hla iii - Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA), часть 3

Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA), часть 3

Структурная организация генов и молекул HLA.

Классические гены HLA I класса имеют следующую экзонную организацию: экзон, кодирующий сигнальный пептид1 , экзоны, кодирующие 3 внешних и трансмембранные домены, и 3 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический домен. [3]

Молекулы MHC I класса представляют собой димер, образованный α- и β-цепями. (рис.1)

21 3 1 - Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA), часть 3

Pис.1 Строение молекул MHC I и II классов. Греческими буквами обозначены домены, черными кружками — локализация углеводных групп (из учебника А.А. Ярилина «Основы иммунологии»).

Цепь a кодируют гены HLA-A, B или C. Эта цепь состоит из трех внеклеточных доменов α-1, α-2 и α-3, содержащих по 90 аминокислотных остатков. Кроме того, в состав молекулы HLA I класса входят трансмембранная и цитоплазматическая части (25 и 30 остатков соответственно). Полиморфными являются домены α-1 и α-2. Самая высокая степень полиморфизма выявлена на участке 68 — 80, а также около позиций 110 и 135. [2]

С доменом a-3 нековалентно связана β-цепь, представляющая собой β2-микроглобулин и являющаяся продуктом гена, не связанного с MHC (15 хромосома). Домен α-3 и β2-микроглобулин гомологичны доменам иммуноглобулинов (рис.2) и имеют сходную пространственную организацию: два антипараллельные β-слоя, образованные 3 и 4 отрезками полипептидной цепи и скрепленные дисульфидной связью. Над ними расположены домены α-1 и α-2, не относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинов. N-концевая часть этих доменов формирует β-слой — дно антигенсвязывающей бороздки (щели Бъоркмана). Стенки щели образованы внутренними поверхностями a-спиральных участков, сформированных С-концевыми участками доменов разной длины. Со стенками антигенсвязывающей бороздки связаны практически все гипервариабельные участки молекул HLA (рис.3) [2].

21 3 2 - Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA), часть 3

Рис.2 Белковые продукты генов суперсемейства иммуноглобулинов: 1- молекулы МНС I класса; 2- молекулы МНС II класса; 3- Т-клеточный рецептор; 4- молекула мембранного иммуноглобулина (из монографии K. Bender «The HLA system», 1991).

Было установлено, что молекула HLA-B272 может образовывать гомодимерную тяжелую цепь in vitro путем дисульфидного связывания через цистеин в положении 67 (мутация в этом участке подавляет образование гомодимеров). Подобные гомодимеры могут играть патогенную роль в развитии аутоимунных реакций [15]. «Неклассическая» молекула HLA-F также ассоциирована с b2-микроглобулином, но антигенных фрагментов в ее составе выявлено не было. Судя по составу углеводного компонента, эта молекула локализуется не на поверхности, а внутри клеток (В-лимфоцитов и В-клеточных линий). Как и другие внутриклеточные продукты MHC класса I, HLA-F ассоциирован с молекулами TAP и кальциневрином. Возможно, что молекула HLA-F предназначена для экспрессии очень ограниченного числа пептидов. [14]

Мономерные молекулы MIC схожи по строению с молекулами HLA I класса (три экстрацеллюлярных домена — α-1, -2, -3, трансмембранный участок и цитоплазматический «хвост»[5], однако полиморфные области a-цепи находятся в пределах доменов α-2 и α-3. [4]. Кроме того, полиморфным является также трансмембранный участок молекулы MICA. Полиморфизм этого участка заключается в разном количестве аланиновых остатков, что является результатом различного количества микросателлитных повторов3 в 5 экзоне гена MICA (ген состоит из 6 экзонов). Так, установлены 5 аллелей с 4, 5, 6 и 9 GCT-повторами и аллель с 5 повторами, но со вставкой дополнительного нуклеотида (GGCT).[5] Вставка G приводит к сдвигу рамки считывания и формированию стоп-кодона, в результате чего у молекулы MICA A5.1 терминируется цитоплазматический «хвост» [7]. Такие молекулы содержат длинный гидрофобный богатый лейцином трансмембранный регион, а во 2 позиции цитоплазматического домена происходит терминация [8]. Динуклеотидные повторы гена MICB (13 аллелей) расположены в 1 интроне [6].

Строение молекул HLA класса II принципиально сходно с таковым молекул I класса, несмотря на различие в составе образующих их субъединиц.(см. таблицу)(из учебника А.А. Ярилина «Основы иммунологии», 1999).

