Imunobiológia

Medzi antigénovými systémami pre svoju biologickú významnosť vyniká jeden - hlavný histokompatibilný komplex (Major Histocompatibility Complex, MHC), ktorý je imunologicky významnou oblasťou genómu stavovcov (s výnimkou bezčeľustných stavovcov). Pri jednotlivých druhoch modelových organizmov má rôzne označenie, u človeka sa nazýva HLA (Human Leucocyte Antigens - ľudské leukocytárne antigény, pretože tieto antigény boli prvýkrát objavené na leukocytoch). MHC má najvýznamnejší vplyv napr. na odvrhnutie tkanivového alebo orgánového transplantátu od nepríbuzného darcu.

MHC predstavuje najkomplexnejší a najpolymorfnejší systém zo všetkých v súčasnosti známych antigénových systémov. Komplexnosť určuje existencia viacerých lokusov (miesta, kde sa nachádzajú konkrétne gény) a polymorfnosť podmieňuje alelový charakter jednotlivých lokusov (v génových lokusoch sa nachádza abnormálne veľké množstvo alel; celkovo sa predpokladá, že lokusy HLA komplexu obsahujú asi 1500 rôznych alel kódujúcich typické HLA antigény).

Génová oblasť HLA komplexu sa u človeka nachádza na krátkom ramene chromozómu 6. Táto štruktúrne veľmi zložitá oblasť zahŕňa úsek dlhý 3600 kilobáz (kb), t. j. 3,6 cM (1 cM = 1000 kb), čo predstavuje približne 0,1 % genómu človeka. Nachádza sa tu 224 génov, z ktorých 128 je funkčných a 96 je pseudogénov (nie sú funkčné), čo predstavuje 1 gén na 16 kb. HLA oblasť patrí takto k najhustejšie obsadeným genetickým oblastiam človeka. Odhaduje sa, že asi 40 % z exprimovaných génov ovplyvňuje procesy imunitnej odpovede.

Oblasť HLA I (trieda 1) obsahuje gény kódujúce HLA antigény I. triedy. Sú v nej lokusy HLA-A, HLA-B a HLA-C, ktoré ležia distálne od centroméry. HLA antigény I. triedy sú transmembránovými glykoproteínmi, ktoré sa skladajú z jedného ťažkého (a) a jedného ľahkého (P) reťazca. Reťazec a je transmembránový, reťazec P je totožný s 02- mikroglobulínom (02-m) a nepatrí k transmembránovým proteínom; na ťažký reťazec sa nadväzuje nekovalentnými väzbami. Extramembránový úsek a reťazca (terciárna štruktúra) sa skladá z troch domén - a1, a2 a a3 a ako štvrtá sa pripája 02 doména. Doména a1 ťažkého reťazca spolu s mikroglobulínom vytvára spodnú časť molekuly a oporu pre domény a2 a a3, ktoré vytvárajú akýsi „žliabok“ pre väzbu cudzorodých antigénov. To sú tzv. klasické HLA antigény I. triedy a nachádzajú sa na povrchu všetkých jadrových buniek. Okrem nich sú v oblasti HLA I prítomné aj neklasické funkčné gény, združené v lokusoch HLA-E, HLA-H a HLA-G.

Oblasť HLA II (trieda 2) sa skladá z génov, kódujúcich HLA antigény II. triedy. Gény sa nachádzajú v centromérovej oblasti, ktorá sa označuje aj ako HLA-D. Oblasť HLA¬D sa skladá z troch podoblastí, smerom od centroméry: HLA-DP, HLA-DQ a HLA-DR. HLA antigény II. triedy patria k transmembránovým glykoproteínom. Skladajú sa z dvoch reťazcov: ťažkého (a) a ľahkého (P). Extracelulárna časť oboch reťazcov sa skladá z dvoch domén - a1, a2 a 01, 02. Domény a1 a 01 vzájomnou interakciou vytvárajú „žliabok“ pre väzbu antigénového peptidu. Na rozdiel od HLA antigénov I. triedy je expresia HLA antigénov II. triedy diferencovaná. Nachádzajú sa predovšetkým na bunkách zúčastňujúcich sa imunitnej odpovede, ako sú monocyty, makrofágy, dendritové bunky a B lymfocyty. HLA antigény II. triedy nie sú prítomné na „pokojných“ T lymfocytoch, zjavujú sa na nich až po aktivácii antigénom, resp. po pôsobení imunomodulačných látok. Uvedená skutočnosť platí aj pre ďalšie špecializované epitelové bunky (napr. keratinocyty, bunky čreva, tyreocyty, endotelové bunky, tubulové bunky obličiek, epitelové bunky týmusu) a aj pre niektoré neepitelové bunky (napr. astrocyty, melanocyty). Medzi látky, ktoré indukujú ich expresiu patria napr. IFN-Y, TNF, IL-4, ionofory Ca2+. V oblasti HLA-D sa nachádzajú ešte aj ďalšie gény, najdôležitejšie sú HLA-DO, HLA-DM, LMP a TAP. Ich produkty sú významnými molekulami, ktoré sa podieľajú na prezentácii antigénov, podobne ako tapasín, ktorého gén sa nachádza v rozšírenej podoblasti druhej triedy (t.j. od HLA-DPA3 smerom k centromére).

