主要组织相容性复合体课件

1、主要组织相容性复合体 Major Histocompatibility Complex第1页，共46页。 主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex, MHC）是由一组高度多态性基因组成的染色体区域。MHC基因产物能在不同细胞表面表达，通常称之为MHC分子或MHC抗原，又因这些抗原在器官移植中代表供受者双方的组织相容程度，亦称为移植抗原或组织相容性抗原。人的MHC是HLA。 MHC是现知多态性最为丰富的一个基因系统，拥有极大数量的等位基因，赋予种群巨大潜力以适应多变的内外环境。MHC分子不但在T细胞分化发育中是必需的，而且在适应性免疫应答的启动和调节

2、中发挥重要作用，并参与对固有免疫应答的调节。第2页，共46页。小鼠H-2系统人类主要组织相容性复合体HLA分子的结构、功能和分布HLA基因表达的调控HLA和临床医学第3页，共46页。来自品系B 的皮肤移植物在子代受体鼠存活 ，表明该鼠不带有品系A 负责排斥的基因( )。如果来自品系B 的皮肤被子代受体鼠排斥（以 表示），表明该受体鼠带有品系 A负责排斥的基因( )。1/21/41/106 ABAAA1/8AF2 F20F1F3rejected 品系A小鼠皮肤移植物A和B代表不同遗传背景的近交系小鼠。子代(F)鼠中的兰色和黄色代表A 和B遗传成份的比例变化。从子代鼠选择品系B 皮肤移植物受到排斥

3、的个体，与亲本B 回交。回交一次，A 的基因成份减少一半，直至20代 (F20)。如其中有个体仍排斥来自B 的皮肤，表明其中品系 A负责排斥的基因仍在，但其它遗传成份已换成 B 品系。由此得到同类系小鼠 (congeneic strain)。 采用经典免疫遗传学手段构建同类系小鼠的原理 通过反复回交并利用异品系皮肤移植物受到排斥来监控主宰急性免疫排斥的H-2 基因，获取遗传背景相同(此处为B 品系，以黄色表示) 但H-2 基因不同的特殊小鼠品系，以确认H-2 基因在移植物排斥中的关键作用。第4页，共46页。小鼠H-2系统第5页，共46页。 小鼠MHC基因（H-2）结构 宽立柱代表经典的类和类基

4、因，窄立柱代表补体基因、非经典的、类基因或假基因。除了小鼠经典的类基因分散在两侧而人类经典的类基因全部集中在远离着丝粒一侧外，H-2 的结构和HLA十分相似。H-2 类基因(红色)位于I （immune）区，皆由编码和链的基因a和b组成，小鼠为I-O、I-M、I-A和I-E，对应于人类HLA 类（D区）的DO、DM、DQ和DR (H-2 中无HLA-DP 对应物)。H-2和HLA 皆包括LMP/TAP 和 类补体基因（橙色），且位置相当。注意图中H-2 基因远离着丝粒一侧的Tla 区包括大量的非经典类基因，部分参与调控固有免疫应答。 K a a b LMP/TAP b b a b a A B

5、Bf C2 A B D 2 3 4 L Q1-Q15 T1-T24 M I-O I-M I-O I-A I-E C4 TNF D Tla I 类基因 II 类基因 III 类基因 I 类基因着丝粒参见表5-2小鼠和人类部分MHC非经典类基因（b）产物及其功能第6页，共46页。 早期鉴定的H-2 经典基因座位 K I-A I-E S D 品系原型 其它带有相同单体型的品系 单体型 K I-A I-B S DCBA AKR, C3H, B10.BR, C57BR k k k k k kDBA/2 BALB/c, NZB, SEA, YBR d d d d d dC57BL/10 (B10) C57