21 3 4 - Главный комплекс тканевой совместимости человека (HLA), часть 3

ТМ — трансмембранный домен, ЦИТ — цитоплазматический домен, ВК — внеклеточный домен (данные для отдельных доменов разделены дефисами)[2]

Гены, кодирующие различные полипептидные цепи молекул II класса, имеют сходную экзон-интронную организацию. Первый экзон кодирует 5,-нетранслируемую и лидерную последовательности. Второй и третий экзоны — первые (α-1 или b-1) и вторые (α-2 или β-2) внешние домены соответственно [9]. Четвертый экзон кодирует трансмембранную часть, пятый — цитоплазматический «хвост».

Молекулы HLA II класса — это мембранные гликопротеины, состоящие из двух цепей (α и β), каждая из которых содержит по два домена (рис. 1,2). Цепи молекул II класса очень сходны между собой [2]. N-концевые домены (α-1 и βb-1) в значительной степени полиморфны, в то время как вторые домены (α-2 и β-2) более консервативны и структурно гомологичны константным участкам иммуноглобулинов. Размер доменов около 90 остатков. В доменах β-1, α-2 и β-2 имеются дисульфидные связи. Между аминокислотной последовательностью домена β-2 антигенов II класса и a-1 антигенов I класса D. Larhammer et al. выявили гомологию, а последовательность аминокислотных остатков с 92 по 192 b-цепей молекул II класса также схожа с b2-микроглобулинами и иммуноглобулиноподобными доменами тяжелых цепей антигенов I класса (рис.2).

Возможно, что наличие общих участков в структуре антигенов I и II классов является отражением их общей эволюции. [1] Каждая из цепей молекул II класса имеет трансмембранный участок длиной около 25 гидрофобных аминокислотных остатков и короткую С-концевую цитоплазматическую область длиной примерно в 10 — 20 аминокислотных остатков. На аминокислотном уровне наиболее полиморфными являются внешние альфа-1 и бета-1 домены, которые образуют пептид-связывающую бороздку и отвечают за презентацию антигенов.

Трехмерная структура молекулы II класса была установлена в 1993 году Brown et.al. на основе рентгеноструктурного анализа [10, 11]. Антигенсвязывающую бороздку молекул II класса образуют наиболее экспонированные внешние домены, α-1 и β-1. Дно бороздки сформировано b-складчатой структурой, состоящей из восьми антипараллельных участков, а стенки образованы a-спиралями (рис.3). Отличие антигенсвязывающей бороздки молекул II класса от таковой молекул I класса заключается в том, что в молекулах II класса она образована двумя разными цепями [2]. Домены, образующие бороздку, и в особенности первый домен b-цепи, чрезвычайно полиморфны. Области полиморфизма собраны в несколько дискретных гипервариабельных участков (например, в b-цепи HLA-DQ они соответствуют аминокислотным остаткам в положениях 52 — 58, 70 — 77, 84 — 90) [2].

Предполагали, что одни из этих участков расположены в пределах бороздки в положении, оптимальном для связывания антигена, а другие образуют детерминанты, вовлекаемые во взаимодействие с Т-клеточными рецепторами. В частности, было показано, что некоторые аминокислотные замены в полиморфных участках молекул HLA могут влиять на структурные изменения, значимые для образования «карманов», в которых связываются определенные презентируемые пептиды. Эти изменения могут даже полностью нарушать правильное связывание конкретного пептида, препятствуя его успешной презентации, а также влиять на корректное физиологическое распознавание комплекса «пептид-молекула HLA» Т-клетками [11]. Исследуя мутантные I-A(d) молекулы (молекулы I-A — молекулы главного комплекса гистосовместимости у мышей), Bryant et al. пришли к выводу, что корректное связывание пептидов в бороздке обеспечивается консервативным участком b-цепи (положения 80 — 82). Было также установлено, что исчезновение единственной водородной связи в положении 81 или двух водородных связей в положении 82 достаточно для того, чтобы молекула класса II I-A(d) стала неспособна к стабильному взаимодействию с пептидами, хотя процесс сборки молекулы в присутствии интактной инвариантной цепи при этом не нарушается. На основании полученных данных Bryant et al. предположили, что стабильное взаимодействие молекул MHC (major histocompability complex) II класса с пептидами зависит также и от плотности сети водородных связей между аминокислотными остатками альфа-спиралей молекулы MHC и связываемым пептидом [12]. С другой стороны, Gaubin et al установили, что с CD4-рецепторами могут взаимодействовать и неполиморфные участки вторых доменов молекулы HLA (в данном случае HLA-DR) [13]. Таким образом, структура генов и молекул HLA обусловлена их биологическим предназначением. Более подробно особенности функционирования генов и молекул HLA будут рассмотрены далее.