V oblasti HLA III (trieda 3) sa nachádzajú gény, ktoré bezprostredne do HLA komplexu nepatria a nekódujú typické HLA antigény. Patria sem predovšetkým gény pre niektoré zložky komplementu (C2, C4, B), faktor nekrotizujúci nádory (TNF) a lymfotoxín (LT), proteíny teplotného šoku HSP70.

Na každom z lokusov HLA-A, HLA-B, HLA-C, HLA-D sa identifikoval väčší počet (niekoľko desiatok) rozličných alel a neprestajne sa identifikujú ďalšie. Alelový charakter podmieňuje vysokú polymorfnosť HLA systému. Alely možno kombinovať do nesmierneho množstva (stovky miliónov) rozmanitých genotypov. Mnohé kombinácie sú však veľmi zriedkavé - no aj tak sa ťažko nájdu dvaja nepríbuzní jedinci, ktorí by sa zhodovali vo všetkých antigénoch HLA systému. Súbor HLA alel na jednom chromozóme (HLA haplotyp) sa prakticky vždy odovzdáva z generácie na generáciu ako celok, lebo frekvencia rekombinácií je, vzhľadom na prítomnosť väzby, menšia ako 3 %. Preto má každý jedinec jeden haplotyp spoločný s každým z rodičov (ak nepočítame s rekombináciou) a existuje 25 % pravdepodobnosť, že dvaja súrodenci sa budú zhodovať v obidvoch haplotypoch, a tým aj vo všetkých HLA antigénoch. Darca kompatibilného transplantátu sa teda ľahšie nájde medzi súrodencami príjemcu než medzi jeho rodičmi alebo jeho deťmi.

O význame HLA antigénov pre život jedinca svedčí aj imunodeficiencia, pri ktorej chýbajú HLA antigény triedy I alebo II (prípadne obidvoch). Toto ochorenie sa nazýva syndróm nahých lymfocytov a nie je zlúčiteľné so životom jedinca.

MHC zohráva dôležitú funkciu pri imunitnej odpovedi. Glykoproteíny MHC sú totiž schopné počas svojej syntézy viazať peptidové fragmenty produkované bunkou (napr. fragmenty vírusov, ktoré sa dostali do bunky), resp. pohltené bunkou (napr. fragmenty mikroorganizmov pohltených fagocytózou) a vystavovať ich na bunkovom povrchu, kde bývajú spravidla rozpoznané T lymfocytmi (kap. 7).

MHC glykoproteíny triedy I (MHC I) sú schopné viazať fragmenty s veľkosťou 8-10 aminokyselín. Určitá molekula MHC I viaže tie fragmenty, ktoré majú vhodnú štruktúru pre jej väzbové miesto („žliabok“). K väzbe peptidov dochádza počas biosyntézy v endoplazmatickom retikule. Reťazce a a 02-m sa ihneď po vytvorení (t. j. po translácii príslušnej mRNA) skladajú v endoplazmatickom retikule do správnej priestorovej konformácie, pričom vo svojom väzbovom mieste viažu peptidové fragmenty. Celý komplex sa následne upravuje v Golgiho aparáte a transportuje na povrch bunky. Takto „vystavené“ fragmenty sú rozpoznané Tc lymfocytmi, pričom sa zaháji príslušná obranná reakcia.

MHC I sú schopné viazať peptidy pochádzajúce z proteínov, ktoré sú degradované v cytoplazme proteolytickým komplexom - proteazómom. Proteazómy štiepia najmä cytoplazmatické proteíny určené na odstránenie. Toto štiepenie je súčasťou fyziologického metabolického cyklu bunkových proteínov. Z imunologického hľadiska je dôležité, že okrem nepotrebných a poškodených bunkových proteínov sú uvedeným spôsobom štiepené aj proteíny pochádzajúce z intracelulárnych parazitov, napr. vírusov. Poštiepené fragmenty sa transportujú do endoplazmatického retikula, kde sa viažu na MHC I.

MHC glykoproteíny triedy II (MHC II) sú schopné viazať fragmenty s väčšou veľkosťou: 15-35 aminokyselín. Zdrojom fragmentov sú proteíny pohltené bunkou (bunkou prezentujúcou antigén, napr. B lymfocytom). V endoplazmatickom retikule vznikajú komplexy a a 0 reťazcov MHC II spolu so špeciálnym proteínom Ii. Proteín Ii blokuje väzbové miesto pre peptidové fragmenty, ktoré sa tak nemôžu naň naviazať ako v prípade MHC I. Komplex a0Ii sa upravuje v Golgiho aparáte a v transportnom vačku je následne transportovaný k endozómu. Endozómy sú membránové vačky, ktoré vznikajú endocytózou proteínov zachytených na povrchu bunky. Vytvorené endozómy sa spájajú s lyzozómami, pričom enzýmy hydrolázy (z lyzozómov) štiepia pohltené proteíny na fragmenty. Po spojení transportného vačku (s komplexom a0Ii) s endozómom (s peptidovými fragmentmi) sa proteín Ii z komplexu a0 odštiepi a do uvoľneného väzbového miesta sa môžu viazať peptidové fragmenty z proteínov, ktoré boli pôvodne pohltené bunkou. MHC II s peptidovými fragmentmi sa následne transportuje na povrch bunky, kde sú rozpoznané TH lymfocytmi.