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As principais descobertas relacionadas ao MHC foram feitas no genoma de camundongos. MHC é o nome dado a um grupo de proteínas que está presente nas superfícies das células, está envolvida no processo de reconhecimento de tecidos. O MHC foi descoberto nos processos de rejeição de transplante de pele entre camundongos. Antigamente faziam transplantes entre pessoas e se observava que em algumas pessoas esse transplante funcionava e ficavam vivas, e em outros casos, ele simplesmente não funcionava. É claro que a morte em casos de transplante, além de estar relacionado com a incompatibilidade do MHC, estava relacionada a infecções do próprio processo de transplante que era rudimentar. Então se observava que havia algum sistema nos tecidos que regulava esse processo de transplante, mas não se sabia o que era. Na década de 40, quando começou a se entender um pouco mais sobre os processos biológicos, bioquímicos e celulares, se montou um experimento utilizando modelos de camundongo. Esses camungongos foram criados a partir de processos de endocruzamentos. Todos comundongos possuem o mesmo genótipo. Vai cruzando irmãos por 7 gerações, e ao final dessas 7 gerações, os filhotes terão genótipos iguais – isogênicos. Então se pegou camudongos pretos isogênicos e brancons, os quais embora sendo da mesma espécie, não é isogênico, pois tem alguns genes diferentes. Se observou que se eu pegasse a pele do comundongo preto em que todos os genes eram iguais, e transplantasse em seus irmãos, não havia rejeição, em contraponto, se eu pegasse a pele do camundongo preto e transplantasse no camundongo branco que tem genes diferentes, observava-se processo de rejeição. Mais tarde, a partir de cruzamentos genéticos que se conseguiu fazer com que camundongos tivessem seu sistema genético igual (irmãos) , mas divergindo apenas no gene do MHC, observou-se que esses camundongos do gene de MHC diferente, quando faziam transplante entre eles, o transplante não funcionava, o tecido era rejeitado. Chegou-se a conclusão de que uma região gênica que era responsável por esse comportamento de rejeição de tecido, e essa região é a chamada de Lócus do MHC. A partir disso, se montou o conceito de que: O MHC foi estudado e nomeado como um complexo de genes capaz de influenciar a habilidade do organismo de aceitar ou rejeitar tecidos transplantados. (uma questão que intrigava muito os cientistas, era: por que nosso sistema ia manter um conjunto de genes para funcionar em um processo que é rejeição, que poucos indivíduos sofriam – poucos mamíferos são transplantados). Mais tarde, estudando mais sobre a proteína MHC, se observou que na verdade o conjunto de moléculas de MHC expresso pelo indivíduo, não apenas funciona em transplante, mas também influencia o repertório de antígenos contra os quais as células T podem responder. DISTRIBUIÇÃO DOS GENES MHC O lócus do MHC contém dois tipos de genes polimórficos: MHC de classe I e o MHC de classe II, que codificam grupos de proteínas estruturalmente distintas, porém homólogas, e outras que não são polimórficas, cujos produtos são encontrados apenas na apresentação de antígenos. *Os genes do MHC de classe I e de classe II são os genes mais polimórficos presentes no genoma, ou seja, eles modificam muito de um indivíduo para outro. Localização: Humanos – cromossomo 6 Camundongos – cromossomo 17 MOLÉCULAS DE MHC DE CLASSE I E CALSSE II ➢ MHC I geralmente é expresso em todas as células nucleadas, apresenta níveis baixos em algumas situações (fibroblastos, células musculares) e altos em outras (linfócitos). ➢ MHC II é expresso constitutivamente em células apresentadoras de antígeno (macrófagos, células dendríticas maduras e linfócitos B). Pode ser regulado em alguns casos (células epiteliais tímicas – situações bem específicas). Está apenas em alguns grupamentos de célula. O MHC é uma proteína responsável por influenciar na respostados linfócitos T, ela complexa antígenos. Dentro da célula ela faz uma complexação com o antígeno e vai para a superfície. Esses antígenos podem ser virais, de bactérias, fungos, outros parasitas ou até mesmo proteínas nossas. Quando o MHC é de classe I, ela vem de antígenos que vem de dentro das células, incluindo antígenos virais ou algumas proteínas mutadas relacionadas a tumores. O MHC de classe 2 complexa com antígenos que vem de fora da célula – antígenos que foram fagocitados. Todas células do nosso organismo podem ser infectadas por algum vírus, e ao mesmo tempo elas podem virar um tumor; isso justifica que todas as células nucleadas expressem MHC de classe 1, entretanto essa expressão modifica sua quantidade e modifica de uma célula para a outra. Já o MHC de classe II, como ele é vinculado a apresentação de antígenos, do antígeno que foi fagocitado, ele está presente em células apresentadoras de antígeno (macrófagos, células dendríticas maduras e linfócitos B). Estrutura: - CÉLULAS APRESENTADORAS DE ANTÍGENOS • Células dendríticas: apresentadoras mais eficientes, as principais; expressam constitutivamente altos níveis de MHC de classe II e também classe I, entretanto essa quantidade é aumentada na presença de moléculas co-estimulatórias (estimulação das células). Na presença de uma infecção/inflamação, os níveis de MHC de classe II e I dessas células podem aumentar. As células dendríticas são geradas para produzir antígenos. • Macrófagos: precisam ser ativados por fagocitose (dependem dela) para expressar MHC II. (tem MHC I também) • • Células/linfócitos B: expressam MHC II constitutivamente para apresentar o linfócito CD4 e serem ativados para produzirem anticorpos, mas necessitam ser ativadas para expressar co-estimulação. As funções dos macrófagos e dos linfócitos B não são diretamente ligadas a produção de antígenos, mas apresentam antígenos. Já as células dendríticas foram geradas para isso. Nos quadros abaixo vemos a expressão das moléculas de MHC em grupamentos de células. Percebemos o MHC de classe um presente em praticamente em todas as células, somente as hemácias não possuem, mas são células anucleadas. Temos níveis de expressão de classe I. Já o MHC II, alguns grupos apenas apresentam, o linfócito T está com asterisco porque são situações raras onde vemos MHC II nelas. As tímicas apresentam, porém não no intuito de montar uma resposta imunológica, mas no intuito de selecionar linfócitos. Ancorado na membrana. Temos uma cadeia alfa (composta por alfa 1, alfa 2 e alfa 3) e uma cadeia Beta 2 microbobulina Composto por uma cadeia alfa e uma cadeia beta, ambas ancoradas na membrana MHC classe 1: ⬇️ fibroblastos e células musculares ⬆️ linfócitos ➢ ESTRUTURA DA PROTEÍNA DO MHC – proteína expressa na superfície da membrana celular MHC classe I MHC classe II Possui um domínio transmembrana e um domínio intracelular (carboxiterminal). Temos uma parte alfa 1, alfa 2, alfa 3 e uma parte que é produzida fora do gene MHC, que é chamada Beta 2 microbobulina (é uma micro proteína). Entre alfa 1, alfa 2 e beta 2 temos a ligação, a região mais polimórfica, onde o peptídeo fica ligado. Para que o MHC I fique na superfície, ela precisa da extremidade alfa, beta e do peptídeo ancorado junto, se não tiver algum deles, a proteína fica instável e não fica parada na superfície. Possui um domínio carboxiterminal intracelular, a parte transmembrana e uma cadeia alfa (composta por alfa 1 e 