6、BL/6, C57L, C3H.SW, LP, 129 b b b b b bA A/He, A/Sn, A/Wy, B10.A a k k k d dA.SW B10.5, SJL s s s s s sA.TL tl s k k k dDBA/1 STOL1, B10.Q, BDP q q q q q q 带有不同单体型的一些小鼠 H-2 同类系和重组系 上方为经典H-2 类（K、D）、类（I-A、I-E）和 类基因（S），为图5-2 中H-2基因图的简化和浓缩。 S相当于补体区。下方为各种单体型小鼠H-2同类系等位基因的构成。其中单体型a、s、tl中发生了基因座位间的重组，形成重组系。第

7、7页，共46页。人类主要组织相容性复合体一、经典的HLA复合体结构二、HLA基因的多态性第8页，共46页。一、经典的HLA复合体结构第9页，共46页。人类第6号染色体短臂HLA区主要基因排列图 三类基因中表达者以不同颜色表示，不表达者为灰白色 与书中反向第10页，共46页。基因名称等位基因数基因名称等位基因数基因名称 等位基因数基因名称 等位基因数HLA-AHLA-BHLA-CHLA-EHLA-FHLA-GHLA-HHLA-JHLA-KHLA-LHLA-PHLA-THLA-UHLA-VHLA-W 2132 2798 1672 11 22 50 12 9 6 6 5 0 0 3 0HLA-XC2

8、CC4BBf HLA-DRAHLA-DRB1HLA-DRB2HLA-DRB3HLA-DRB4HLA-DRB5HLA-DRB6HLA-DRB7HLA-DRB8HLA-DRB9091216207119615815203211HLA-DQA1HLA-DQB1HLA-DQA2HLA-DQB2HLA-DQB3HLA-DOAHLA-DOBHLA-DMAHLA-DMBHLA-DPA1HLA-DPB1HLA-DPA2HLA-DPB2TAP1TAP249179 - - -121371336158 - -1212 PSMB9PSMB8MICAMICBMICCMICDMICECYPCYP21BHSP70-1HSP7

9、0-2HSP70-HOMLTBTNFLTA - - 84 40 - - - - - - - - - - -HLA主要基因及等位基因数（截至2012年10月）第11页，共46页。不同单元型中DR基因的组合 DR亚区：DR亚区有1个DRA基因及9个DRB基因。DRA基因几乎不显示多态性，其产物为DR分子的链。9个DRB基因分别命名 为DRB1DRB9。其中DRB1、DRB3、DRB4和DRB5为功能基因。DRB1基因编码的DR分子链与DRA基因编码的链共同组成DR分子。DRB5基因、DRB3基因及DRB4基因编码的链各自与链组成的DR分子，分别显示血清学方法检出的抗原特异性DR51、DR52和DR

10、53。因此，DRB基因的数目随每个个体所具有的单体型的不同而不同，可分为五个组。第12页，共46页。不断被检出的HLA等位基因数限于WHO命名委员会确认并公布的等位基因年份等位基因数HLA I 类等位基因HLA II 类等位基因二、HLA基因的多态性 丰富的多态性 (polymorphism) 是HLA基因系统的一个最重要的特点。HLA复合体中很多基因座位的DNA序列在人群中存在许多变异体，称为等位基因（allele）。第13页，共46页。 HLA基因系统的多态性及一些主要基因座位的等位基因数 截至2012年10月，正式命名显示多态性的HLA基因座位有36个，共8712个等位基因。 图中各立柱

11、下方所示数据为该基因座位的等位基因数。等位基因数对数值 DPB1 DPA1 DQB1 DQA1 DRB* DRA C4B C4A Bf C2 MICB MICA B C E A G F 其它1.21.41.61.82.01.02.22.42.62.83.03.2213227981672 1297*74936179*15884401612209225011148经典的I 类和 II 类基因 III 类补体编码基因非经典I 类基因和免疫功能相关基因* DRB包括DRB1DRB9，其中DRB1等位基因数为975。3.3第14页，共46页。 多态性 如此庞大的等位基因，表明HLA属人类多态性最为丰富的

