Receptorul celulelor T

Receptorul limfocitelor T (sau TCR, receptorul celulelor T) este un receptor transmembranar care se află pe suprafața limfocitelor T , responsabil pentru recunoașterea antigenelor prezentate de complexul major de histocompatibilitate (MHC). Legătura dintre TCR și complexul MHC-antigen, asociat cu alte semnale numite co-stimulatoare, duce la activarea limfocitului T printr-o transducție caracteristică a semnalului, însă TCR nu face parte cu adevărat. Clonele de celule T care posedă specificitate diferită exprimă TCR diferite. Complexul TCR constă din TCR în sine și din proteine responsabile de transducția semnalului (în principal CD3 și ς) care sunt legate de acesta prin legături non-covalente.

Structura TCR

TCR este un heterodimer compus dintr-un lanț alfa (α) și beta (β) în 90% din limfocitele T, în timp ce în restul de 10% din limfocitele T este un lanț gamma (γ) și delta (δ). Acest lucru permite distincția între limfocitele αβ T și limfocitele γδ T. Fiecare lanț TCR este format (începând de la capătul N-terminal extracelular) dintr-un domeniu Ig variabil (V), un domeniu Ig constant (C), o regiune transmembranară și o coadă citoplasmatică. Domeniul variabil este codificat de segmentele V, D (dacă există) și J, în timp ce cel constant este codificat de segmentul C (vezi mai jos ).

Regiune variabilă

În domeniile V există trei regiuni hipervariabile (rezultatul recombinării ) numite regiuni care determină complementaritatea deoarece formează o structură tridimensională care se adaptează perfect la antigenul proteic pentru care receptorul este specific. Pe lanțul β există, de asemenea, o a patra regiune hipervariabilă, CDR4 , care nu este implicată în legarea peptidei MHC, dar a fost demonstrată implicarea sa în interacțiunile cu superantigenele. Situl de legare pentru complexul antigen MHC constă deci din șase CDR (CDR1, CDR2 și CDR3), trei pentru fiecare lanț TCR, o structură similară cu cea a regiunilor V ale lanțurilor grele și ușoare din anticorpi . Afinitatea TCR pentru antigen este de 10 ^-5 -10 ^-7 M, în medie de o mie de ori mai mică decât cea a unui anticorp pentru antigenul său, ceea ce explică de ce TCR are nevoie de alte molecule auxiliare pentru a-l stabiliza.

C, regiunile transmembranare și coada

Domeniul constant (C) al TCR este în schimb important pentru interacțiunile dintre cele două lanțuri, ținute împreună de punți disulfură între cisteine prezente pe cele două lanțuri lângă o regiune numită „balama”.

Regiunea transmembranară a TCR vede prezența neobișnuită a aminoacizilor încărcați pozitiv, cum ar fi lizina în lanțul α și lizina și arginina din lanțul β, care interacționează cu reziduurile de acid aspartic prezente pe regiunile transmembranare ale proteinelor CD3 și ς.

Porțiunea citoplasmatică a unui TCR constă dintr-un lanț scurt de 5-12 aminoacizi și nu poate transduce semnale, sarcină atribuită CD3 , ς și protein kinazelor aferente.

TCR γδ

Γδ TCR este structural foarte asemănător cu αβ, dar nu folosește CD4 și CD8 ca co-receptori, deci limfocitele γδ T sunt CD4 ^- și CD8 ^- . Această subclasă de limfocite, la animale, este predominantă la nivel epitelial, la om, totuși și în mucoasa intestinală, care este deosebit de bogată în ea, acestea nu se ridică la mai mult de 15% din total, în timp ce sunt 10% din total Limfocite T. TCR-urile γδ se leagă de proteinele neconvenționale MHC clasa I și nu sunt limitate la peptide proteice singure, deoarece pot recunoaște și lipide și molecule microbiene. Cu toate acestea, liganzii lor, spre deosebire de limfocitele αβ T, nu sunt foarte variabile.

TCR NK-T

Un al treilea tip de TCR este exprimat prin celule NK-T. Aceste TCR recunosc CD1 în loc de MHC (cele două proteine sunt similare din punct de vedere structural) și liganzii lor sunt lipide microbiene. Unele limfocite T în plus față de αβ TCR exprimă și CD1 .

