MHC及抗原呈递学习教案

1、会计学1MHC及抗原呈递及抗原呈递第一页，共72页。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1980for their discoveries concerning genetically determined structures on the cell surface that regulate immunological reactions第一节、第一节、 概述概述(i sh)Baruj Benacerraf 1/3 of the prize USAHarvard Medical School Boston, MA, USA b. 1920(i

2、n Caracas, Venezuela)Jean Dausset 1/3 of the prize France University de Paris, Laboratoire Paris, France b. 1916George D. Snell 1/3 of the prize USAJackson Laboratory Bar Harbor, ME, USA b. 1903 d. 1996第1页/共71页第二页，共72页。第2页/共71页第三页，共72页。第3页/共71页第四页，共72页。第4页/共71页第五页，共72页。第二节、第二节、MHC基因基因(jyn)及其编码的及其编码的

3、分子分子一、一、MHC基因基因(jyn)分类及其多分类及其多样性：样性：（一）人和小鼠（一）人和小鼠MHC复合体中的基因座复合体中的基因座第5页/共71页第六页，共72页。1.经典MHC的I和II类基因 HLA I类 HLA II类2. 免疫(miny)功能相关基因血清补体成分的编码基因 C4b、C4a、Bf等抗原加工相关基因 PSMB、TAP、HLA-DM等非经典I类基因 HLA-E、HLA-G等炎症相关基因 TNF、LTA、IB、MIC等第6页/共71页第七页，共72页。8 8 个个 MHC- MHC-基因，即基因，即HLA-AHLA-A、-B-B、-C-C、-E-E、-F-F、- -G

4、G、MIC-A(MHC class chain-relatedMIC-A(MHC class chain-related）和）和MIC-BMIC-B，散布于一些非免疫相关散布于一些非免疫相关(xinggun)(xinggun)基因之间。基因之间。HLA-AHLA-A、B B 和和 C C 是经典的是经典的类类 MHC MHC基因，又称基因，又称 MHC-a MHC-a 基因。它们具有明显的多态性，而且表达基因。它们具有明显的多态性，而且表达于几乎所有有核细胞的表面。于几乎所有有核细胞的表面。（二）（二）MHC类分子的分类类分子的分类(fn li)、结构、结构和分布和分布1、分类、分类(fn l

5、i)：第7页/共71页第八页，共72页。HLA-E、-G 和和 -F 属于非典型属于非典型 MHC 基因，又称基因，又称 MHC-b 基因。基因。 作为作为HLA-类分子的重链，与类分子的重链，与15号染色体上号染色体上2微球蛋微球蛋白基因编码产物，通过非共价键结合白基因编码产物，通过非共价键结合(jih)后，成为后，成为HLA-类抗原。类抗原。第8页/共71页第九页，共72页。HLA-类分子类分子(fnz)的三维空间构型图的三维空间构型图第9页/共71页第十页，共72页。CD8分子结合部位；分子结合部位；跨膜区跨膜区: 3结构域的结构域的C端侧有端侧有一段较短的连接区。一段较短的连接区。胞内

6、区：约含胞内区：约含30个氨基酸残基。个氨基酸残基。第10页/共71页第十一页，共72页。2-微球蛋白（微球蛋白（ 2m ）：）： 含含99个氨基酸残基，分子量个氨基酸残基，分子量12kDa，由，由15号染号染色体基因编码。与色体基因编码。与MHCI类分子的抗原性无关，也类分子的抗原性无关，也不直接参与和抗原肽段的结合，对于该分子重链在不直接参与和抗原肽段的结合，对于该分子重链在细胞膜表面的表达以及执行细胞膜表面的表达以及执行(zhxng)其正常生理功其正常生理功能是必须的。能是必须的。第11页/共71页第十二页，共72页。板书(bnsh)第12页/共71页第十三页，共72页。第13页/共71