1Сигнальный пептид — короткий фрагмент белковой молекулы, позволяющий осуществлять специфичный транспорт белка в соответствии с его функциями. За открытие сигнальных пептидов доктор Гюнтер Блобул был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1999-го года за фундаментальный вклад в молекулярную цитологию.

2Антиген HLA-B27 ассоциирован с высокой степенью риска развития спондилоартропатии. В 1973 году у больных анкилозирующим спондилитом обнаружили высокую частоту встречаемости этого антигена. Начавшиеся после этого исследования стали основой нового направления в иммуногенетике, получившего название «HLA и болезни».

3Микросателлитные повторы — короткие тандемные повторы (последовательности ДНК), дисперсно распределенные по всему геному; обычно характеризующиеся высоким уровнем популяционной изменчивости по числу повторяющихся единиц в кластере (кластер — группа тандемно расположенных идентичных элементов генома)[9].

Автор статьи: к.м.н. Грудакова Е. Г.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Н.В. Медуницын, Л.П. Алексеев. Система Ia-антигенов. // Москва, «Медицина» — 1987 год. — стр.100-101.
  2. А.А. Ярилин .Основы иммунологии. // Москва, «Медицина» — 1999 год — стр.216-217.
  3. Hood, L.; Steinmetz, M.; Goodenow, R. Genes of the major histocompatibility complex. // Cell — 1982 — 28: p 685-687.
  4. Perez-Rodriguez M, Arguello JR, Fischer G, Corell A, Cox ST, Robinson J, Hossain E, McWhinnie A, Travers PJ, Marsh SG, Madrigal JA. Further polymorphism of the MICA gene. // Eur J Immunogenet — 2002 — Feb;29(1):p35-46.
  5. Molinero LL, Marcos CY, Mirbaha F, Fainboim L, Stastny P, Zwirner NW. Codominant expression of the polymorphic MICA alloantigens encoded by genes in the HLA region. // Eur J Immunogenet — 2002 Aug — 29(4):p315-9.
  6. Bolognesi E, Dalfonso S, Rolando V, Fasano ME, Pratico L, Momigliano-Richiardi P. MICA and MICB microsatellite alleles in HLA extended haplotypes. // Eur J Immunogenet — 2001 Oct — 28(5):p523-30.
  7. Suemizu H, Radosavljevic M, Kimura M, Sadahiro S, Yoshimura S, Bahram S, Inoko H. A basolateral sorting motif in the MICA cytoplasmic tail. // Proc Natl Acad Sci U S A — 2002 Mar — 5;99(5):p2971-6.
  8. Obuchi N, Takahashi M, Nouchi T, Satoh M, Arimura T, Ueda K, Akai J, Ota M, Naruse T, Inoko H, Numano F, Kimura A. Identification of MICA alleles with a long Leu-repeat in the transmembrane region and no cytoplasmic tail due to a frameshift-deletion in exon 4. // Tissue Antigens — 2001 Jun — 57(6):p520-35.
  9. В.Н. Горбунова, В.С. Баранов. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний. // CПб., «Специальная Литература» — 1997 г. — стр. 262.
  10. Brown J.H., Jardetzky T.S., Gorga J.C., Stern L.J., Urban R.G., Strominger J.L., Wiley D.C. Three-dimensional structure of the human class II histocompatibility antigen HLA-DR1 // Nature.- 1993.- Vol.364.- P.33- 39.
  11. Matsuo H, Corlett L, Hawke S, Nicolle M, Driscoll P, Deshpande S, Spack E, Willcox N. Distant interactions between dimorphisms in HLA-DR4 radically affect recognition of defined peptides by a specific T cell clone. // Int Immunol 1999 May;11(5):835-43
  12. Bryant PW, Roos P, Ploegh HL, Sant AJ Deviant trafficking of I-A(d) mutant molecules is reflected in their peptide binding properties. // Eur J Immunol — 1999 Sep; 29(9): 2729-2739.
  13. Gaubin M, Houlgatte R, Dettin M, Scarnici C, Martin M, Guardiola J, Di Bello C, Piatier-Tonneau D. Definition of the alpha 2 region of HLA-DR molecules involved in CD4 binding. // Hum Immunol 1999 Apr;60(4):273-81
  14. Wainwright Shane D., Biro P. Andrew, Holmes Christofer H. HLA-F is a predominantly empty, intracellular, TAP-associated MHC class Ib protein with a restricted expression pattern. // J.Immunol. — 2000. — 164, №1 — p319-328.
  15. Bowness P. The molecular structure of HLA-B27 and implication for autoimmunity. // J. Rheumatol. — 2000 — 27, №59 — p21.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: