1

La presentazione dell’antigene ai

linfociti T e le molecole del

maggior complesso di

istocompatibilita’

2

•Analisi della biologia cellulare e significato dei differenti

pathways di presentazione dell’antigene

•Pathway di processazione endogena e presentazione a da

parte delle molecole MHC di classe I a linfociti T CD8+

•Pathway di processazione esogena e presentazione a da

parte delle molecole MHC di classe II a linfociti T CD4+

•Meccanismi di attivazione dei linfociti T

•Attivazione vs anergia

•Risposte effettrici dei linfociti T

•Classificazione funzionale dei linfociti T

•Analisi della risposta T cellulare in vitro ed ex vivo

Obiettivi

3

1. Biologia cellulare e

significato dei differenti

pathways di presentazione

dell’antigene ai linfociti T

4

La processazione dell’antigene e

la presentazione ai linfociti T (1)

La processazione e la presentazione dell’antigene

ai linfociti T è un insieme dei processi intimamente

interconnessi che avvengono nella cellula, che

hanno come risultato la frammentazione delle

proteine antigeniche, l’associazione dei frammenti

proteici (peptidi) alle molecole MHC, il trasporto

del complesso peptide/MHC sulla superficie

cellulare dove può essere riconosciuto dal

recettore dei linfociti T.

5

• Frammentazione delle proteine in peptidi

• Associazione delle proteine alle molecole MHC di neosintesi e/o ricircolo dalla membrana citoplasmatica

• Trasporto del complesso peptide/MHC sulla membrana citoplasmatica

La processazione dell’antigene e

la presentazione ai linfociti T (2)

La necessità da parte del sistema immunitario di

eliminare/neutralizzare diversi tipi di antigeni e di

monitorare il “self” ha portato allo sviluppo di due

diverse vie di processazione e presentazione antigenica

in grado di stimolare la popolazione di linfociti T più

opportuna alla eliminazione dell’antigene stesso

6

TCR

MHC-II

Patogeni e particelle

extracellulari etc

Complesso

MHC/peptide/TCR

APC

CD4+

T-Cell CD8+

T-Cell

Ribosomi

Proteasoma

MHC-I

Le vie di processazione dell’antigene e

la presentazione ai linfociti T

7

•I virus replicano all’interno di cellule nucleate e nel citosol

delle cellule sono presenti I suoi antigeni (antigeni endogeni)

•Cellule trasformate producono set diversi di proteine (inclusi

“neoantigeni”). Queste proteine sono presenti nel citoplasma

della cellula (antigeni endogeni)

•Questi antigeni sono degradati nel citoplasma da complessi

macromolecolari (proteasomi) e vengono associati a

molecole MHC di classe I di neosintesi nel reticolo

endoplasmatico e portate sulla superficie cellulare.

•I linfociti T CD8+ citotossici riconoscono il complesso MHC-

I/peptide ed uccidono queste cellule infette/trasformate,

controllando la diffusione del virus e delle cellule trasformate

Considerazioni sulla presentazione

dell’antigene ai linfociti T (1)

8

•I batteri replicano principalmente nell’ambiente

extracellulare. Le cellule del sistema immunitario captano i

batteri e li degradano nel compartimento lisosomale.

• le cellule rendono disponibili in questo compartimento

frammenti peptidici degli antigeni (esogeni) che associati a

molecole MHC di classe II vengono esportati alla superficie

cellulare.

•I linfociti T helper (Th2) riconoscono il complesso MHC-

II/peptide ed rilasciano citochine in grado di attivare i linfociti

B a produrre anticorpi contro i batteri, limitando così la

crescita di questi organismi.

Considerazioni sulla presentazione

dell’antigene ai linfociti T (2)

9

•Alcuni batteri sono patogeni intracellulari replicandosi nelle

vescicole endosomali/lisosomali (principalmente dei

macrofagi).

•I loro prodotti possono essere degradati ed associati a

molecole MHC-II sulla superficie cellulare.

•I linfociti T helper (Th1) riconoscono il complesso MHC-

II/peptide ed rilasciano citochine proinfiammatorie in grado di

attivare i macrofagi, determinando l’uccisione dei batteri

intracellulari.

Considerazioni sulla presentazione

dell’antigene ai linfociti T (3)

10

Localizzazione dell’antigene

e presentazione

11

Considerazioni sulla presentazione

dell’antigene ai linfociti T (4)

•Le molecole MHC non sono esportate sulla superficie

cellulare se non sono complessate con un peptide

•Sia peptidi derivanti da proteine self che non-self sono

associati alle molecole MHC ed esportate sulla superficie

cellulare

•La natura chimica della tasca di legame delle molecole

MHC determina quali peptidi vengono legati

•Il set di molecole MHC del singolo individuo determina

l’insieme di antigeni che questo può riconoscere/non

riconoscere

12

2. Pathways di processazione

antigenica endogena ed

esogena

13

Eventi nella via di presentazione

dell’antigene ai linfociti T CD8

Proteine ubiquitinate del citosol sono degradate dai

proteosomi (un complesso di proteine ad attività proteolitica)

e da altre proteasi.