7、页第十四页，共72页。第14页/共71页第十五页，共72页。类基因类基因(jyn)(jyn)区共包含区共包含9 9个免疫相关基因个免疫相关基因(jyn)(jyn)座：座： 包括包括 HLA-DP HLA-DP、DNDN、DM(DO)DM(DO)、DQ DQ 和和 DR DR 等等5 5个基因个基因(jyn)(jyn)家族，每个家族包括家族，每个家族包括 A A 和和 B B 两类基因两类基因(jyn)(jyn)座，座，分别编码分别编码 HLA-II a HLA-II a 和和 b b 链。链。第第IIII区内其它免疫相关基因区内其它免疫相关基因(jyn)(jyn)： 抗原加工提呈相关基因抗原加

8、工提呈相关基因(jyn)(jyn)抗原肽转移物基因抗原肽转移物基因(jyn)(jyn)（TAP1TAP1、TAP2TAP2）；）； 巨大多功能蛋白酶体基因巨大多功能蛋白酶体基因(jyn)(jyn)（LMPLMP）。）。（三）（三）MHCII类分子的分类、结构类分子的分类、结构(jigu)和分布和分布第15页/共71页第十六页，共72页。HLA类分子(fnz)的三维构型图第16页/共71页第十七页，共72页。胞浆区：胞浆区：第17页/共71页第十八页，共72页。第18页/共71页第十九页，共72页。第19页/共71页第二十页，共72页。第20页/共71页第二十一页，共72页。I类抗原类抗原(kn

9、gyun)分子分子 II类抗类抗原原(kngyun)分子分子肽结合区：结合多肽肽结合区：结合多肽免疫球蛋白样区：免疫球蛋白样区：结合结合CD4或或CD8跨膜区：锚定跨膜区：锚定(mo dn)在在细胞膜上细胞膜上胞内区：信号传递胞内区：信号传递小结小结(xioji)：第21页/共71页第二十二页，共72页。组织组织MHC I类分子类分子MHC II类分子类分子T细胞细胞B细胞细胞巨噬细胞巨噬细胞其他抗原提呈细胞其他抗原提呈细胞胸腺上皮细胞胸腺上皮细胞中性粒细胞中性粒细胞肝细胞肝细胞肾脏细胞肾脏细胞脑细胞脑细胞红细胞红细胞+-+/-+-HLA-、类抗原类抗原(kngyun)的分布的分布第22页/共

10、71页第二十三页，共72页。HLA抗原抗原类别类别分子结构分子结构肽结合肽结合结构域结构域表达表达特点特点组织分组织分布布功功 能能I类（A、B、C）链45kD(2m 12kD）1+2共显性所有有核细胞表面识别和提呈内源性抗原肽，与辅助受体CD8结合，对CTL的识别起限制作用。II类（DR、DQ、DP）链35kD链28kD1+1共显性APC、活化T细胞识别和提呈外源性抗原肽，与辅助受体CD4结合，对Th的识别起限制作用。表 HLA I类和II类抗原(kngyun)的结构、组织分布和功能特点第23页/共71页第二十四页，共72页。一、作为抗原呈递分子参与适应性免疫应答一、作为抗原呈递分子参与适应

11、性免疫应答(yngd)(yngd) 外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与必须与MHC- MHC- 、类分子的肽结合区结合形类分子的肽结合区结合形成抗原肽成抗原肽MHCMHC分子复合体，该复合体经转运表分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动适应性免疫应答细胞识别，从而启动适应性免疫应答(yngd)(yngd)反应。反应。MHCMHC限制性限制性参与参与T T细胞的选择和分化细胞的选择和分化第24页/共71页第二十五页，共72页。Cell surfacepeptides

12、of AgAntigen recognition by T cells requires peptide antigens andpresenting cells that express MHC moleculesYTT cellresponseNo T cellresponseNo T cellresponseNo T cellresponseNo T cellresponseSolublenative AgCell surfacenative AgSoluble peptidesof AgCell surface peptides of Ag presented by cells tha

13、t express MHC antigens第25页/共71页第二十六页，共72页。第26页/共71页第二十七页，共72页。第27页/共71页第二十八页，共72页。The diversity and selection of TCR libraryThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1996for their discoveries concerning the specificity of the cell mediated immune defencePeter C. Doherty Rolf M. ZinkernagelAustralia