2) e uma beta (composta por beta 1 e 2 ). Nesse caso a extremidade de mais variabilidade de ligação antígeno, fica em cima, na região amino terminal entre a alfa 1 e a beta 1. Então os peptídeos ficam nesse sulco. Temos o CD4 + T cells, as extremidades alfa e beta do MHC II, e o peptídeo antigênico no meio. Os MHC só ligama peptídeos. O TCR é o receptor de linfócitos T. Por fora, em verde temos uma proteína que é o CD4, que liga no MHC II. No momento que forma a ligação de MHC II, peptídeo, TCR e CD4 ancorado, capacita a ativação de linfócito TCD4. Temos o CD8 + T cells, reconhecendo o MHC I. Temos a beta 2 microbobulina, a extremidade alfa, o peptídeo antigênico ligado, e por fora, na alfa 3 temos ligando o CD8 e na parte de cima ligado o TCR A ligação do CD8 e CD4 na parte de baixo, faz com que o MHC I não ligue no CD4 e o MHC II não ligue no CD8 Imagem acima: se formos olhar esse MHC de uma forma estrutural e sua reação com o linfócito T, os linfócitos T, tanto CD4 quando CD8, em sua maioria não conseguem enxergar antígenos solúveis, eles conseguem enxergar apenas antígenos apresentados por proteínas de MHC, então tem o MHC I para o CD8 e o MHC II para o CD4. CARACTERÍSTICAS GENÉTICO-ESTRUTURAIS DOS GENES DO MHC ➢ HLA- MHC de humano Na tabela temos a divisão de algumas partes do MHC de classe I e II. - MHC II: tem as regiões DP, DQ e DR Elas vêm das extremidades alfa e beta, temos αβDP, αβDQ, αβDR. - MHC I: tem as regiões B, C e A. Elas vêm das extremidades alfa, temos alfaB, alfaC e alfaA. Quando falamos de MHC humano, sempre falamos HLA, que significa “antígeno leucocitário humano” - MHC III: não codificam proteínas de membrana, mas podem codificar proteínas complemento e algumas citocinas inflamatórias. ➢ H-2: MHC de camundongo Temos o MHC de classe I, que é o K ou D (vem de alfa) e o MHC de classe II que é o IA ou IE (vem de alfabeta). DESENHO ESQUEMÁTICO DA ESTRUTURA DO MHC Dentro desses genes, além do DP, DQ, DR, A, B e C, temos outros genes que são envolvidos no processo de ligação do peptídeo a essas proteínas do MHC, ou seja, estão envolvidos na montagem da estrutura, por exemplo o do proteossomo, pseudogenes, genes de TAP. FORMAS ALÉLICAS O GENE DO MHC Os loci que constituem o MHC são altamente polimórficos, existindo muitas formas alternativas de um gene ou alelo na população, para cada lócus. (cada um de nós tem um grupo de MHC diferente de outros – de acordo com as origens étnicas, mas o padrão de MHC de um indivíduo é o mesmo sempre) Os genes dos loci do MHC têm baixa taxa de crossing-over e frequência de recombinação também é baixa. NOMENCLATURA E EXPRESSÃO DO MHC Nomenclatura: através dela consigo identificar onde está o gene ➢ HLA-A* 0201 significa: subtipo 1 do alelo HLA-A 2 (HLA-A significa classe I) ➢ HLA-DRβ1* 401 significa: subtipo 01 do alelo HLA DR4, no gene β1 (HLA-DR significa classe II) M H C de cam undongo M H C de hum ano Padrão de expressão: Recebemos 50% do pai, 50% da mãe, e eles são expressos, ambos de uma forma contínua, e não existe dominância de um sobre o outro. Isso se chama codominância, ou seja, os genes do MHC são expressos seguindo um padrão de codominância. Os filhos recebem 50% de cada, e é por isso que os transplantes tem maior compatibilidade em membros da mesma família, e principalmente entre irmãos. O nível de compatibilidade é similar e a aceitação do órgão é mais fácil. EXPRESSÃO NO NÍVEL CELULAR Ambos os alelos das moléculas de MHC são expressos concomitantemente na superfície celular. Os azuis da tabela são os MHC de classe II maternos, O cinza são MCH paterno de classe II, os avermelhados são MHC materno de classe I e os verdes paternos de classe I. Se formos observar, conseguimos