COMPLEXO DE HISTOCOMPATIBILIDADE

PRINCIPAL

PROCESSAMENTO E APRESENTAÇÃO DE

ANTÍGENOS NA SUPERFÍCIE CELULAR

O RECEPTOR DE LINFÓCITOS B (Ig DE SUPERFÍCIE) INTERAGE DIRETAMENTE COM O

RESPECTIVO DETERMINANTE

ANTIGENICO

O RECEPTOR DE LINFÓCITOS T (TCR)) INTERAGE COM O DETERMINANTE ANTIGENICO (POLI PEPTIDEO) EXPOSTO NA SUPERFÍCIE DE UMA CÉLULA DITA APRESENTADORA DE ANTÍGENO (APC)

Major Histocompatibility Complex (MHC)Major Histocompatibility Complex (MHC)ou ou Complexo de Histocompatibilidade Complexo de Histocompatibilidade

Principal CHPPrincipal CHP

O O MHC MHC ou ou CHP CHP é um é um complexo de complexo de genesgenes que codificam que codificam proteinasproteinas que que

carregam epitopos carregam epitopos antigenicosantigenicos e os e os expõem na expõem na superficiesuperficie de células . de células .

Os receptores de linfócitos T Os receptores de linfócitos T interagem com aminoácidos do epitopo interagem com aminoácidos do epitopo

e da e da propriapropria molécula codificada pelo molécula codificada pelo CHP . CHP .

Célula apresentadora de Ag (APC)

T Resposta delinfócitos T

Nenhumaresposta

Ag solúvel

Antígeno deSuperfície

celular ou viral

Peptídiossolúveis

Peptídios apresentados por células que

expressam antígenos do MHC

Reconhecimento antigênico por linfócitos T

Nenhumaresposta

Nenhumaresposta

O O MHCMHC foi inicialmente descrito foi inicialmente descrito como o como o complexocomplexo de genesde genes

cujos produtos eram cujos produtos eram responsáveis pela rejeição responsáveis pela rejeição

rápida de enxertos de pele rápida de enxertos de pele entre camundongos de entre camundongos de

constituição genética diferente.constituição genética diferente.

Camundongos isogênicosCamundongos isogênicos

Linhagens de camundongos isogênicos são Linhagens de camundongos isogênicos são produzidas por acasalamento entre irmãos. Após produzidas por acasalamento entre irmãos. Após

cerca de 20 gerações, todos os animais terão cerca de 20 gerações, todos os animais terão exatamente os mesmos genes nos cromossomos. exatamente os mesmos genes nos cromossomos.

Eles são portanto como gêmeos univitelinos.Eles são portanto como gêmeos univitelinos.

Camundongos isogênicos são Camundongos isogênicos são homozigotoshomozigotos em em cada cada locuslocus gênico e todos os animais de uma gênico e todos os animais de uma

mesma linhagem isogênica são geneticamente mesma linhagem isogênica são geneticamente idênticos (idênticos (singênicossingênicos).).

Base genética para a rejeição de transplantes

Linhagens de camundongos isogênicos (iso = igual gênicos)todos indivíduos tem idênticos genes SNELL (P. Nobel)

A A ACEITO

B A REJEITADO

Transplante de pele entre linhagens isogênicas DIFERENTES demonstrou que a rejeição ou aceitação do transplante dependia da constituição genética do

camundongo

Major Histocompatibility Complex – MHCou

Complexo de Histocompatibilidade Principal Complexo de Histocompatibilidade Principal CHPCHP

Rejeição rápida de enxertos era devida a um conjunto de antígenos (glicoproteínas) encontrado superfície na superfície de todas as células nucleadas do organismo.