14、Switzerland St. Jude Childrens Research University of Zurich, Institute Hospital of Experimental Immunology Memphis, TN, USA Zurich, Switzerland b. 1940 b. 1944 三、三、TCR识别抗原识别抗原(kngyun)的基础的基础MHC限制性限制性第28页/共71页第二十九页，共72页。Skin from an inbred mouse grafted onto the same strain of mouseSkin from an inbre

15、d mouse grafted onto a different strain of mouseACCEPTEDREJECTEDGenetic basis of transplant rejectionInbred mouse strains - all genes are identicalTransplantation of skin between strains showed thatrejection or acceptance was dependent uponthe genetics of each strainSkin from an inbred mouse grafted

16、 onto the same strain of mouseSkin from an inbred mouse grafted onto a different strain of mouseACCEPTEDREJECTEDGenetic basis of transplant rejectionInbred mouse strains - all genes are identicalTransplantation of skin between strains showed thatrejection or acceptance was dependent uponthe genetics

17、 of each strainH2kCBVSkin from an inbred mouse grafted onto the same strain of mouseSkin from an inbred mouse grafted onto a different strain of mouseACCEPTEDREJECTEDGenetic basis of transplant rejectionInbred mouse strains - all genes are identicalTransplantation of skin between strains showed that

18、rejection or acceptance was dependent uponthe genetics of each strainTc杀伤杀伤(shshng)H2kTc不能杀伤不能杀伤(shshng)H2dZinkernagel-Doherty phenomenon第29页/共71页第三十页，共72页。第30页/共71页第三十一页，共72页。（一）制约免疫细胞间的相互作用（一）制约免疫细胞间的相互作用MHC限制性限制性 只有只有(zhyu)当表达有抗原肽当表达有抗原肽MHC复合物的复合物的APC，与起始识别和反应作用的，与起始识别和反应作用的T细胞表面所表细胞表面所表达的达的MHC分子

19、相同时，二者才能彼此作用而启动分子相同时，二者才能彼此作用而启动免疫应答过程。免疫应答过程。T细胞表面的细胞表面的TCR在识别抗原肽的过程中，其表在识别抗原肽的过程中，其表面的面的CD4/CD8分子必须同时识别分子必须同时识别APC上的上的MHC- / 类分子的类分子的Ig样区。样区。CD4分子结合分子结合MHC II类分子类分子CD8分子结合分子结合MHC I类分子类分子第31页/共71页第三十二页，共72页。T细胞细胞(xbo)能够识别能够识别T细胞表面细胞表面(biomin)的的MHC单倍单倍体型为体型为MHC A APC细胞表面细胞表面(biomin)的的MHC单单倍体型为倍体型为MH

20、C A 第32页/共71页第三十三页，共72页。T细胞细胞(xbo)不能够识不能够识别别T细胞细胞(xbo)表面的表面的MHC单倍单倍体型为体型为MHC A APC细胞细胞(xbo)表面的表面的MHC单单倍体型为倍体型为MHC B 第33页/共71页第三十四页，共72页。（二）（二）TCR识别识别(shbi)抗原的抗原的机制机制两种假说两种假说(ji shu)：1、双识别假说：、双识别假说：T细胞细胞(xbo)上存在两种不上存在两种不同特异性的同特异性的TCR，一种识别，一种识别APC上自身上自身MHC分子，另一种识别分子，另一种识别APC上外来或自身上外来或自身抗原片断。抗原片断。2、改变的

21、自我：表达在、改变的自我：表达在APC表面的抗原肽表面的抗原肽段引起自身段引起自身MHC分子的改变，从而被分子的改变，从而被TCR识别。识别。第34页/共71页第三十五页，共72页。第二种假说第二种假说(ji shu)被证实被证实第35页/共71页第三十六页，共72页。TCR与与MHC/抗原抗原(kngyun)肽段的相肽段的相互作用互作用第36页/共71页第三十七页，共72页。TCR与与MHC/抗原抗原(kngyun)肽段的相互作用肽段的相互作用第37页/共71页第三十八页，共72页。四、四、MHC与与T细胞细胞(xbo)的胸腺的胸腺选择选择Bevan（1977）和）和Zinkernagel