classifica em alfa e beta, o DP, DQ e DR e o alfa e beta, também o A, B e C. Esses conjuntos de genes/proteínas é quem vai mostrar os antígenos para os linfócitos. Se esses MHC pudessem ligar em apenas um determinado antígeno, nós teríamos apenas 12 antígenos. Mas cada um desses MHC pode apresentar mais de um antígeno/peptídeo. É uma ligação promíscua (permite ligações diferentes). Entretanto, cada uma dessas ligações, o complexo MHC peptídeo que é mostrado para um linfócito, tem uma especificidade. O complexo MHC peptídeo que é formado por exemplo por um dos MHC de classe I materno com determinado peptídeo, um é diferente do outro e cada um vai ligar num linfócito diferente, ou seja, a especificidade fica mais a cargo do linfócito. Por que temos um alto polimorfismo de genes do MHC? Isso se dá para garantir a sobrevivência da espécie O desenho da imagem mostra uma população e seus MHC, por fora temos um microrganismo qualquer, o qual possui antígenos, um vermelho, um azul e um laranja. No centro temos indivíduos A, B, C e D. Observamos que o indivíduo A pode pegar o MHC vermelho e ligar no antígeno laranja montando uma resposta imunológica. O indivíduo B ligar no antígeno azul, o D no vermelho. Entretanto, se olharmos para o C, os MHC dele não conseguem ligar em nenhum peptídeo desse microrganismo, logo, ele não vai ser capaz de iniciar uma resposta para linfócito, e o indivíduo acaba sucumbindo. Se todos fossemos iguais a C, toda essa população seria extinta pelo patógeno. Temos MHC diferentes para permitir a ligação em diferentes antígenos. RESTRICÃO AO PRÓPRIO Os nossos TCR reconhecem os nossos MHC. Se pegarmos o MHC de outra pessoa e tentar fazer com que seja reconhecido por um determinado linfócito T de um outro indivíduo, esse reconhecimento pode não acontecer. Por exemplo, veremos essas 3 células: (a) Primeiro temos H-2k (camundongo) CTL (linfócito CD8) e o TCR que reconhece esse H-2k. Embaixo temos uma célula apresentadora de antígeno, mostra o MHC I em verde, a β-2 microbobulina em azul e um peptídeo do vírus A pelo qual esse indivíduo foi infectado. O complexo MHC – peptídeo vai ser reconhecido pelo TCR do linfócito T, o CTL CD8 vai destruir a célula, gerando o killing. (b) temos o mesmo temos H-2k (camundongo) CTL (linfócito CD8) e o TCR que reconhece esse H-2k. Embaixo temos uma célula apresentadora de antígeno, mostra o MHC I em verde, a β-2 microbobulina em azul e um peptídeo do vírus B, ele tenta mostrar isso para o mesmo linfócito, mas ele não reconhece, porque mudou a estrutura, então dá o no killing. (c) temos o mesmo linfócito CTL H-2 K, mostro para ele um peptídeo viral A, entretanto uso o MHC (amarelo) de um outro indivíduo, ele não mata. Ele não consegue reconhecer o complexo. Ou seja, o MHC de todos mamíferos é restrito a um determinado linfócito T. A resposta é montada de uma forma monocromal para um linfócito daquele indivíduo. Se eu trocar o peptídeo ou o MHC, a ligação não acontece. Podemos representar esse processo nesse desenho: Se começamos com o camundongo A branco e infectamos ele com o vírus LCMV, se eu colocar o linfócito do camundongo no outro camundongo A branco, o linfócito vai protege-lo porque o camundongo é o mesmo branco, endo cruzado. Se eu colocar essa célula no animal que não foi infectado ou num camundongo que não reconhece esse determinado MHC, ele não tem efeito. Da mesma forma, se eu pegar uma linhagem B e utilizar o mesmo linfócito, ele também não mata. Esses mecanismos são relacionados a restrição do MHC. Dentro disso observamos Célula apresentadora de antígeno em azul e um linfócito T em amarelo. O linfócito nesse processo de sinapse reconhece esse complexo. Em vermelho (receptor