga o de peptdeo (na por o mais apical) acompanhada por um par de domnios semelhantes imunoglobulina (Ig) e est ancorada clula pelos domnios transmembrana e citoplasmtico. As molculas de classe I s o compostas de uma cadeia polipeptdica no MHC e de uma segunda cadeia n o codificada no MHC, enquanto que as molculas de classe II s o constitudas de at duas cadeias polipeptdicas codificadas do MHC. Os resduos de aminocidos polimrficos das molculas do MHC est o localizados na e adjacentes fenda de liga o do peptdeo. Os domnios semelhantes Ig n o polimrficos das molculas do MHC contm stios de liga o para as molculas das clulas T CD4 e CD8. ESTRUTURA DO MHC DE CLASSE I (MHC-I) As molculas de classe I consistem de duas cadeias polipeptdicas ligadas n o-covalentemente: uma cadeia-α codificada no MHC (ou cadeia pesada) e uma subunidade n o codificada no MHC, designada β2-microglobulina. A regi o da fenda peptdica, que se liga especificamente ao eptopo, dividida em α1 e α2, sendo ambas as regies mais polimrficas do MHC-I, por ser ela a responsvel por se ligar especificamente seqncia dos aminocidos do eptopo. J a regi o α3 e a regi o β2- microglobulina s o produzidos por genes estveis, n o-polimrficos, por terem apenas a fun o estrutural de Ig para o MHC. A regi o α3 apresenta um stio de liga o para o co-estimulador CD8. Uma molcula de classe I completa , por tanto, um heterotrmero consistindo de uma cadeia α, uma β2-microglobulina e de um peptdeo Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 3 antignico, sendo que a express o estvel das molculas de classe I nas superfcies celulares requer a presena de todos os trs componentes do heterotrmero. O MHC-I est presente em todas as APCs nucleadas e s o responsveis porapresentar eptopos aos linfcitos T CD8+. A clula T citotxico recebe o MHC-I da clula infectada por meio de seu TCR, utilizando o marcador CD8+ como co-estimulador durante a apresenta o na regi o α3 da cadeia α. ESTRUTURA DO MHC DE CLASSE II (MHC-II) Diferentemente do MHC-I, o MHC de classe II apresenta uma fenda peptdica bem mais ampla e larga. As molculas do MHC de classe II s o compostas de duas cadeias polipeptdicas associadas n o-covalentemente, uma cadeia α (geralmente mais pesada ou de mesmo peso da outra) e uma cadeia β. Outra diferena do MHC-I, ambas as cadeias do MHC-II s o codificadas por genes MHC polimrficos. Os segmentos aminoterminais α1 e β1 das cadeias de classe II interagem para formar a fenda de liga o peptdica, que estruturalmente semelhante fenda das molculas de classe I. Os segmentos α2 e β2 das molculas de classe II, tais como o α3 e a β2-microglobulina de classe I, s o enovelados no domnio de Ig e s o n o-polimrficos entre os vrios alelos de um gene particular de classe II. Uma ala no segmento β2 das molculas de classe II o stio de liga o para o CD4. As extremidades carboxiterminais dos segmentos α2 e β2 continuam em curtas regies de conexes seguidas por aproximadamente 25 prolongamentos de aminocidos de resduos hidrofbicos transmembrana. A molcula de classe II completa um heterodmero consistindo de uma cadeia α, uma cadeia β e um peptdeo antignico ligado, e a express o estvel das molculas de classe II nas superfcies celulares requer a presena de todos os trs componentes do heterodmero. O MHC-II da APC, por sua vez, apresenta o peptdeo antignico ao linfcito T CD4+ auxiliar. A clula T auxiliar recebe o MHC-II tambm por meio de seu TCR, e seu grupo de diferencia o CD4 participa co-estimulando um segmento da cadeia β2. As clulas que expressam o MHC-II s o as APCs profissionais (clssicas): macrfagos, clulas dendrticas e os linfcitos B. OBS2: O macrfago uma clula 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 peptdico do antgeno para os linfcitos T. DIFERENÇAS ENTRE MHC-I E MHC-II APRESENTA O ANTIGNICA Os linfcitos exercem papis centrais nas respostas imunes adaptativas contra os antgenos proticos. Porm, para os linfcitos serem ativados, se proliferarem e desempenharem a sua fun o preciso que uma célula apresentadora de antígeno (APC) leve ao encontro desses linfcitos um pequeno segmento de aminocidos (epítopo) do antgeno invasor. Vale lembrar os passos at o momento dessa apresenta o: as APCs geralmente s o clulas fagocticas de vigilncia imunolgica. Estas fazem a fun o de fagocitar os invasores, representando a resposta imune inata. Ao percebem que n o possvel concluir essa miss o protetora sozinha, elas sinalizam aos linfcitos a presena desse antgeno e integram as respostas inatas com a resposta adquirida. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 4 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 nucléicos, polisscarídeos, 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 microorganismos). Capturar e transportar antígeno para o linfonodo onde estão os linfócitos. o Função principal: início de respostas das células T aos antígenos protéicos (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 –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 5 VIAS DE PROCESSAMENTO E APRESENTAÇAO ANTIGÊNICA As vias de processamento de antgenos convertem os antgenos proticos derivados do espao celular ou do citosol em peptdeos e conduzem peptdeos at as molculas do MHC para exibi-los aos linfcitos. E como j sabemos, h duas classes de MHC e, por tanto, duas vias de processamento diferentes: Via do MHC-II (antgenos proticos de origem extracelular) Apresenta ao LT CD4+ auxiliar produz citocinas que ativam a prpria APC. Via do MHC-I (antgenos proticos com origem j intracelular) Apresenta ao LT CD8+ citotxico produz citotoxicidade (perforinas e granzimas). Processamento dos antígenos endocitosados para apresentação ao MHC de classe II: a gera o de peptdeos associados aos MHC de classe II a partir de antgenos endocitosados envolve a degrada o proteoltica das protenas internalizadas nas vesculas endocticas e a liga o dos peptdeos s molculas do MHC de classe II nessas vesculas. 1. Captura de protenas extracelulares para os compartimentos vesicularesdas APCs: a maioria dos peptdeos associados classe II derivada de antgenos proticos que, por APCs especializados, s o capturados e internalizados nos endossomos. 2. Processamento das protenas internalizadas nas vesculas endossmicas e lisossmicas: as protenas internalizadas s o degradas enzimaticamente nos endossomos e nos lisossomos para gerar peptdeos, muitos dos quais tm as propriedades estruturais que os capacitam para se ligar s fendas de liga o dos peptdeos das molculas do MHC de classe II. 3. Biossntese e transporte das molculas do MHC de classe II para o endossomo: as molculas de classe II do MHC s o sintetizadas no RE e transportadas para os endossomas com uma protena associada designada cadeia invarivel (Ii), que ocupa as fendas de liga o de peptdeos das molculas de classe II recm-sintetizadas. As duas cadeias (α e β) s o geradas no RE e associadas essa cadeia invarivel (Ii) com duas funes: (1) proteger a fenda de liga o do MHC recm-formado para que nenhuma molcula se ligue a ela; (2) fornecer estabilidade a esta molcula. 4. Associa o entre os peptdeos processados e as molculas do MHC de classe II nas vesculas: a Ii removida das molculas do MHC de classe II pela a o combinada de enzimas proteolticas e da molcula HLA-DM, e os peptdeos s o ent o capazes de ligarem-se s fendas de liga o de peptdeos nas molculas de classe II que estiverem disponveis. Pacientes com deficincia de HLA-DM n o apresentam uma resposta imune eficiente. 5. Express o dos complexos peptdeo–MHC II na superfcie da APC: as molculas do MHC de classe II s o estabilizadas pela liga o aos peptdeos, e os complexos peptdeo-classe II estveis s o liberados para a superfcie das APCs, onde s o exibidos para reconhecimento pelas clulas T CD4+. Um nmero muito pequeno de complexos peptdeo-MHC s o capazes de ativar os linfcitos T especficos. Esses complexos, uma vez expressos, podem ser reconhecidos pelas clulas T CD4+ antgeno-especficas, com o co-receptor CD4 exercendo um papel essencial na liga o s regies n o-polimrficas das molculas de MHC de classe II. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 6 Processamento dos antígenos citosólicos para apresentação associados à MHC de classe I: os peptdeos associados classe I do MHC s o produzidos pela degrada o proteoltica das protenas citoslicas, pelo transporte dos peptdeos gerados no RE e pela liga o s molculas de classe I recm-sintetizadas. Vale lembrar que toda clula nucleada do organismo possui MHC-I, apresentando protenas prprias constantemente (sem ativar uma resposta imune). Do mesmo modo, o MHC-I apresenta protenas estranhas, sendo que estas ser o reconhecidas e desencadear o uma resposta imune porque n o s o semelhantes quelas com as quais o LT s o selecionados no timo. 1. Produ o de protenas antignicas no citosol: os peptdeos que s o apresentados ligados s molculas do MHC de classe I s o derivados de protenas citoslicas (diferentemente do que acontece na via pr-citada), a maioria das quais sintetizada endogenamente nas clulas nucleadas infectadas por microrganismos intracelulares durante o seu ciclo vital. 2. Degrada o proteoltica das protenas citoslicas: o mecanismo principal para a gera o de peptdeos a partir dos antgenos proticos e citoslicos a protelise pelo proteassomo (megacomplexo protico de forma cilndrica com capacidade proteoltica). Este executa a fun o de administra o interna bsica nas clulas degradando diferentes protenas protoplasmticas. Portanto, os mecanismos proteolticos que geram antgenos peptdicos s molculas do MHC de classe I s o muito diferentes dos mecanismos anteriormente descritos quanto s associaes de peptdeos s molculas do MHC de classe II. Antes da a o do proteossomo, os antgenos sofrem ubiquitiniza o ( adicionada pequena protena 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 peptdeos do citosol para o retculo endoplasmtico: os peptdeos gerados no citosol s o translocados por um transportador especial para o RE, onde as molculas do MHC de classe I recm- sintetizadas est o disponveis para ligar peptdeos. Nesse momento, h a produ o do MHC-I por seus respectivos genes. 4. Reuni o de complexos peptdeo–MHC I no RE: os peptdeos translocados para o RE ligam-se s molculas do MHC de classe I que est o ligadas ao dmero TAP (molculas transportadoras associadas ao processamento de antgenos). Esses TAPs s o importantes por transportar os pequenos peptdeos at a fenda do MHC-I. Os peptdeos transportados dessa maneira para o RE ligam-se, preferentemente, s molculas MHC de classe I e n o as de classe II. OBS2: Papel do TAP na apresentação e expressão do antígeno associado ao MHC de classe I. Em uma clula que carece de TAP funcional, as molculas de classe I n o s o eficientemente carregadas com peptdeos e s o degradadas na sua maioria ainda no RE. Quando um gene TAP funcional transfectado na linhagem celular, s o restauradas a uni o e a express o do peptdeo associado s molculas do MHC de classe I. Note-se que o dmero TAP pode estar ligado s molculas de MHC de classe I por uma protena ligadora chamada tapasina, que n o mostrada na figura ao lado. 5. Express o de superfcie dos complexos peptdeo–classe I: as molculas do MHC de classe I com o peptdeo inserido s o estruturalmente estveis e s o expressos na superfcie celular. Esses complexos, uma vez expressos, podem ser reconhecidos pelas clulas T CD8+ antgeno-especficas, com o co-receptor CD8 exercendo um papel essencial na liga o s regies n o-polimrficas das molculas de MHC de classe I. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 7 OBS3: 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. OBS4: 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 bactériase co-adjuvantes, aumentando a eficácia da reposta imune. FUNÇÕES EFETORAS DOS LT Depois que ocorre a captura do antígeno pelas APCs, processamento e apresetanção, 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 –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 8
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