12、基因系统。揭示人群中两个无亲缘关系个体间HLA等位基因相同的机率一定很低。对每一个个体，任何一个HLA座位只能有二个等位基因，分别来自父母亲，这些等位基因均能得到充分的表达，称为共显性（co-dominance）。由于人类是随机婚配的杂合群体，从人群整个HLA等位基因库中获取这两个基因应该是随机的，如以HLA-B为例，意味着从2271个等位基因中任取两个，两个个体得到完全相同B座位等位基因的机率自然很小，如果再加上多个HLA座位皆有数量庞大的等位基因，则经过排列组合，两个无亲缘关系个体全部HLA等位基因相同的机率几乎为零。也使每一个个体所具有的HLA等位基因及其产物可以成为显示该个体独特性的生

13、物学 “身份证”，即个体性(individuality) 的标志。 HLA系统的多态性保证了种群能显示对各种病原体合适的免疫应答，以保证群体的延续及维持其稳定性。 HLA基因的多态性及其在不同种族中分布差异的原因是自然选择所造成的。第15页，共46页。 Diagram illustrating various MHC molecules expressed on antigen-presenting cells of a hetero-zygous H-2k/d mouse. Both the maternal and paternal MHC genes are expressed. Bec

14、ause the class II molecules are heterodimers, heterologous molecules containing one maternal-derived and one paternal-derived chain are produced. The 2-microglobulin component of class I molecules (pink) is encoded by a gene on a separate chromosome and may be derived from either parent.第16页，共46页。HL

15、A抗原和等位基因命名用血清学及细胞学技术检测的抗原特异性 用分子生物学方法检测的等位基因第17页，共46页。 HLA-B8 HLA-B2Antibody to HLA-B8Serological tissue typing第18页，共46页。Polymerase Chain Reaction (PCR)第19页，共46页。连锁不平衡 连锁不平衡（linkage disequilibrium）是指在某一群体中，不同座位上某二个等位基因出现在同一条单元型上的频率与预期值之间有明显的差异。 连锁不平衡现象在一定程度上限制了群体中HLA单元型的多样性，这给器官移植寻找HLA相容供体提供了机会，但却给H

16、LA与疾病关联研究中寻找原发性关联成分造成一定困难。第20页，共46页。HLA分子的结构、功能和分布一、HLA分子的组织分布二、HLA分子结构三、HLA分子的功能第21页，共46页。HLA分子的组织分布 经典的I类分子HLA-A、B表达在除绒毛外滋养细胞外的所有有核细胞表面，HLA-C分子则可表达在包括绒毛外滋养层细胞内的所有有核细胞表面。但不同组织和不同细胞类型的表达水平不同。 经典HLA II类分子 (DR、DQ、DP) 的表达则局限在特定细胞群，主要是抗原提呈细胞如巨噬细胞、树突细胞、成熟B淋巴细胞。此外激活的T细胞及激活的单核细胞也表达经典II类分子。 第22页，共46页。HLA分子结

17、构1.HLA类分子2.HLA类分子 3.HLA类分子的顺位互补和反位互补 4.可溶性HLA分子 第23页，共46页。 Schematic diagrams of a class I and a class II MHC molecule showing the external domains, transmembrane segment, and cytoplasmic tail. The peptide-binding cleft is formed by the membrane-distal domains in both class I and class II molecules.

18、 The membrane-proximal domains possess the basic immunoglobulin fold structure; thus, class I and class II MHC molecules are classified as members of the immunoglobulin superfamily.HLA类分子和HLA类分子 基本结构第24页，共46页。 Conformation of peptides bound to class I MHC molecules. (a) Schematic diagram of conforma

19、tional difference in bound peptides of different lengths. Longer peptides bulge in the middle, whereas shorter peptides are more extended. Contact with the MHC molecule is by hydrogen bonds to anchor residues 1/2 and 8/9. (b) Molecular models based on crystal structure of an influenza virus antigeni

20、c peptide (blue) and an endogenous peptide (purple) bound to a class I MHC molecule. Residues are identified by small numbers corresponding to those in part (a). (c) Representation of 1 and 2 domains of HLA-B27 and a bound antigenic peptide based on x-ray crystallographic analysis of the cocrystalli

