Riconoscimento dell’antigene

Risposta immune adattativa

• La risposta immune innata è molto efficiente ma non sempre riesce ad impedire il diffondersi dell’infezione

• È essenziale quindi che subentri la risposta adattativa specifica per il patogeno che sta attaccando in quel momento il nostro organismo

BCR (B-cell receptor) ed anticorpi

• BCR: espresso sulla superficie dei linfociti B • Anticorpo: secreto dalle plasmacellule

• Le due molecole hanno la stessa struttura, gli anticorpi sono la forma

secreta del BCR

• Ci sono diversi tipi di anticorpi (classi), struttura di base simile

Struttura degli anticorpi • Forma a Y, 3 porzioni grossolanamente uguali per dimensioni • Regioni Variabili: coinvolte nel riconoscimento dell’antigene • Regione Costante: interagisce con effettori cellulari e

molecolari della risposta anticorpale • 5 classi di anticorpi: IgM, IgD, IgG, IgA e IgE, diversi nelle loro

regioni costanti • Esempio struttura IgG: 150kd, composta da 4 molecole

• Due catene pesanti (heavy chain), di 50kDa, legate tra solo da ponti disolfuro

• Due catene leggere (light chain), di 25kDa, legate alla catena pesante da un ponte disolfuro

• Due tipi di catene leggere: κ and λ, con funzione equivalente

• Una IgG possiede due siti leganti l’antigene per molecola, il che aumenta la forza totale dell’interazione antigene-anticorpo (avidità)

• Il BCR è identico come struttura ma la regione c-terminale della catena pesante (regione costante) contiene una sequenza idrofobica che lo ancora alla membrana

IgG

Il dominio Ig • Lungo circa 110 aa • Catene leggere: composte da due domini Ig • Catene pesanti: composte da quattro domini

Ig • Il primo dominio amino-terminale di

entrambe le catene è caratterizzato da grande variabilità in funzione dell’anticorpo, gli altri domini sono conservati per ciascuna classe di anticorpo

• VH e VL • CL e CH1-3

Frammenti proteolitici degli anticorpi

• Varie proteasi possono digerire in maniera limitata le molecole di anticorpi generando frammenti che contengono porzioni diverse della molecola

• Fab (fragment antigen binding); Fc (fragment crystallizable) • F(ab’)2: le due braccia leganti l’antigene restano unite tramite il ponte disolfuro

• Gli anticorpi sono molecole estremamente flessibili, il che consente variabilità nella formazione del complesso antigene-anticorpo

Interazione antigene-anticorpo

• La variabilità delle regioni variabili si concentra in alcune zone dette regioni ipervariabili (HV1-3)

• Le HV si intervallano con le regioni “framework” (FR1-4) meno variabili, più importanti nel folding vero e proprio

• Le sei regioni ipervariabili formano il sito di legame per l’antigene, e sono dette anche “complementarity-determining regions” (CDRs), perchè sono complementari alla superficie dell’antigene

• Poichè le CDR sono formate dalle due catene, la specificità anticorpale può essere influenzata anche dalla combinazione delle due diverse catene

Struttura del legame antigene-anticorpo

• La superficie legante l’antigene comprende le CDR delle due catene (H ed L) • Un piccolo antigene (gli antigeni di piccole dimensioni vengono chiamati apteni e ne parleremo

più avanti) di solito interagisce con una superficie (un “solco”) che si genera fra le due catene • Molecole più grosse (regioni di proteine) possono avere multiple superfici di interazione molto

più estese • Il tipo di legame non è sempre “a tasca”, ci possono essere anche delle protrusioni

dell’anticorpo che entrano all’interno di cavità presenti nell’antigene • La regione dell’antigene riconosciuta dall’anticorpo viene detta epitopo

• Lineare • Conformazionale

Riconoscimento dell’antigene dalle cellule T

• Le cellule T riconoscono gli antigeni solo nel contesto della superficie cellulare “self”

• L’antigene deve essere “presentato” da cellule dello stesso individuo • La presentazione avviene ad opera di speciali glicoproteine che si associano

all’antigene –le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità -MHC

Il recettore delle cellule T (T cell receptor)

• Composto da due subunità dette TCRα e TCRβ, unite da un ponte S-S • Una piccola parte delle cellule T ha un TCR formato da due diverse subunità,

la funzione di questo subset di cellule non è chiara e non ce ne occuperemo

• Il TCR ricorda come struttura il frammento Fab degli anticorpi

TCR

• Regione variabile • Regione costante • Linker contenente il ponte S-S • Regione transmembrana+ • Coda citoplasmatica

• Il riconoscimento dell’antigene dal TCR è diverso da

quello effettuato dagli anticorpi • Le cellule T rispondono a corte sequenze

peptidiche che appartengono a regioni diverse di una determinata proteina

• A volte queste sequenze sono all’interno della proteina

• Necessità del “processing” della proteina • La corta sequenza peptidica che deriva dalla

proteina “estranea” viene riconosciuta solo quando legata ad una molecola di classe MHC

Due classi di molecole MHC

Classe I

Classe II

MHC di classe I • Due catene

• Alpha (tre regioni, 1-3) • Beta2-microglobulina

• Alpha1-2 formano la superficie legante il peptide da presentare

• Molecole polimorfiche (centinaia di alleli, ne parliamo dopo), e questo influenza la natura del peptide presentato

• La ß2-microglobulina non è polimorfica MHC di classe II • Due catene (alpha e beta, entrambe sono

transmembrana) • La tasca per il peptide si forma fra catene alpha e

beta • Molecole polimorfiche

Il legame MHC-peptide antigenico

• Le molecole di classe MHC devono essere in grado di interagire con peptidi derivati da una grande varietà di proteine diverse

• Una caratteristica del legame MHC-peptide è che le molecole MHC sono più stabili conformazionalmente dopo l’interazione con il peptide

• I peptidi che legano a MHC di classe I sono corti (8-10aa), ad MHC di classe II sono più lunghi anche se di solito rientrano fra 13-17aa

Il legame MHC-peptide antigenico

Il legame TCR-MHC-peptide

• Il TCR stabilisce contatti sia con il peptide, che con la molecola di MHC • Da cinetiche di binding si può ipotizzare che in una prima fase MHC-TCR sia

l’interazione predominante, per poi passare ad una seconda fase di più fine interazione con il peptide antigenico

Il ruolo dei co-recettori CD4 e CD8

• CD4: presente sui linfociti T helper • CD8: presente sui linfociti T citotossici • CD4-CD8 si associano con I TCR e interagiscono con regioni invarianti

delle molecole MHC • Il legame con CD4-CD8 è essenziale per le cellule T, altrimenti non si

verifica una risposta efficace in seguito all’interazione con l’antigene

CD4 e CD8

• CD4 è un’unica catena, che interagisce con MHC di classe II, lontano dal sito di legame con il TCR in modo da permettere il legame simultaneo con il complesso

• Porzione intracitoplasmatica di CD4 lega la chinasi Lck • CD8 è omo- o eter-dimerico, interagisce con MHC di classe I, in modo simile a CD4-MHC II

Espressione di MHC

• MHC di classe I presentano peptidi patogeni (specie virus) a linfociti T citotossici

• Tutte le cellule nucleate esprimono MHC I, anche se in quantità differente

• MHC di classe II sono legati a linfociti T helper, che devono assistere altre cellule del sistema immune

• Espress quindi specie su cellule B, macrofagi e cellule dendritiche

• Espressione di MHC è regolata da citochine (specialmente gli interferoni)