Complex TCR

Structura unui complex TCR

Regiunea citoplasmatică a TCR, prea scurtă pentru a transmite semnalul în interior, este compusă în principal din aminoacizi încărcați pozitiv, ceea ce îi permite să se asocieze prin legături necovalente la alte proteine transmembranare precum CD3 (compus din γ, δ și ε ) și lanțurile ζ care conțin reziduuri de acid aspartic . Proteina ζ este identică în toate TCR-urile, în timp ce există două izoforme ale CD3. Împreună cu alte proteine acestea formează complexul TCR a cărui sarcină este de a transmite semnalul generat de interacțiunea dintre TCR și complexul MHC-peptidă din interiorul celulei. Pentru a funcționa, complexul TCR trebuie să fie format din toate componentele sale care sunt asamblate în reticulul endoplasmatic dur de către chaperonine și apoi transportate la membrana plasmatică a limfocitului T.

CD3

Proteina CD3 este un heterodimer compus din lanțurile γε sau δε. Toate cele trei tipuri de lanțuri conțin în apropierea capătului N-terminal un domeniu asemănător Ig (sunt, prin urmare, membri ai superfamiliei imunoglobulinei), în timp ce în regiunea transmembranară conțin reziduuri de acid aspartic care contrabalansează încărcăturile pozitive ale reziduurilor de lizină și arginină de pe regiunile transmembranare ale lanțurilor α și β ale TCR. Domeniul citoplasmatic, lung de aproximativ patruzeci și optzeci de aminoacizi, conține o secvență ITAM ( Motiv de activare pe bază de imunoreceptoare pe bază de tirozină ). Domeniul ITAM este format din două secvențe Tyr-XX-Leu (X = orice aminoacid) la care este interpusă o secvență de 6-8 aminoacizi. Secvențele ITAM sunt importante pentru transducția semnalului în complexul TCR, dar sunt prezente și în moleculele care nu fac parte din acesta.

Lanț ζ

Proteina ζ este un homodimer format dintr-o mică regiune extracelulară de aproximativ zece aminoacizi care conține întotdeauna cel puțin o cisteină prin care cei doi monomeri sunt legați prin intermediul unei punți disulfură. Regiunea transmembranară, cum ar fi CD3, conține cel puțin un reziduu de acid aspartic. În cele din urmă, are o regiune citoplasmatică lungă de peste o sută zece aminoacizi, prevăzută cu trei secvențe ITAM.

Coreceptori

Semnalul transmis de TCR, pentru ca limfocitul să se activeze, trebuie să fie asociat cu amplificarea care derivă din co-receptori specifici, cunoscuți sub numele de CD4 și CD8, care se leagă de regiunile MHC, respectiv de clasa II și clasa I. poate exprima fie CD4, fie CD8, dar niciodată ambele, sau niciuna. Pe baza expresiei acestor două molecule, limfocitele pot fi împărțite în CD4 ⁺ (ajutor) sau CD8 ⁺ (citotoxic). Aceste două molecule ajută la stabilizarea complexului TCR datorită legării lor la MHC.

CD4

CD4 este o glicoproteină monomerică transmembranară aparținând superfamiliei imunoglobulinei constând din patru domenii Ig care se extind în spațiul extracelular. Pornind de la N-terminal, Ig variabil (V) alternează cu balama Ig (H). Dintre acestea, cele două cele mai apropiate de capătul N-terminal se leagă de domeniul β2 din clasa II MHC. Pe lângă domeniile Ig conține o regiune transmembranară hidrofobă și o mică regiune citoplasmatică la capătul C-terminal al 38 aminoacizi. CD4 este exprimat pe limfocite T ajutătoare, timocite, unele fagocite și celule dendritice.

CD8

CD8 este o glicoproteină dimerică transmembranară care face parte, de asemenea, din superfamilia imunoglobulinei. Se compune dintr-un heterodimer format dintr-un lanț α structural similar și un lanț β legat între ele prin punți disulfură. Pornind de la capătul N-terminal, un domeniu Ig se distinge pe fiecare lanț, urmat de o regiune balama prevăzută cu două punți disulfură care îl leagă de lanțul opus (această regiune este mai lungă în lanțul α decât β), o transmembrană hidrofobă regiune și o regiune citoplasmatică mai scurtă în α decât în β, lungă de aproximativ 25 de aminoacizi. Domeniul Ig al CD8 se leagă de domeniul α3 al clasei MHC I. Unele limfocite CD8 ⁺ exprimă un CD8 format dintr-un homodimer αα care, totuși, nu pare să aibă diferențe funcționale.