Em camundongos de uma mesma linhagem isogênica ( ou em gêmeos univitelinos ) estes antígenos são idênticos entre diferentes indivíduos e por isso os enxertos não são rejeitados como estranhos ao individuo

Todas as espécies animais tem um conjunto de genes mais importante que codifica os antígenos principais que estimulam a resposta imune na situação de transplantes entre indivíduos geneticamente diferentes. Por terem sido inicialmente descritos em transplantes receberam o nome de antígenos de HISTO COMPATIBILIDADE.

NA ESPÉCIE HUMANA - HUMAN LEUKOCYTE ANTIGENS - HLANO CAMUNDONGO - H-2

Principal função fisiológica das Principal função fisiológica das moléculas do MHC é moléculas do MHC é

Apresentação de antígenosApresentação de antígenos

COMO É POSSIVEL ASSEGURAR QUE DIFERENTES PEPTIDEOS DOS MAIS VARIADOS TIPOS DE

PATÓGENOS POSSAM SER APRESENTADOS NO ORGANISMO AOS DIFERENTES CLONES DE LINFÓCITOS

T EXISTENTES ?

TENHO QUE TER MUITAS MOLÉCULAS QUE SÃO CAPAZES DE MOSTRAR OS EPITOPOS E

INTERAGIR COM OS LINFOCITOS T

•• O RECEPTOR DE LINFÓCITO T O RECEPTOR DE LINFÓCITO T -- TCR TCR ––

RECONHECERECONHECE AMINOAMINO--ÁCIDOS DO ÁCIDOS DO

DETERMINANTE ANTIGENICODETERMINANTE ANTIGENICO E E

DA MOLÉCULA DO MHCDA MOLÉCULA DO MHC QUE O QUE O

APRESENTA APRESENTA

CÉLULA APC

LINFÓCITO T

Contato do RECEPTOR DO linfócito T (TCR)

com os residuos da molécula do MHC

Contato do Contato do RECEPTOR DO RECEPTOR DO linfócitolinfócito T (TCR) T (TCR) com os com os residuosresiduos

do peptídeo do peptídeo apresentado apresentado

Região de Região de ligação ao ligação ao peptídeopeptídeo

Moléculas do MHC SÃO DE DOIS TIPOS

Peptídios

Membrana plasmática

MHC classe I MHC classe II

Sítio de ligaçãodo peptídio

As moléculas de MHC classe I estão expressas na membrana As moléculas de MHC classe I estão expressas na membrana de todas as células menos nas de todas as células menos nas hemaciashemacias

Região Região polimórficapolimórfica

Região não Região não polimórficapolimórfica

Estrutura da molécula de MHC class I

α1α2

β2mα3 β2-microglobulina - 12kDa, não é ligadacovalentemente a cadeia α

Região alfa 1 e alfa 2 que se liga ao antígeno -Par de α-hélices sobre uma base de β strands anti-paralelas

Região alfa-3 que se liga à molécula CD8 dos linfócitos

Cadeia α-chain - 43kDa -transmembrana

T CD8

T CD4

LINFOCITOS T QUE TEM A MOLÉCULA CD4 NA SUPERFÍCIE LIGAM-SE A MOLÉCULAS DE CLASSE II

LINFOCITOS T QUE TEM A MOLÉCULA CD8 NA SUPERFÍCIE LIGAM-SE A MOLÉCULAS DE CLASSE I EXPRESSAS PELA CÉLULA QUE ESTÁ APRESENTANDO O ANTIGENO

Estrutura da moléculade MHC classe I

Cadeias

β2-micro-globulina

Peptídio

Cadeia α

Estrutura da molécula de MHC class I

Sítio de ligação ao antígenos: Domínios α1 e α2 formam como um “ cesto” de duas α-hélices

segmentadas sobre uma base de β-strands

α-hélice

β-strandsα-hélice

ANTÍGENO

PEPTÍDEOS COM PEPTÍDEOS COM 8 A 10 A. A. 8 A 10 A. A. ENCAIXAMENCAIXAM--SE NA FENDA DA SE NA FENDA DA MOLÉCULAS DE CLASSE IMOLÉCULAS DE CLASSE I

Estrutura das moléculas de MHC classe II

β2

β1

Cadeia β- 29kDaCadeia α-chain - 34kDa

α2

α1

Cadeias α and β ancoradas à membrana plasmática

Regiões em alfa-2 e beta-2 que se ligam à molécula CD4 dos linfócitos

As moléculas de MHC classe II estão expressas, As moléculas de MHC classe II estão expressas, principalmente, na membrana de células dendríticas, principalmente, na membrana de células dendríticas,

linfócitos B e macrófagos.linfócitos B e macrófagos.