de célula T) vemos o linfócito CTD8, o TCR e embaixo o MHC complexado ao peptídeo. Ele reconhece todo esse processo/ complexo MHC peptídeo. Mas, para chegar aqui, essa célula precisou fagocitar ou ser infectada para que o peptídeo seja processado, complexado ao MHC e apresentado para essas células. Linfócito T CD8 específico para o vírus LCMV VIAS DE APRESENTAÇÃO DE ANTÍGENOS Garantem que o peptídeo entre em MHC de classe I ou II. ➢ Antígenos exógenos – Via Endocítica Ocorre um processo de fagocitoseou endocitose do antígeno. Quando o antígeno é internalizado, ele é degradado em peptídeos dentro do compartimento que ele foi endocitado. Uma a três horas após sua entrada o peptídeo é acoplado em MHC II. Nesse período que ele passa por fagocitose e endocitose ele passa por determinadas etapas que contemplam a ação de endossomas e lisossomas, inicialmente a pH mais baixos que causam a degradação proteica, e mais tarde os lisossomos que tem proteínas líticas que degradam esse patógeno formando ele em pequenos peptídeos tornando eles capazes de ligar ao MHC. Na imagem temos exemplos de formas de entrada de células. A partir de endocitose no primeiro, mediada por clatrinas e quebra do patógeno Macrocitose, onde temos antígenos solúveis Fagocitose, onde temos formação de pseudópodos e entrada de patógenos. Em todos esses processos, no final tem “tesourinhas” que representam a clivagem, as quais formam peptídeos que vão acionar pequenos fragmentos de patógenos para posteriormente serem complexados ao MHC. Imagem: na direita temos uma proteína globular no lado extracelular. Essa proteína foi endocitada, passa pelos processos de endossoma primário, endossoma tardio, tem alterações do pH (baixa), em algum momento esse endossoma vai fusionar com o lisossoma, formando o fagolisossomo. Esse é um processo normal da fagocitose. Temos o RE, responsável pela síntese de proteínas. O MHC vem de uma síntese proteica, então vemos no RE o MHC de classe II sendo sintetizado. Ele tem as extremidades alfa e beta e tem uma tampinha (vermelho) que garante que nenhuma proteína indesejada ligue no MHC II nesse momento. Depois do RE ele vai para o complexo de golgi, passa por ele e sai em forma de vesícula. No citoplasma, a vesícula se fusiona com o fagolisossoma que gerou os peptídeos a partir dos processos de fagocitose e degradação. Nesse momento a “tampinha” sai e o peptídeo se liga nessa superfície do MHC II e vai para a superfície da célula, onde se liga (linfócito CD4) e começa o processo de ativação e resposta imunológica adaptativa. ➢ Antígenos endógenos – Via Citosólica Destinada para proteínas intracelulares. A meia-vida de uma proteína em uma célula é cerca de dois dias, mas muitas são degradadas em 10 minutos. Esse processo gera uma grande quantidade de fragmentos de peptídeos. Degradação via proteassoma Para chegar no proteassoma as proteínas são direcionadas por ubiquitinação O Sistema imune utiliza o proteassoma para produzir fragmentos para acoplamento no MHC I Ubiquitinaão > direcionamento ao proteossoma > complexação com MHC I Na imagem: tenho uma célula, uma determinada proteína, essa proteína tem que ser ubitiquinada, vai para o proteossoma, lá é degradada em pequenos peptídeos, que são direcionados para o RE. No RE o MHC I é sintetizado e o peptídeo complexa depois que ele vai para o Golgi. No MHC II os peptídeos nas vesículas iam pegar o MHC II longe do complexo de golgi, nesse caso vão direto para o RE. Na imagem azul vemos o mesmo processo de forma mais elaborada. Temos na direita a síntese de proteínas endógenas, vai para o proteossoma, gera peptídeos que são direcionados para o retículo, onde complexa com o MHC I, a partir de lá já