MHC glykoproteíny

Bielkoviny hlavného histokompatibilného komplexu (MHC glykoproteíny, z angl. major histocompatibility complex; u ľudí označované ako HLA, z angl. human leukocyte antigen) sú súborom povrchových bielkovín kódovaných prevažne rodinou génov, ktorá kontroluje hlavnú časť imunitného systému všetkých stavovcov. Ich hlavnou funkciou je viazať fragmenty peptidov (prípadne glykopeptidov) z bielkovín patogénov a vystavovať ich na bunkovom povrchu, na ktorom sú tieto peptidy rozpoznávané T-lymfocytmi. Tvoria tak spojenie medzi nešpecifickou a špecifickou imunitou.
Rozlišujú sa dve hlavné triedy MHC glykoproteínov. Zatiaľ čo MHC glykoproteíny I. triedy (MHC gp I) sa nachádzajú na povrchu všetkých jadrových buniek v organizme, MHC glykoproteíny II. triedy (MHC gp II) sa nachádzajú len na tzv. antigén prezentujúcich bunkách .

MHC glykoproteíny I. triedy

MHC glykoproteíny I. triedy sa nachádzajú na povrchu všetkých buniek organizmu. U ľudí existujú tri izotypy MHC gp I: HLA-A, HLA-B a HLA-C. Medzi tzv. neklasické MHC gp I (tiež MHC gp Ib) patria HLA-E, HLA-F, HLA-G a tiež molekuly zo skupiny CD1 a ich expresia je obmedzená len na určité typy buniek.
MHC gp I sa skladajú z transmembránového reťazca α (molekulová hmotnosť 45 kDa), ktorý má tri domény označované α₁, α₂ a α₃, pričom prvé dve vytvárajú väzbové miesto pre peptidy a posledná menovaná je transmembránová. S α reťazcom nekovalentne asociuje tzv. β₂-mikroglobulín (12 kDa) .

Väzba peptidov na MHC gp I

K väzbe peptidov na MHC gp I dochádza bezprostredne po vytvorení polypeptidových reťazcov α a β₂m, v endoplazmatickom retikule. Glykozylácia vzniknutého komplexu je následne upravovaná v Golgiho aparáte, z ktorého sa komplex dostáva na cytoplazmatickú membránu, kde plní svoju funkciu. Peptid, ktorý sa viaže na MHC gp I, je dlhý 8-10 aminokyselín. Väzbe dlhšieho peptidu bráni uzavretosť väzbovej "ryhy" v štruktúre MHC gp I. Určitá molekula MHC gp môže viazať len určité peptidy, ktoré zdieľajú isté spoločné štruktúrne rysy, čiže majú určitý väzbový motív. Najdôležitejšia sa ukazuje povaha jednej alebo dvoch aminokyselín bližšie ku koncu peptidu. Zohráva rozloženie náboja dané aminokyselinami, hydrofóbnosť alebo hydrofilnosť a veľkosť postranných reťazcov aminokyselín. Peptidy sú v komplexe s MHC gp I umiestnené väčšinou v natiahnutej konformácii.
Tieto vystavené peptidy pochádzajú hlavne z bielkovín degradovaných v cytoplazme proteazómom. Degradácia týchto bielkovín je súčasťou ich fyziologického obratu v bunke. Vzniknuté peptidové fragmenty sú transportované do endoplazmatického retikula pomocou špecifických membránových púmp. V niektorých prípadoch je potrebné vystavenie peptidov na MHC gp I pochádzajúcich z extracelulárneho priestoru a takéto vystavenie sa nazýva skrížená prezentácia (angl. cross-presentation). Mechanizmy skríženej prezentácie nie sú dostatočne podrobne známe, no predpokladá sa, že existujú minimálne dva spôsoby jej prevedenia. Tzv. cytosólickou dráhou sú fagocytované bielkoviny transportované z fagozómu do cytoplazmy, kde sú rozštiepené na príslušné peptidy a následne transportované do endoplazmatického retikula. Vakuolárnou dráhou sú peptidy rozštiepené v neskorom (sekundárnom) endozóme, v ktorom tiež dochádza k ich asociácii s MHC gp I .

MHC glykoproteíny II. triedy

MHC glykoproteíny II. triedy sa nachádzajú na povrchu antigén prezentujúcich buniek a ich tri ľudské izotypy sa nazývajú DR, DQ a DP. Skladajú sa z dvoch dvojdoménových nekovalentne asociovaných reťazcov α a β (oba ~30 kDa), z ktorých domény α₁ a β₁ tvoria miesto pre väzbu peptidov a α₂ a β₂ ukotvujú bielkovinu na membráne .

Väzba peptidov na MHC gp II

V prípade MHC gp II sú v endoplazmatickom retikule podjednotky α a β najprv asociované s transmembránovým proteínom, ktorý sa nazýva invariantný reťazec (Ii), ktorý blokuje väzbové miesto pre peptidy. Takýto komplex prechádza glykozylačnou dráhou cez endoplazmatické retikulum a Golgiho aparát, z ktorého sa odštepuje vnútri sekrečných vačkov, ktoré fúzujú s endozómami. Endozómy vznikajú endocytózou bielkovín zachytených na povrchu antigén prezentujúcich buniek a následne fúzujú s lyzozómami, ktoré obsahujú hydrolytické enzýmy, štiepiace bielkoviny na peptidy. Po splynutí sekrečného vačku s endozómom je invariantný reťazec proteolyticky odštiepený nahradený peptidovými fragmentmi. Na MHC gp II môžu bunka vystavovať aj vlastné peptidy pomocou procesu zvaného autofágia .
Peptidy vystavené na MHC gp II môžu byť v porovnaní s MHC gp I dlhšie (obvykle 15-35 aminokyselín), keďže väzbové miesto na MHC gp II nie je na krajoch ohraničené. Podobne ako v prípade MHC gp I, musia pre väzbu na konkrétny MHC glykoproteín dané peptidy niesť daný väzbový motív, ktorý je určený rozložením náboja, hydrofobicitou a veľkosťami postranných reťazcov aminokyselín .

Polymorfizmus MHC glykoproteínov

MHC glykoproteíny sa s výnimkou mála podjednotiek vyznačujú extrémnym polymorfizmom, čo znamená, že v jednej populácii jestvujú desiatky až stovky alelických foriem jednotlivých izotypov. Tieto alelické formy sa delia kodominantne, čiže väčšina jedincov má vo svojich bunkách po dvoch alelických formách z každého izotopu. Tieto alelické formy sú odlišné zámenou aminokyseliny buď priamo vo väzbovom mieste alebo v jeho tesnej blízkosti, čo ovplyvňuje afinitu daného MHC glykoproteínu k rôzne štrukturovaným peptidom. Vďaka tomu je vybavený jedinec viacerými formami MHC glykoproteínov, ktoré zabezpečujú, že tieto môžu vystaviť čo najväčšie množstvo peptidov. Rôznorodosť MHC glykoproteínov skrz celú populáciu je tak ešte väčšia, takže aj neschopnosť jedného jedinca vystaviť peptid z istého patogéna, čo môže znížiť jeho vitalitu, automaticky neznamená ohrozenie pre ostatných jedincov tej istej populácie.
Zaujímavosťou je, že existuje živočíšny druh, u ktorého je polymorfizmus MHC glykoproteínov veľmi nízky. Ide o gepardov, ktorí pravdepodobne v evolúcii prešli stavom, keď bol ich počet v celkovej populácii nízky, čo viedlo k ich genetickej homogenizácii. Tento efekt zjavne prispieva k ich zvýšenej citlivosti voči infekciám a iným nepriaznivým vonkajším faktorom. Polymorfizmus MHC glykoproteínov je tiež potlačený u jedincov z inbredných kmeňov laborátornych zvierat, ktoré sú geneticky identické .

Génový komplex MHC

Génový komplex MHC sa u človeka (HLA komplex) nachádza na chromozóme č. 6 (u myší č. 17). Obsahuje gény kódujúce MHC gp I a II, ale aj niektoré zložky komplementu, cytokíny, podjednotky proteazómu, peptidových púmp, proteíny tepelného šoku a iné bielkoviny. Obsahuje celkom 50 génov .

Neklasické MHC glykoproteíny I. triedy

Ako neklasické MHC glykoproteíny (MHC gp Ib) sú ozačované HLA-E, -F, -G a niekedy aj CD1. Všetky tieto bielkoviny sú štruktúrne podobné klasickým MHC gp I, sú však omnoho menej polymorfné, vyskytujú sa len na niektorých bunkách a špecializujú sa len na istý typ ligandov.
HLA-E sa vyskytuje na mnohých typoch buniek a viaže tzv. signálne peptidy, ktoré pochádzajú z prekurzorov pre HLA-A, -B, -C a G. HLA-G sa nachádza len na povrchu buniek trofoblastu (časť placenty pochádzajúcej z plodu) a viaže široké spektrum peptidov. Oba tieto MHC glykoproteíny sú rozpoznávané špecializovanými inhibičnými receptormi NK buniek a priespievajú k tolerancii imunity voči maternici. Molekuly CD1 (u človeka existuje 5 izotypov CD1a-e) viažu namiesto peptidov mikrobiálne alebo organizmu vlastné glykolipidy a iné silne hydrofóbne látky (kyselina mykolová). CD1 s naviazanými mikrobiálnymi fragmentmi sú rozpoznávané klasickými T-lymfocytmi s T-bunkovým receptorom αβ, zatiaľ čo CD1 v komplexe s vlastnými glykolipidmi sú rozpoznávané NKT bunkami, ktoré majú dôležité imunoregulačné funkcie.
Existuje mnoho molekúl štruktúrne podobných MHC glykoproteínov, ktoré však nemajú schopnosť viazať peptidy. Medzi ne patrí transportný receptor FcRn a bielkoviny MICA, MICB a ULBP, ktoré sú ligandy aktivačných receptorov NK buniek a nachádzajú sa na povrchu stresovaných epiteliálnych buniek, buniek infikovaných vírusom a na niektorých nádoroch .