21、zed peptideHLA molecule. The peptide (purple) arches up away from the strands forming the floor of the binding cleft and interacts with twelve water molecules (spheres).抗原结合槽第25页，共46页。 (a) Plots of variability in the amino acid sequence of allelic class I MHC molecules in humans versus residue posit

22、ion. In the external domains, most of the variable residues are in the membrane-distal 1 and 2 domains. (b) Location of polymorphic amino acid residues (red) in the 1/2 domain of a human class I MHC molecule. 第26页，共46页。(38kD and 28kD)第27页，共46页。编码DQ分子和链的基因以顺位和反位互补两种形式决定对疾病的易感性基因图中深色座位代表参与顺、反位互补的易感基因H

23、LA类分子的顺位互补和反位互补 顺位互补 (cis- complementation) 即DQ或DP分子的链和链是由同一条单体型上的等位基因所编码；另一种是反位互补 (trans-complementation) 即DQ或DP分子的链和链是分别来自父亲及母亲的二条单体型上的等位基因编码而成。这种现象不仅使细胞表面表达的HLA分子类型增加，而且与某些自身免疫病的易感性有关。第28页，共46页。HLA-G基因结构与表达 HLA-G基因结构与经典HLA I 类基因基本相同, 但HLA-G 分子胞内段较短。HLA-G1为缺乏外显子7的全长mRNA转录子;HLA-G2为缺乏外显子3,7的转录子; HLA

24、-G3为缺乏外显子3,4,7的转录子；HLA-G4为缺乏外显子4,7的转录子;可溶性HLA-G5是由于内含子4中的存在终止密码子,HLA-G6是缺乏外显子3,7且内含子4中含有终止密码子;HLA-G7内含子2中含有终止密码子。mRNA中的密码子以紫红色方框表示。UTR：非转录区。 HLA分子主要以穿膜蛋白的形式表达在细胞表面，但有少量分子则以可溶性HLA（sHLA）形式检出。一些研究已提示，sHLA分子可通过多种机制发挥免疫调节作用，在感染性疾病、癌症及器官移植排斥反应中，还可作为病理变化的检测指标。可溶性HLA分子 第29页，共46页。HLA分子的功能1.作为抗原肽受体结合和提呈抗原 2.参

25、与免疫调节3.参与T细胞发育和粘膜免疫4.其它非免疫学功能第30页，共46页。 Separate antigen-presenting pathways are utilized for endogenous (green) and exogenous (red) antigens. The mode of antigen entry into cells and the site of antigen processing determine whether antigenic peptides associate with class I MHC molecules in the roug

26、h endoplasmic reticulum or with class II molecules in endocytic compartments.作为抗原肽受体结合和提呈抗原 第31页，共46页。 抗原肽在下列九个锚着位上的锚着残基等位基因产物 1 2 3 4 5 6 7 8 9HLA-A*01 DE YHLA-A*0201 LM VLHLA-A*0301 KHLA-A*1101 VIFY MLFYIA LYIVF KRHLA-A*03 LVM FY IMFVL ILMF KYFHLA-B*07 P LFHLA-B*0801 K LFHLA-B*2705 R LFYRHKHLA-B*3

27、501 P YFMUHLA-B*5301 P WFL部分HLA I类分子的肽结合共用基序第32页，共46页。同一H-2Kb 分子可结合两种不同的九肽左：囊状胃炎病毒（VSV-8）抗原肽； 右：仙台病毒（SEV-9）核蛋白 HLA分子对抗原肽的识别既有特异性也有混杂性（promiscuous）。特异性指能与I类分子结合的抗原肽两端的锚着位，以及能与II类分子相结合的45个位于核心序列中的锚着位，及相应的锚着残基相对恒定。由此，能够与同一类HLA分子相结合的抗原肽，其锚着位和锚着残基往往相同或相似，构成该HLA分子特有的共用基序（consensus motif）。混杂性指HLA分子与抗原肽之间的结