22、（1978）发现表）发现表达达TCRab的胸腺细胞只有的胸腺细胞只有(zhyu)与与MHC分子相互作分子相互作用以后方能发育成为成熟用以后方能发育成为成熟T细细胞。胞。第38页/共71页第三十九页，共72页。第39页/共71页第四十页，共72页。五、五、MHC与组织与组织(zzh)器官移植器官移植简简 史史第40页/共71页第四十一页，共72页。第41页/共71页第四十二页，共72页。第42页/共71页第四十三页，共72页。五、五、MHC与组织与组织(zzh)器官器官移植移植1、宿主、宿主(szh)抗移植物的反应：（抗移植物的反应：（host versus graft response，HVG

23、R）器官移植后受者对供者）器官移植后受者对供者的反应。的反应。2、移植物抗宿主、移植物抗宿主(szh)反应（反应（graft versus host response，GVHR）骨髓移植后移植物对受者的）骨髓移植后移植物对受者的反应。反应。第43页/共71页第四十四页，共72页。实质：免疫实质：免疫(miny)应答反应答反应应1、直接、直接(zhji)途径：途径：（1）供者）供者APC直接直接(zhji)刺激受者刺激受者T细细胞胞（2）直接）直接(zhji)效应细胞杀伤移植物效应细胞杀伤移植物2、间接途径、间接途径 （1）受者）受者APC呈递供者抗原呈递供者抗原 （2）间接效应细胞杀伤移植物）

24、间接效应细胞杀伤移植物同种异体移植同种异体移植(yzh)排斥反应的发生机制排斥反应的发生机制第44页/共71页第四十五页，共72页。第45页/共71页第四十六页，共72页。第46页/共71页第四十七页，共72页。第47页/共71页第四十八页，共72页。成熟(chngsh)中性粒细胞和M甲表达的受体和表面分子A中性粒细胞；BM；C活化的MABC第48页/共71页第四十九页，共72页。第49页/共71页第五十页，共72页。抗原提呈：APC与T细胞接触的过程中，表达于APC表面的抗原肽-MHC复合物被T细胞所识别，从而(cng r)将抗原信息提呈给T细胞的过程。第50页/共71页第五十一页，共72页

25、。MHC 类分子途径类分子途径MHC 类分子途径类分子途径抗原来源抗原来源内源性抗原内源性抗原外源性抗原外源性抗原抗原降解的胞内位置抗原降解的胞内位置胞质蛋白酶体胞质蛋白酶体内体、溶酶体内体、溶酶体抗原与抗原与MHC分子结合部位分子结合部位内质网内质网溶酶体及内体中溶酶体及内体中MHC提呈抗原多肽的提呈抗原多肽的MHC分子分子MHC 类分子类分子MHC 类分子类分子伴侣分子伴侣分子TAP、钙联素、钙联素Ii链、钙联素链、钙联素处理和提呈抗原的细胞处理和提呈抗原的细胞所有的有核细胞所有的有核细胞专职性抗原提呈细胞专职性抗原提呈细胞识别和应答细胞识别和应答细胞CD8+T细胞细胞CD4+T细胞细胞M

26、HC 类分子途径(tjng)和MHC 类分子途径(tjng)比较第51页/共71页第五十二页，共72页。（一）（一）MHCMHCI I类分子呈递类分子呈递(chngd)(chngd)抗原抗原三个阶段三个阶段(jidun)、一个、一个场所场所三个阶段：抗原肽段产生、肽段转运到内三个阶段：抗原肽段产生、肽段转运到内质网、肽段与质网、肽段与MHCI类分子类分子(fnz)的结合的结合和表达。和表达。一个场所：内质网膜。一个场所：内质网膜。第52页/共71页第五十三页，共72页。第53页/共71页第五十四页，共72页。1、内源性抗原肽段的产生、内源性抗原肽段的产生（1）多肽的泛素化（）多肽的泛素化（Ub