Costimulatori

Același subiect în detaliu: limfocit T § Costimulare .

În timp ce coreceptorii ajută TCR să lege antigenul asociat cu molecula corectă MHC, alte molecule cunoscute sub numele de costimulatori asigură că transmiterea semnalului după legarea antigenului-TCR are loc într-un mod optim. Costimulatorii sunt reprezentarea empirică a așa-numitei teorii cu două semnale formulată în urma unor constatări experimentale în care simpla legătură (antigenul MHC) - (complexul TCR) nu a fost suficientă pentru a activa limfocitul T, ci uneori a blocat-o într-un stare de anergie. Acțiunea costimulatorilor acționează ca un al doilea semnal . Printre cele mai cunoscute molecule se numără familia CD28 și CD2 / SLAM.

CD28

CD28 este principalul receptor co-stimulator al limfocitelor T. Liganzii proteinelor din familia CD28 sunt alte proteine exprimate de limfocite B, celule dendritice și macrofage, adică CD80 și CD86 (numite și B7 -1 și B7-2), printre le strâns legate. CD28 este o proteină transmembranară constând dintr-un homodimer care are un domeniu Ig, o regiune transmembranară hidrofobă și o coadă citoplasmatică care conține secvențe bogate în tirozină începând de la capătul N-terminal. Cei doi monomeri sunt legați de punți disulfură. CD80 este o proteină transmembranară homodimerică formată din două domenii Ig care încep de la capătul N-terminal, o regiune transmembranară hidrofobă și o coadă citoplasmatică. Legarea CD80 la CD28 induce sinteza proteinelor anti-apoptotice, citokinelor și factorilor de creștere, favorizând astfel creșterea și proliferarea limfocitelor T. Receptorii asemănători CD28, cum ar fi CD152 și PD-1, se leagă de CD80 și CD86 , dar au efecte opuse asupra limfocitului comparativ cu CD28, de fapt, inhibă activarea acestuia și, prin urmare, sunt unii dintre responsabili pentru rezolvarea răspunsului imun. Nu se știe de ce CD28 și CD152 au efecte opuse unul asupra celuilalt.

CD2

CD2 și proteinele sale co-stimulatoare asociate sunt alte molecule care contribuie la activarea și diferențierea limfocitelor T. CD2 este exprimat de majoritatea limfocitelor T mature, majoritatea timocitelor și celulelor NK. Se compune din două domenii extracelulare de Ig, urmate de o regiune transmembranară hidrofobă și o coadă citoplasmatică cu 116 secvențe bogate în tirozină, cu lungime de aminoacizi. Ligandul său este LFA-3 ( Antigen 3 asociat funcției leucocitelor ), cunoscut și sub numele de CD58 , o integrină legată de membrana celulară hematopoietică de către un fosfatidilinozitol.

SLAM

Proteinele SLAM ( Signaling Lymphocytic Activation Molecule ) fac parte din familia CD2 și conțin astfel două domenii de extracelulare Ig, o regiune transmembranară hidrofobă și o coadă citoplasmatică lungă care, spre deosebire de CD2, este echipată cu motive care conțin tirozină ( ITSM , Immunoreceptor Tyrosin- bazat pe Switch Switch) Aceste motive ITSM sunt diferite de ITAM sau ITIM găsite în alți coreceptori sau co-stimulatori și sunt numite motive switch datorită capacității lor de a schimba legarea cu tirozin fosfataza SHP-2 și legarea cu alte enzime pe bază de lipsa sau mai mică decât o proteină adaptor numită SAP. Această caracteristică face proteinele SLAM inhibitori potențiali sau activatori. O proteină SLAM se leagă prin domenii Ig la o altă proteină SLAM exprimată pe suprafața unei celule, de exemplu o APC. După legare, SLAM recrutează adaptorul de proteină asociată SLAM (SAP) care conține un domeniu SH2 care se leagă de tirozinele fosforilate de kinaza Fyn.