Região Região polimórficapolimórfica

Região não Região não polimórficapolimórfica

Ligação do peptídeo à molécula de MHC classe IILigação do peptídeo à molécula de MHC classe II

O SÍTIO da molécula MHC classe II O SÍTIO da molécula MHC classe II

acomoda peptídeos de 10acomoda peptídeos de 10--30 30

aminoácidosaminoácidos

MHC classe I acomodapeptídios de 8-10 aminoácidos

Geometria do sítio de ligação

MHC classe II acomodaPeptídios maiores

β2-M

Cadeia α

Peptídio

Cadeia α

cadeia βPeptídio

CERTOS AA DOS PEPTÍDEOS LIGAM-SE A AA DA MOLÉCULA DE

MHC FUNCIONANDO COMO ÂNCORAS

A. ÁCIDOS ÂNCORAS EM DIFERENTES PEPTÍDIOS SÃO INTERCAMBIÁVEIS NA MESMA FAMÍLIA DE AAPor ex. Y (aromáticos) ou V ,I ,L (hidrofóbicos)

ligam-se em AA conservados na mesma família de moléculas do MHC

Peptídios eluídos de UMA MESMA MOLÉCULA DOMHC apresentam diferentes seqüências mas contém

“motifs” e âncoras SEMELHANTES1 Y 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ANCORA

“MOTIF”3 4 5 6 7 8 9 10

KR

ET

IR

YST

FQY

TK

LH

ATK

LH

ATK

LH

ATK

LH

A

NILI

VA.A. hidrofóbico

YK Q R V TYS I K S A

ANCORAA.A. aromático

motif

R-Arg ou K-lisina (básicos)

na posição 4

QUÃO “ESPECÍFICA” É UMA MOLÉCULA DE MHC ?

Uma mesma Molécula de MHC podeligar VÁRIOS peptídeos

DIFERENTES com MOTIFS e ÂNCORAS semelhantes

3,838,986 bp224 genes

cromossomo 6

Mapa do MHC Humano do Projeto do Genoma Humano

Mapa simplificado da região do HLA

MHC Classe II

β αDP

α βLMP/TAPDM

β αDQ

αDR

β1B C A

MHC Classe I

CLASSE I: 3 LOCI (tipos) HLA-A, HLA-B, HLA-C CADA UM sintetiza UMA CADEIA ALFA

CLASS II: 3 LOCI : HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR CADA LOCUS TEM UM GENE PARA CADEIA ALFA

E OUTRO PARA CADEIA BETA

QUANTOS GENES ??

AlelosAlelos-- são genes que ocupam a mesma posição são genes que ocupam a mesma posição ((locuslocus) em cromossomos homólogos, isto é, no mesmo ) em cromossomos homólogos, isto é, no mesmo par de cromossomos, um de origem materna e outro de par de cromossomos, um de origem materna e outro de

origem paterna.origem paterna.

Os genes podem ser Os genes podem ser não polimórficosnão polimórficos, cuja , cuja seqüência não variaseqüência não varia entre indivíduos de uma mesma entre indivíduos de uma mesma espécie. Neste caso em todos os espécie. Neste caso em todos os individuosindividuos os dois os dois alelos são identicos e as duas proteinas alelos são identicos e as duas proteinas sintetizadas são idênticas . sintetizadas são idênticas .

