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TCR e maturazione linfociti T

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Università di Roma Tor Vergata - Corso di Laurea in Scienze Biologiche - Immunologia Molecolare - dott. Claudio PIOLI - a.a. 2015/2016

Il recettore per l’Ag dei linfociti T,T-Cell Receptor (TCR)

• eterodimero composto da catene a e b o g e d

• TCR a/b presente in 95% delle cellule T periferiche– eterodimero legato da ponte disulfuro

• struttura dei domini di tipo immunoglobulinico

• non esiste forma secreta del TCR

• ciascun TCR ha un solo sito di legame per l’antigene (monovalente)


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Struttura TCR ab

Ponti disolfuro intra-catena

Ponte disolfuro inter-catena

carboidrati

• Eterodimero composto da catena a e b

• Ciascun catena contiene• 1 dominio variabile

• 1 dominio costante

• 1 dominio transmembrana


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Struttura TCR: confronto con Fab


• Le due porzioni variabili • Le due porzioni variabili giustapposte costituiscono il sito di legame

• Ciascuna contiene 3 CDR (complementarity determing regions)

Struttura TCR ab


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Interazione TCR con complesso peptide-MHC

MHC, Major Histocompatibility Complex


Funzioni delle cellule presentanti l’antigene(APC, Antigen-Presenting Cells)


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Via di ingresso degli antigeni


Cattura e presentazione antigene


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Cattura e presentazione antigene


Struttura MHC di classe I


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Struttura MHC di classe II


Residui polimorfici in molecole MHC


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Legame peptide a MHC




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MHC-Ag

TCR

Membrana cellulareAPC

Membrana cellularelinfocita T


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CDR3 centrati su peptide


CDR2 su a-eliche di MHC

CDR1 sulle estremità peptide


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Kd Ig/TCR/MHC

Ig(secrete)

TCR Molecole MHC

Kd 10-7-10-11 M 10-5-10-7 M 10-6-10-9 M

On-rate Rapido Lento Lento

Off-rate Variabile Lento Molto lento


Complesso del TCR• Eterodimero a/b (o g/d)

• CD3– catene g, d, e– 1 eterodimero d/e– 1 eterodimero g/e

• catena z– omodimero z/z

• in 90% CD3

– eterodimero z/h• in 10% CD3• h splicing alternativo di z


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• cariche TCR– catena a

• 1 lisina (+), 1 arginina (+)– catena b

• 1 lisina (+)

• cariche CD3– catena g, d, e

• 1 acido aspartico (-) ciascuna

• cariche catene z– 1 acido aspartico (-)

ciascuna

Interazioni elettrostatichein complesso TCR-CD3


• cariche TCR– catena a, 1 lisina (+), 1

arginina (+)– catena b, 1 lisina (+)

• cariche CD3– catena g, d, e, 1 acido

aspartico (-) ciascuna• cariche catene z

– 1 acido aspartico (-) ciascuna

Interazioni elettrostatichein complesso TCR-CD3

• secondo alcuni modelli il complesso TCR contiene 2 eterodimeri a/bUniversità di Roma Tor Vergata - Corso di Laurea in Scienze Biologiche - Immunologia Molecolare - dott. Claudio PIOLI - a.a. 2015/2016

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Il corecettore CD4

Cellule CD4 abTCR riconoscono peptide associato a molecole MHC classe II

• Composto da 1 catena• 4 domini Ig extracellulari, 1 dominio transmembrana• riconosce dominio b2 di MHC II


Il corecettore CD8• Composto da 2 catene legate da ponti disolfuro

– eterodimero CD8a/CD8b– omodimero CD8a/CD8a

• 1 dominio Ig extracellulare e 1 dominio transmembrana/catena• riconosce dominio a3 di MHC I

Cellule CD8ab TCRabriconoscono peptide associato a molecole MHC classe I

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Distinct Lineages of Lymphocyte Maturation


Sviluppo dei linfociti T (1/4)

• I progenitori T migrano dal midollo osseo al timo

• I precursori T riarrangianoi geni del TCR (T cellreceptor) nel timo


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• Selezione positiva– cellule T immature che

riconoscono MHC ricevono segnali di sopravvivenza

• Selezione negativa– cellule T immature che

riconoscono con alta affinità MHC self vanno in apoptosi



• Cellule T mature migrano in organi linfatici periferici

• Cellule T mature incontrano antigeni in organi linfatici periferici e sono attivate– differenziamento in cellule

effettrici


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• Cellule T mature attivate migrano in siti di infezione