I frammenti (peptidi di 12-14 aa) sono attivamente pompati

nel reticolo endoplasmatico dai trasportatori di membrana

TAP-1 e -2.

I peptidi vengono ulteriormente tagliati da proteasi all’interno

del reticolo endoplasmatico (ERAP-1 e –2) a frammenti di 8-

10 aa che vengono associati alla molecole MHC di classe I

di neo sintesi.

I complessi MHC classe I (catena pesante), beta2

microglobulina e peptide formano un complesso stabile che

è trasportato sulla superficie cellulare

14

Pathway di processazione endogeno

15

Eventi nella via di presentazione

dell’antigene ai linfociti T CD4 (1)

•Le molecole MHC di classe II sono espresse solo da uno

specifico gruppo di cellule (le cellule presentati l’antigene –

APC-). Le principali APC sono macrofagi, cellule dendritiche

ed i linfociti B.

•Proteine esogene od antigeni complessi (virus, batteri, ect)

sono fagocitati/endocitati e degradati nel compartimento

lisosomale endosomale dalle proteasi acide presenti nei

lisosomi.

16

Eventi nella via di presentazione

dell’antigene ai linfociti T CD4 (2)

•Le proteine MHC di classe II di neosintesi nel reticolo

endoplasmatico, sono associate alla catena invariante (Ii)

che ne previene il legame con peptidi endogeni e trasportate

nel Golgi e nei “late endosome” si fondono con le vescicole

del comporatimento endosomale/lisosomale dove è

avvenuta le dagradazione dell’antigene a peptidi in uno

specifico compartimento denominato MIIC).

•Qui avviene lo scambio tra Ii, o ciò che ne rimane associato

alla molecola MHC-II (CLIP), ed il peptide antigenico nella

tasca di legame, mediato da –DM e –DO.

•Quindi I complessi vengono trasportati sulla superficie

cellulare e presentati ai linfociti T CD4+.

17

Pathway di processazione esogeno

18

3. Associazione dei peptidi

antigenici alle molecole MHC

e

Sistema HLA dell’uomo

19

TCR

HLA-class II

Pathogens

Exogenous particles

etc

HLA/peptide/TCR

complex

APC

CD4+

T-Cell CD8+

T-Cell

Ribosomes

Proteasome

HLA-class I

Interazione APC/T-cell

20

Caratteristiche del T-cell receptor

21

MHC/peptide complex

cell membrane

MHC molecule

peptide

22

The Major Histocompatibility Complex

(Human Leukocyte Antigen, in Human)

Come I linfociti T vedono “l’Universo”

23

HLA (prodotti genici)

24

Class I MHC heavy (a) chain

genes: HLA-A, HLA-B & HLA-C

HLA Class I MHC region

25

26

HLA

CLASS I

27

HLA Class II MHC region

EACH LOCUS ENCODES EITHER AN ALPHA

CHAIN GENE OR A BETA CHAIN GENE

28

29

HLA

CLASS II

30

Distribuzione differenziale delle molecole MHC

Tissue MHC class I MHC class II

T cells +++ +/-

B cells +++ +++

Macrophages +++ ++

Other APC +++ +++

Epithelial

cells of thymus + +++

Neutrophils +++ -

Hepatocytes + -

Kidney + -

Brain + -

Erythrocytes - -

31

Class I MHC

32

Class I MHC

33

Class I MHC

34

Interaction between HLA class I and peptide

35

Class II MHC

36

Class II MHC

37

Class II MHC

38

HLA classe II

P1 P9

P6 P4

Interaction between HLA class II and peptide

39

A. HLA-DP2(E69)

B. HLA-DP2K69

HLA polymorphisms (1)

+0.7

-0.7

+0.7

-0.7

Berretta et al 2003.

40

Position P4 of HLA-DP2 preferentially bind polar, aromatic or positive charged residues.

0.01 0.1 1 10 100

IC50 M

C

EFGH

K

MN

QR

WY

HLA-DP2 P4 affinities

(WT) A

D

I

L

P

STV

0.01 0.1 1 10 100

IC50 M

A (WT)

DEF

HIKLMNPQR

WY

HLA-DP2k69 P4 affinities

C

G

STV

Posizione P4 of HLA-DP2k69 bind preferentially only aromatic residues.

HLA polymorphisms (2)

Berretta et al 2003.

41

Non-self

Singoli peptidi derivati dal patogeno

42

4. Attivazione dei linfociti T

43

Figure 8-9

44

HLA-class II

HLA-class I

Interazione tra HLA/peptide/TCR

45

Immunological synapses

46

Figure 8-12 Co-signals control T-cell activation and proliferation

47

Two signals are necessarily to active naive T-cells

48

Figure 8-13 In absence of co-signals T-cells

anergize

49

Figure 8-18

50

After capturing the antigen, DCs migrate from the tissue to the

proximal LN. The antigen capture

determines the full maturation of the DCs capable ot activating

naïve T-cells

51

5. Eventi molecolari alla base

della attivazione dei linfociti T

52

A. Assemblaggio

del complesso di

trasduzione del

segnale

53

B. Mediatori della

trasduzione

del segnale

dei linfoinciti

T e d

attivazione

dei fattori

nucleari

54