Vários genes são Vários genes são polimórficospolimórficos , isto é , apresentam , isto é , apresentam variações na seqüência de basesvariações na seqüência de bases e e consequentemente a proteína sintetizada será consequentemente a proteína sintetizada será ligeiramente diferente em indivíduos que possuam ligeiramente diferente em indivíduos que possuam diferentes genes e alelos

UM POUCO DE GENÉTICA

diferentes genes e alelos

Alelo A12

Alelo B15

Alelo C32

Alelo A2

Alelo B9

Alelo C13

Para cada gene Para cada gene polimórficopolimórfico um indivíduo pode ter um indivíduo pode ter no mesmo no mesmo locuslocus genes (alelos) diferentes genes (alelos) diferentes (um herdado da mãe e outro do pai) ou (um herdado da mãe e outro do pai) ou

eventualmente genes idênticos, se herdou do eventualmente genes idênticos, se herdou do pai e mãe alelos idênticos.pai e mãe alelos idênticos.

POLIMORFISMOPOLIMORFISMOGenes polimórficosGenes polimórficos:: são são genes cujas seqüências genes cujas seqüências

variam entre os indivíduos de variam entre os indivíduos de uma mesma espécie. uma mesma espécie.

Cada gene portanto leva à Cada gene portanto leva à síntese de uma proteína de síntese de uma proteína de

sequenciasequencia diferentediferente

CO-DOMINÂNCIA

Os alelos dos genes do MHC são Os alelos dos genes do MHC são

coco--expressos. Isto quer dizer que se o expressos. Isto quer dizer que se o

indivíduo tiver 2 alelos diferentes do indivíduo tiver 2 alelos diferentes do

mesmo gene vai produzir duas proteínas mesmo gene vai produzir duas proteínas

com algumas variações na com algumas variações na sequênciasequência

HOMOZIGOSEHOMOZIGOSEIdênticos alelos no Idênticos alelos no

mesmo mesmo locuslocus gênico em gênico em ambos os cromossomos.ambos os cromossomos.

HETEROZIGOSEHETEROZIGOSEDiferentes alelos no Diferentes alelos no

mesmo mesmo locuslocus gênico nos gênico nos dois cromossomosdois cromossomos

Alelo A12

Alelo B15

Alelo C32

Alelo A2

Alelo B9

Alelo C13

QUANTAS MOLÉCULAS CLASSE I OU CLASSE II SÃO EXPRESSAS POR CÉLULA ???

• OS DOIS ALELOS DOS GENES SÃO CO-EXPRESSOS. PORTANTO NUM INDIVIDUO TOTALMENTE HETEROZIGOTO EM TODOS OS LOCI SERÃO :

• 6 DIFERENTES MOLS. CLASSE I (6 DIFERENTES CADEIAS ALFA)

• POR VOLTA DE 15 OU MAIS MOLÉCULAS CLASSE II ( TEORICAMENTE SERIAM 6 DIFERENTES ALFA ASSOCIADAS A 6 DIFERENTES BETA)

O polimorfismo alélico é concentrado no sítio de ligação ao peptídio

α1

α3

α2

β2m α2

α1

β2

β1 Classe II(HLA-DP, HLA-DQ,HLA-DR)Regiões NÃO

polimórficas

Regiões polimórficasClasse I

ABC

O polimorfismo no MHC afeta a ligação do peptídioVariantes alelicas podem diferir em até 20

aminoácidos

α β α β α β

2

317

19

89

20 45

Polimorfismo no MHC

Na população humana, mais de 1.200 alelos do MHC foram identificados

381

185

91

A B C

No

depo

limor

fism

os Classe I

Data from http://www.anthonynolan.org.uk/HIG/index.html July 2000

DR DP DQ

Classe II657 alelos 492 alelos

B C ADP DQ DRβ α β α αβ1

β α β α αB C ADP DQ DR

β1

POLIMORFISMO ALÉLICO

Devido a ligação genética (linkage) os genes do MHC são herdadosem grupo por cromossomo