2B4

Un alt membru important al familiei CD2 este 2B4 , o proteină exprimată de limfocite NK, CD8 și limfocite T γδ. Este capabil să recunoască CD48, un ligand comun CD2 și are aceleași motive ITSM ca SLAM.

Sinapsă imunologică

Sinapsa imunologică sau SMAC ( SupraMolecular Activation Cluster ) este regiunea de contact dintre limfocitele T și APC care se formează după recrutarea diferitelor proteine de membrană. Același tip de structură este prezent în limfocitele citoxice, unde permite eliberarea moleculelor efectoare pentru uciderea celulei țintă fără a deteriora celulele vecine sau limfocitul în sine.

În ceea ce privește activarea, SMAC constă dintr-o parte centrală, c-SMAC , formată din complexul TCR și coreceptori și o parte periferică p-SMAC formată din integrine care păstrează legătura ferm cu celula care prezintă antigenul. În c-SMAC, distanța limfocitului-APC este de doar 15 nm, în timp ce în p-SMAC este de 40 nm.

Sinapsa este de fapt o regiune preferențială pentru activarea TCR și un contact stabil cu limfocitul. Aici este permisă angajarea repetată a diferitelor TCR-uri pentru a amplifica semnalul generat de câteva molecule MHC. În SMAC există o eliberare direcționată de citokine (sau molecule proteolitice ca în citoxice) și este, de asemenea, locul în care aceleași molecule sunt degradate, ajutând la calmarea activării limfocitelor T.

Aspecte ale transducției semnalului

Scopul final al cascadelor de transducție a semnalului este de a activa factorii de transcripție care cresc sau inițiază producția de proteine specifice. În limfocitele T există 3 factori principali care se activează:

AP-1 : este un dimer format din proteinele Fos și Jun legate între ele printr-un motiv de balama leucina. Este capabil să lege alți factori și să acționeze în sinergie cu aceștia.
NFAT : există 4 tipuri și cele două sintetizate în limfocitele T sunt NFAT1 și 2. Se deplasează către nucleu în urma defosforilării prin calcineurină.
NF-κB : este un factor esențial pentru sinteza citokinelor. Este prezent în citoplasmă într-o formă inactivă asociată cu IκB care cuprind motivul responsabil pentru translocație. fosforilarea IκB determină detașarea acesteia și eliberarea de NF-κB.

Activarea AP-1

Când un limfocit T prin receptorul său TCR recunoaște complexul MHC-antigen, anumite proteine kinaze precum Lck, asociate cu CD4 și CD8 și Fyn, asociate cu CD3, fosforilează cele două reziduuri de tirozină din secvențele lor ITAM, începând cascadele de transducție.

Calea de semnalizare pentru AP-1 Unele dintre aceste molecule precum Rac - GTP au sarcina de a reorganiza citoscheletul pentru a permite formarea sinapselor imunologice.

Activarea NFAT și NF-κB

Fosfatidilinizitol trifosfatul (sau PIP3) este prezent pe fața interioară a membranei celulare și se formează prin fosforilarea fosfatidilinizitol bisfosfat (PIP2) prin PI3 kinază. PIP3 și PIP2 sunt de asemenea prezente în cascadele de semnal mediate de PLCγ1.

Căi de semnalizare pentru NFAT și NF-κB

Inhibarea transducției semnalului

Inhibarea transducției semnalului în limfocitele T care au întâlnit antigenul este determinată în principal de unele tirozin fosfataze, de unii receptori inhibitori și de unele E3 ubiquitin ligase.

Tirozin fosfataza

Tirozin fosfatazele sunt enzime a căror sarcină este de a elimina grupările fosfat din tirozinele unor proteine, în principal tirozin kinaze și proteine adaptoare, care în cazul limfocitelor T sunt implicate în transducția semnalului din complexul TCR. Îndepărtarea unei grupări fosfat nu implică întotdeauna inhibarea activității proteinei date, uneori poate determina și activarea acesteia. Două tirozin fosfataze importante în inhibarea transducției semnalului și oprirea acestuia sunt SHP-1 și SHP-2 (domeniu SH2 care conține fosfatază) care elimină grupările fosfat din tirozinele proteinelor principale implicate în transducția semnalului, cum ar fi CD3, ζ, ZAP -70, LAT, PLCγ. De asemenea, sunt implicate proteinele SHIP (domeniu SH2 care conțin inozitol fosfatază) care îndepărtează fosfații din fosfații de membrană și CD45 care defosforilează Lck și Fyn, cu un rol ambivalent de activare și inhibare care nu este încă pe deplin înțeles.