• Svolgono funzioni effettrici


Il timo è necessario per la maturazione in linfociti T dei precursori provenienti dal midollo osseo

Topi RAG-2 KOMancano di linfociti T (e B)(non sono in grado di riarrangiare i segmenti genici di TCR e Ig)

Topi nudiNon sviluppano epitelio corticale del timoMancano di linfociti T


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RAG2 KO Nudo

Trapianto BMC

Linfociti T in milza

Linfociti B in milza

Prima - -Dopo + +

Trapianto timo

Linfociti T in milza

Linfociti B in milza

Prima - +Dopo + +

BMC, bone marrow cells, cellule di midollo osseoUniversità di Roma Tor Vergata - Corso di Laurea in Scienze Biologiche - Immunologia Molecolare - dott. Claudio PIOLI - a.a. 2015/2016

Organizzazione cellularedel timo

Corti

cale

Mid

olla

re

Cellula epiteliale corticale

Timocita

Macrofago(origne midollo osseo)

Cellula dendritica(origine midollo osseo)

Cellula epiteliale midollare

Giunzione cortico-midollare


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Le cellule epiteliali del timo formanouna rete che circonda i timociti


DN1

CD44hi

CD25-

DN2

CD44+

CD25+

DN3

CD44-

CD25+

DN4

CD44-

CD25-

CD4- CD8- (DN)CD4

CD8CD4+

CD8lo

DP

CD4+

CD8+

CD4+

CD8-

CD4-

CD8+


Thymus

Bone marrow

T cell precursors

I timociti a diversi stadi di sviluppo esprimonomolecole di superifcie diverse

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Timociti a diversi stadi di maturazione sitrovano in parti distinte del timo

� Le cellule più immature si trovano nella regione subcapsulare

� Con il procedere del differenziamento in timociti doppio positivi, migrano più in profondità

� La parte midollare contiene cellule mature singolo positive che lasciano il timo attraverso i vasi


Organizzazione geni TCR

Catena a e d del TCR di topo (Cromosoma 14)

Catena b del TCR di topo (Cromosoma 6)

Catena g del TCR di topo (Cromosoma 13)


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Sources of TCR diversity

*

* L’aggiunta di nucleotidi N (e P) avviene sia per la catena a che per la bUniversità di Roma Tor Vergata - Corso di Laurea in Scienze Biologiche - Immunologia Molecolare - dott. Claudio PIOLI - a.a. 2015/2016

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Localizzazione CDR in TCR

Catena b TCR

Catena a TCR

V C

CDR


Correlazione tra diversi stadi di differenziamento e riarrangiamento catene TCRab


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Espressione di proteinenel corso del differenziamento


Espressione di proteinenel corso del differenziamento


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Stadi del riarrangiamento in cellule T con TCRab

DN3



DN3

DN3

DP


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• La catene b è associata alla catena invariante pre-Ta

• Pre-TCR è associato alle proteine z e al complesso CD3 (presenti anche in TCR maturo)

• Inibizione di ulteriori riarrangiamenti catena b(esclusione allelica)

• Sopravvivenza e stimolazione proliferazione cellule pre-T

• Stimolazione riarrangiamento catena a

• Espressione CD4 e CD8


DP


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Selezione positiva: le cellule il cui TCR riconosce un complesso Ag-MHC

ricevono un segnale di sopravvivenza edifferenziano in singole positive per CD4 o CD8


Selezione positiva: le cellule il cui TCR non riconosce un complesso Ag-MHC

non ricevono un segnale di sopravvivenza emuoiono per apoptosi


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• La maggior parte dei dei timociti muore per apoptosi nel timo.

• Le cellule apoptotiche sono immediatamente rimosse dai macrofagi

In rosso: cellule in apoptosiIn blu: macrofagi


Figure 7-32 part 1 of 2


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Selezione negativa: le cellule il cui TCR riconosce

un complesso Ag-MHC con elevata affinitàmuoiono per apoptosi


CD4

CD8

DPDN1

CD44hiCD25-

DN2

CD44+CD25+

DN3

CD44-CD25+

DN4

CD44-CD25-

CD4- CD8-

Linfociti con recettoreper antigene di tipo gd

Linfociti con recettoreper antigene di tipo ab


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