O conjunto de alelos num cromossomo é denominadoHAPLÓTIPO

β α β α αB C ADP DQ DR

β1

HERANÇA DO GENES MHC - HAPLÓTIPOS

HAPLÓTIPO1

HAPLÓTIPO2

Herança de haplótipos de MHCO haplotipo é herdado em bloco

“linkage” ou ligação

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

X

PaisDP-1,2DQ-3,4DR-5,6B-7,8C-9,10A-11,12

DP-9,8DQ-7,6DR-5,4B-3,2C-1,8A-9,10

DP-1,8DQ-3,6DR-5,4B-7,2C-9,8A-11,10

DP-1,9DQ-3,7DR-5,5B-7,3C-9,1A-11,9

DP-2,8DQ-4,6DR-6,4B-8,2C-10,8A-12,10

DP-2,9DQ-4,7DR-6,5B-8,3C-10,10A-12,9

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

B C ADP DQ DR

Crianças

Entre irmãos a chance de ter os dois haplotipos idênticos é de 1:4 e de partilhar um haplótipo é 1:2

Diversidade das moléculas de MHC na população

Se: • cada indivíduo heterozigoto apresenta 6 tipos de MHC classe I

• os alelos de cada tipo de MHC I fossem distribuídos ao acaso na população

• cada um dos 1.200 alelos pudessem estar associados com qualquer outro alelo.

Teríamos ~6 x 1015 combinações possíveis

Na realidade os alelos de MHC não são distribuídos ao acasoOs alelos segregam com a localidade e raça.

5.72

18.88

8.44

4.48

24.63

2.64

15.18

28.65

13.38

CAU AFR ASIFreqüência (%)

HLA-A1

HLA- A2

HLA- A3

Grupo de alelos

α1

α3

α2

β2m α2

α1

β2

β1

O polimorfismo alélico é concentrado no sítio de ligação ao peptídio

O polimorfismo no MHC afeta a ligação do peptídioVariantes alelicas podem diferir em até 20

aminoácidos

Classe II(HLA-DR)

Classe I

Alelo MHC A9 Alelo MHC A15

O polimorfismo no MHC determina a ligação de peptídios

Produtos de diferentes alelos do MHC se ligam a

diferentes CONJUNTOS de peptídios.

P S AYS I K I

R G Y YV Q Q L

Alelo MHC A9

Alelo MHC A15

Por que precisamos dePor que precisamos detantas moléculas e tanto tantas moléculas e tanto

polimorfismo nas polimorfismo nas moléculas Classe 1 e moléculas Classe 1 e

Classe 2 ?Classe 2 ?

Exemplo: Se só houvesse um tipo de MHC

População ameaçada de

extinção

Sobrevivência do indivíduo ameaçada

Patógeno que evade ao MHC X.

MHCXX

MHCXY

Exemplo: Se cada indivíduo apresenta 2 moléculas de MHC (MHC X e Y)

Impacto nos indivíduos depende

do genótipo

Patógeno que evade ao MHC X

MHCXX

A população sobrevive

MHCYYMas

apresenta umpeptídio que se liga ao MHC Y

Exemplo: Se cada indivíduo apresenta 2 moléculas de MHC (MHC X e Y) …., e o patógeno muta

População ameaçada de extinção

Patógeno que evade ao MHC X, mas apresenta umpeptídio que se liga ao MHC Y

MHCXX

MHCXY

MHCYY

MAS o número de tipos de moléculas de MHC não poderia aumentar infinitamente.

….até quemuta e evade aoMHC Y

A espécie necessita expressar variantesde cada tipo de molécula de MHC

• Alta taxa de replicação dos microrganismos patogênicos em relação aos vertebrados permite que um patógeno possa mutar os seus genes mais freqüentemente e escapar da resposta imune

• O número de genes de moléculas do MHC é limitado

Variantes (alelos) de MHC aumentam a resistência da espécie contra patógenos de alta poder de mutação sem aumentar o número de moléculas de MHC.