Receptorii inhibitori

Receptorii inhibitori ai familiei CD28 sunt receptori similari cu CD28, dar cu funcții inhibitorii și non-costimulatoare, în principal CTLA-4 și PD-1 fac parte din aceasta. CTLA-4 (antigenul limfocitului T citotoxic 4, cunoscut și sub numele de CD152) concurează cu CD28 pentru legarea la B7-1 (CD80) și B7-2 (CD86), având o afinitate de multe ori mai mare, dar are funcții opuse în raport cu acesta și se exprimă în principal în celulele T activate recent de antigen. De asemenea, poate contracara răspunsul T prin recrutarea SHP-2. În mod normal, CTLA-4 se găsește în vezicule intracelulare al căror trafic pare a fi mediat de AP2M1 (subunitatea complexă AP-2 Mu-1) care contribuie, de asemenea, la formarea unei ATPaze endosomale cu sarcina de acidifiere a conținutului acestor organite. CTLA-4 pare a fi important pentru inhibarea răspunsurilor de sine la om. PD-1 (Moartea celulei programate 1) este un alt regulator cu funcții similare cu cele ale CTLA-4, liganzii săi de pe APC sunt PD-L1 și PD-L2 (Ligand de moarte cu celule programate), de asemenea, cunoscut sub numele de B7-H1 și B7 -A.D. Coada acestei proteine este capabilă să recruteze SHP-1 și SHP-2.

Ubiquitin ligaza E3

Ubiquitin ligaza E3 este a treia metodă prin care este posibilă inhibarea transducției semnalului în limfocitele T. Cea mai importantă ubiquitin ligaza E3 este Cbl-b care poliubiquitin coada CD3 și ZAP-70 conducând la endocitoza complexului TCR și degradarea sa lizozomală. Calea Vav / Rac inhibă acțiunea Cbl-b.

Organizarea genelor

Lanțurile α, δ și β, γ sunt codificate de gene conținute în 3 loci distincti și în doi cromozomi diferiți: 14 și respectiv 7. Mai mult, lanțul δ este conținut în gena lanțului α. Fiecare locus conține segmente V (variabile) la capătul 5 ', care sunt la rândul lor precedate de un exon lider și un promotor și segmente J (unire) care preced întotdeauna un exon C (constant). De asemenea, genele β și δ conțin segmentele D (diversitate). Există două gene C în loci β și γ, dar doar una în α și δ. Fiecare genă C este formată din 4 exoni care codifică cele 4 regiuni de receptori: domeniul Ig din regiunea extracelulară, regiunea balama, domeniul transmembranar și coada citoplasmatică.

Generarea TCR-urilor

Același subiect în detaliu: recombinarea V (D) J.

Generarea TCR este un proces complex de recombinare aleatorie a diferitelor segmente genetice prezente în genomul fiecărui limfocit T, la care se adaugă introducerea voluntară a erorilor. Ambele lanțuri α și β conțin o mare varietate de gene care codifică diferitele regiuni care le compun, care sunt rearanjate într-un mod aleatoriu pentru a compune diferitele lanțuri printr-un proces complex care implică ștergerea unor părți întregi de ADN aruncat, mulțumită contribuția proteinelor RAG 1 și 2 și prezența secvențelor semnal de recombinare (RSS). În timpul acestui proces de rearanjare, regiunile P palindromice și N (noi) regiuni generate aleatoriu de desoxiribonucleotid transferază terminală (TdT) sunt inserate în secvența ADN.

Fiecare celulă T de la sfârșitul rearanjării va începe să producă un receptor specific, a cărui afinitate pentru diferitele peptide va trebui selectată în procesul cunoscut sub numele de educație timică.

Generarea aleatorie de TCR, așa cum se întâmplă pentru generarea repertoriului de imunoglobuline , permite să acopere gama practic infinită de posibili antigeni auto și non-auto care ar putea fi prezentați de MHC. Cu alte cuvinte, sistemul imunitar adaptiv prezice imprevizibilul prin întâmplare .