27、iquitination）E1、E2、E3 激活泛素分子激活泛素分子 泛泛素分子与多肽素分子与多肽 形成多聚泛素多肽链复合形成多聚泛素多肽链复合物。物。 使多肽去折叠，稳定性降低，更使多肽去折叠，稳定性降低，更易易(n y)被蛋白酶体水解。另外，提供了被蛋白酶体水解。另外，提供了蛋白酶体的识别结合部位。蛋白酶体的识别结合部位。（2）蛋白酶体的水解作用）蛋白酶体的水解作用第54页/共71页第五十五页，共72页。2、MHCI类分子类分子(fnz)的合成和组装的合成和组装所需的分子伴侣有：所需的分子伴侣有：1）钙联接蛋白（）钙联接蛋白（Calnexin）：第一个分子伴侣，稳定内）：第一个分子伴侣，稳

28、定内质网膜中尚未与质网膜中尚未与b2 m组装的组装的MHCI类分子重链。类分子重链。2）钙网蛋白（）钙网蛋白（Calreticulin）：钙网蛋白取代钙联接蛋）：钙网蛋白取代钙联接蛋白与白与HLAI类分子结合。类分子结合。3）ERp57：有可能：有可能MHCI类分子重链内二硫键的形成类分子重链内二硫键的形成有关。有关。4）TAP相关相关(xinggun)糖蛋白（糖蛋白（Tapasin）：）：I、通过跨、通过跨膜区介导膜区介导TAP和和MHCI类分子的结合。类分子的结合。II、与、与MHCI类分子重链类分子重链a3结构域相互作用维持空载结构域相互作用维持空载MHCI类分子类分子构象的稳定性。构象

29、的稳定性。第55页/共71页第五十六页，共72页。III、维持空载、维持空载MHCI类分子肽结合类分子肽结合(jih)沟槽的沟槽的开放状态。开放状态。IV、滞留未与、滞留未与TAP相互作用的相互作用的MHCI类分子。类分子。第56页/共71页第五十七页，共72页。2、MHCI类分子类分子(fnz)的合成的合成和组装和组装第57页/共71页第五十八页，共72页。第58页/共71页第五十九页，共72页。3、抗原肽段的转运、结合和表达：、抗原肽段的转运、结合和表达：所需分子所需分子(fnz)： Hsp70家族，家族，TAP1）Hsp70家族：家族：Hsp70结合这些肽段，稳定蛋白酶结合这些肽段，稳定

30、蛋白酶体切割后的内源性肽段，并将其送到内质网与体切割后的内源性肽段，并将其送到内质网与TAP分分子子(fnz)结合。结合。2）TAP：（：（ATPdependent transporter associated with antigen processing）属于）属于ATP结结合盒式蛋白合盒式蛋白 （ ATP-bindingcassette transporter,ABC） 转运超家族。是转运超家族。是MHCI类分子类分子(fnz)抗原呈递途径中最重要的分子抗原呈递途径中最重要的分子(fnz)伴侣，是伴侣，是ATP依赖的抗原递呈相关转运蛋白。依赖的抗原递呈相关转运蛋白。 TAP-1和和TAP-2, 成异二聚体，与内质网膜伴随，可成异二聚体，与内质网膜伴随，可有效地将肽转运至内质网。有效地将肽转运至内质网。第59页/共71页第六十页，共72页。（二）（二）MHCII类分子呈递类分子呈递(chngd)抗抗原原三个阶段、一个场所三个阶段、一个场所三个阶段：抗原肽段产生、肽段和内质网中组装的三个阶段：抗原肽段产生、肽段和内质网中组装的MHCII类分子类分子(fnz)分别进入分别进入MHCII类分子类分子(fnz)器室（器室（MIIC）、）、肽段在肽段在MIIC中与中与MHCII类分子类分子(fnz)结合和表达。结合和表达。