Para neutralizar a flexibilidade dos patógenos:

• As moléculas de MHC apresentam diversos variantes

• Estes variantes não protegem o indivíduo mas protegem a espécie da extinção.

Aplicações clínicas relevantes da genética do MHC:

Pareamento (“Matching”) de recipientes e doadores de transplantes

A diversidade e complexidade do MHC e seu padrão de herança explicam :

• A necessidade de “match” do MHC do recipiente com o doador de orgão.• A dificuldade de achar um match apropriado para doadores não relacionados.• 1/4 de chances de achar irmãos com MHCs idênticos e 1:2 de partilharem um haplotipo .

Principal função das moléculas Principal função das moléculas do MHCdo MHC

Apresentação de antígenosApresentação de antígenos

COMO OS ANTÍGENOS SÃO PROCESSADOS

PELAS CÉLULAS PARA GERAR PEPTIDIOS E

COMO ESTES SE LIGAM ÀS MOLÉCULAS CLASSE I E CLASSE II

?

COMO O LINFÓCITO T COMO O LINFÓCITO T APRENDE A RECONHECER APRENDE A RECONHECER

AS PRÓPRIAS AS PRÓPRIAS MOLÉCULAS CLASSE I E MOLÉCULAS CLASSE I E

CLASSE II E OS CLASSE II E OS ANTÍGENOS ANTÍGENOS Educação tímicaEducação tímica

PRÓXIMA AULAPRÓXIMA AULA

CitosolCitosol(Classe I)(Classe I)

Compartimento vesicularCompartimento vesicular(Classe II)(Classe II)

O antígeno (peptídio) será acoplado preferencialmente a O antígeno (peptídio) será acoplado preferencialmente a moléculas classe I ou classe II dependendo do compartimento moléculas classe I ou classe II dependendo do compartimento

celular onde o antígeno é processado e o peptidio gerado celular onde o antígeno é processado e o peptidio gerado

Relembrando a estrutura da célula eucariota

PEPTÍDIOS QUE SÃO GERADOS OU LIBERADOS NO CITOSOL SÃO TRANSPORTADOS PARA DENTRO DO RE E

APRESENTADOS EM CLASSE I

PEPTÍDIOS QUE SÃO GERADOS DENTRO DE ENDOSSOMAS (PATÓGENOS QUE VIVEM EM VACUOLOS E PATÓGENOS OU MOLÉCULAS QUE ENTRAM POR FAGOCITOSE ) SÃO APRESENTADOS EM CLASSE II POR FUSÃO COM VESÍCULAS

Apresentação Apresentação de peptídeos de peptídeos presentes no presentes no

citosolcitosol

Via de Via de processamentoprocessamento intracelularintracelular paraparaMHC MHC ClasseClasse II

Apresentação de Apresentação de peptídeos peptídeos

presentes no presentes no compartimento compartimento endossomicoendossomico

Via de Via de processamentoprocessamento intracelularintracelular paraparaMHC MHC classeclasse II II

SínteseSíntese de de classeclasse II com a II com a cadeiacadeia invariante, invariante, ficafica CLIPCLIP, , remoçãoremoção de de CLIPCLIP pelapelaaçãoação combinadacombinada das das enzimasenzimas proteolíticasproteolíticas e da e da moléculamolécula HLAHLA--DM .DM .

A A ligaçãoligação do do peptídeopeptídeo ANTIGENICO ANTIGENICO geradogerado no endossoma no endossoma nana fendafenda da da moléculamolécula de de classeclasse II e II e expressãoexpressão nana superfíciesuperfície celularcelular..

CLCLASS IIASS II--ASSOCIATED ASSOCIATED IINVARIANT NVARIANT

PPEPTIDE = EPTIDE = CLIPCLIP