sai do RE o MHC I complexado com peptídeo, vai para o complexo de golgi e para superfície onde entrará em contato com o linfócito T CD8. As vias não se confundem. MHC I vem para um lado e o MHC II para o outro. E na superfície, cada linfócito tem uma proteína que liga em determinado MHC. Outra coisa que garante que durante o processo de infecção tenhamos mais proteínas de MHC I ou MHC II na superfície é Os MHC em algumas células têm produção constitutiva, mas no curso de uma infecção ou de um processo inflamatório, aumenta a sua quantidade, o que aumenta é os PAMPs e DAMPs. Essas proteínas ligam em Toll-like receptors / rig like receptors ou nod like receptors, vão ativar cascatas intracelulares, que vão levar a síntese de NKbeta (?) e levam a síntese de citocinas, moléculas co-estimulatórias e aumento da quantidade de MHC. Então, quando temos infecção/injúria, temos o aumento da quantidade de MHC nas células apresentadoras para ativar mais linfócitos. PROCESSAMENTO DE AG EM CÉLULAS/LINFÓCITOS B Os linfócitos B são apresentadoras de antígeno. O linfócito B tem na sua superfície um anticorpo, que é o bcl, em algum momento o antígeno solúvel liga nesse anticorpo, é internalizado em uma vesícula, acontece todo processo normal de endocitose, e então acontece da mesma forma que o MHC de classe II – ele é endocitado, partes desse antígeno é degradado, se fusiona com lisossomo e no complexo de golgi o MHC II que está sendo produzido fusiona a vesícula com o peptídeo e vai para a superfície. Por que o Linfócito B pega o antígeno e mostrar em MHC II? Porque o linfócito B precisa de um processo de licenciamento do linfócito T CD4 para produzir anticorpo. Na imagem temos parte da resposta sendo montada. Começando na esquerda: uma célula apresentadora de antígeno (apresenta MHC II) e um linfócito T CD4, CD4 auxiliar ativou. O mesmo antígeno foi reconhecido pelo linfócito B, via anticorpo. Esse anticorpo internalizou esse antígeno, foi degradado, foi para o RE, fusionou com as vesículas contendo MHC II, e foi apresentado na superfície. O linfócito TCD4 que já foi ativado reconhece novamente o MHC II, secreta citocinas que faz com que esses linfócitos B passem de um estado da célula B somente ativada, para uma célula B plasmática capaz de secretar anticorpos. Esse é o processo de licenciamento, de ativação de linfócitos B que depende de linfócitos TCD4 – por isso que precisa apresentar em classe II. Outro processo que temos em apresentação de antígeno: APRESENTAÇÃO CRUZADA DE ANTÍGENOS ENDÓGENOS POR CÉLULAS DENDRÍTICAS Temos por exemplo uma célula infectada por vírus, e ela morre. Então ela será fagocitada por uma dendrítica. Pelo procedimento normal teríamos uma célula que apresentaria MHC II porque foi fagocitada. Entretanto, essa célula que morreu já tem o vírus ligado em MHC I e essa célula que fagocitou se apropria desse MHC I, apresenta MHC I e quem vê é o linfócito TCD8 pra induzir o processo de citotoxicidade. Nesse caso a célula somente se apropriou do MHC I e se apresentou. É um processo que o CD8 vê um vírus a partir de uma fagocitose. Por fim, podemos juntar esses 3 mecanismos de ativação e apresentação de antígeno via MHC de classe I e II. Célula dendrítica viu o antígeno, fagocitou e processou e apresentou para o linfócito T que passou de virgem para efetora. Macrófago viu o antígeno, internalizou, fagocitou, processou, apresentou para o linfócito T, MHC TCR, e o macrófago ficou ativado para matar o que tem dentro dele. Linfócito B reconhece o antígeno exógenamente solúvel, internaliza, mostra para o linfócito TCD4 que ativa o linfócito B a se transformar em uma célula B efetora.
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