28、合并不完全象抗原-抗体结合那样显示高度专一性。同一锚着位要求的锚着残基组成可以是有变化的，凡符合共用基序的抗原肽均可被同一类HLA分子所结合。第33页，共46页。参与免疫调节 NK细胞通过直接的细胞毒作用及分泌细胞因子和趋化因子行使功能。NK细胞对靶细胞的杀伤无严格的MHC限制性，而是以“丧失自我”（missing self）的识别方式杀伤缺乏MHC I类抗原或I 类抗原发生突变的靶细胞。KIR系统显示一定的多基因性与多态性，不同个体的KIR基因在数目和类别上可存在差异，在单体型和基因型组合上具有高度的多样性。每个NK细胞至少表达一种激活性受体和一种抑制性受体，不同组合的NK受体通过识别和结合

29、相应配体，协同调节NK细胞的功能。在正常条件下，KIR抑制性受体通过识别表达在细胞上的MHC I类分子，使NK细胞不能杀伤自身正常细胞，在病毒感染时，激活性受体发挥功能清除感染。参见表5-4各类NK细胞受体及其相应配体第34页，共46页。妊娠期HLA分子在胎盘、胎儿与子宫上的表达 m: 母亲; p: 父亲 母体HLA-Am,-Bm,-Cm HLA-Am,-Bm,-Cm 胎儿HLA-Am,-Bm,-Cm HLA-Ap,-Bp,-Cp 胎盘HLA-Gm,-Em,-Fm,-Cm HLA-Gp,-Ep,-Fp,-Cp 在母胎免疫耐受中MHC分子参与的免疫调节也具有重要的作用。母胎交界局部存在复杂的免疫

30、应答和免疫调节机制，其中非经典MHC I类分子起着重要的作用。非经典HLA-E、-F、-G共同高表达在滋养层细胞表面，特别在浸入子宫蜕膜与母体血液接触的绒毛外滋养细胞上，而这些细胞表面不表达经典的HLA I类分子 (A、B) 及II 类分子（DR、DQ、DP），却能表达经典HLA-C。表达在母胎界面的这种HLA分子正是NK细胞KIR受体的重要配体。第35页，共46页。 Positive and negative selection of thymocytes in the thymus. Thymic selection involves thymic stromal cells (epith

31、elial cells, dendritic cells, and macrophages), and results in mature T cells that are both self-MHC restricted and self-tolerant.参与T细胞发育第36页，共46页。HLA基因表达的调控一、HLA基因的结构二、HLA分子表达及其调控三、HLA基因表达中的非DNA结合蛋白第37页，共46页。 Schematic diagram of (a) class I and (b) class II MHC genes, mRNA transcripts, and protein

32、 molecules. There is correspondence between exons and the domains in the gene products; note that the mRNA transcripts are spliced to remove the intron sequences. Each exon, with the exception of the leader (L) exon, encodes a separate domain of theMHC molecule. The leader peptides are removed in a

33、post-translational reaction before the molecules are expressed on the cell surface. The gene encoding 2-microglobulin is located on a different chromosome. Tm: transmembrane; C: cytoplasmic.一、HLA基因的结构参见图5-15第38页，共46页。HLA II 类和 I 类基因启动子区的顺式作用元件及其结合的转录因子右侧箭头指向的相反方向为HLA II 类（上方）和I 类（下方）基因转录启动子区。带英文字的彩色

34、方框为II类和I 类基因专一性顺式作用元件，其上方为结合各个顺式作用元件的转录因子。中部的四对顺式元件-转录因子在两类基因中高度相似。启动子右侧的兰色筐和黑筐为真核细胞基因共用的顺式作用元件CCAAT和TATA。二、HLA分子表达及其调控第39页，共46页。 HLA II类反式激活因子 (CIITA) 结构及其对HLA-DRA基因转录激活的调控A、CIITA分子结构。N端棕色部分显示乙酰基转移酶活性，并与协同激活因子CBPBob1等结合；P/S/T：富含脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸结构域；ATP/GTPB：相应结构域；RFX结合：II类基因启动子RFX、NF-Y等结合部位。B、CIITA分子C端与结