Введение

Белки иммунной системы класса I MHC являются одним из двух основных классов молекул главного комплекса гистосовместимости (MHC) (другой – класс II MHC) и находятся на клеточной поверхности всех нуклеированных клеток в организмах позвоночных. Они также присутствуют на тромбоцитах, но отсутствуют на красных кровяных клетках. Их функция заключается в представлении пептидных фрагментов белков изнутри клетки цитотоксическим Т-клеткам; это запускает немедленный ответ иммунной системы против конкретного чужеродного антигена, представленного с помощью белка MHC класса I. Поскольку молекулы MHC класса I представляют пептиды, происходящие из цитозольных белков, путь презентации MHC класса I часто называют цитозольным или эндогенным путем. У человека гены HLA, соответствующие MHC класса I, – это HLA A, HLA B и HLA C.

Функция

Молекулы MHC класса I связывают пептиды, образующиеся главным образом в результате деградации цитозольных белков протеасомой. Комплекс MHC I:пептид затем транспортируется через эндоплазматический ретикулум во внешнюю плазматическую мембрану клетки. Эпитопный пептид связывается с внеклеточными участками молекулы MHC класса I. Таким образом, функция MHC класса I заключается в представлении внутриклеточных белков цитотоксическим Т-лимфоцитам (CTL). Однако MHC класса I также может представлять пептиды, полученные из экзогенных белков, в процессе, известном как перекрестная презентация. Нормальная клетка будет демонстрировать пептиды, образовавшиеся в результате нормального обновления клеточных белков, на своей молекуле MHC класса I, и CTL не будут активироваться в ответ на них благодаря механизмам центральной и периферической толерантности. Когда клетка экспрессирует чужеродные белки, например, после вирусной инфекции, часть молекул MHC класса I будет представлять эти пептиды на поверхности клетки. В результате CTL, специфичные к комплексу MHC:пептид, будут распознавать и уничтожать клетки-презентеры. Альтернативно, сама молекула MHC класса I может служить ингибирующим лигандом для естественных киллеров (NK). Снижение нормального уровня молекул MHC класса I на поверхности клетки, механизм, используемый некоторыми вирусами и определенными опухолями для избежания CTL-ответа, активирует цитотоксичность NK-клеток.

PirB и визуальная пластичность

Парный иммуноглобулиноподобный рецептор B (PirB), рецептор, связывающий MHCI, участвует в регуляции визуальной пластичности. PirB экспрессируется в центральной нервной системе и подавляет пластичность глазного доминирования в критический период развития и у взрослых. Для поддержания стабильного тройного комплекса между пептидом, MHC I и B2M обычно требуется пептид с высокой аффинностью и субъединица B2M, однако при субфизиологических температурах наблюдаются стабильные гетеродимеры MHC I/B2M, не содержащие пептид. Синтетические стабильные молекулы MHC I, способные связывать пептиды, были получены с использованием дисульфидной связи между MHC I и B2M и названы "открытым MHC I".

Синтез

Пептиды образуются главным образом в цитозоле протеасомой. Протеасома – это макромолекула, состоящая из 28 субъединиц, половина из которых обладает протеолитической активностью. Протеасома расщепляет внутриклеточные белки на небольшие пептиды, которые затем высвобождаются в цитозоль. Протеасомы также могут лигировать различные пептидные фрагменты (так называемые сплайсированные пептиды), создавая последовательности, которые не являются непрерывными и, следовательно, не кодируются линейно в геноме. Происхождение сплайсированных пептидных сегментов может быть из одного и того же белка (цис-сплайсинг) или из разных белков (транс-сплайсинг). Пептиды должны быть транспортированы из цитозоля в эндоплазматический ретикулум (ЭР) для взаимодействия с молекулой MHC класса I, пептидсвязывающий участок которой расположен в просвете ЭР. Они имеют Ig-складку, расположенную рядом с мембраной.

Транслокация и пептидная нагрузка

Пептидная транслокация из цитозоля в просвет ЭР осуществляется транспортером, связанным с процессом презентации антигена (TAP). TAP является членом семейства ABC-транспортеров и представляет собой гетеродимерный полипептид, пронизывающий мембрану многократно, состоящий из TAP1 и TAP2. Две субъединицы формируют пептидсвязывающий сайт и два сайта связывания АТФ, обращенные к цитозолю. TAP связывает пептиды с цитоплазматической стороны и транслоцирует их в просвет ЭР с потреблением АТФ. Молекула MHC класса I затем загружается пептидами в просвете ЭР. В процессе загрузки пептидов участвуют несколько других молекул, формирующих крупный мультимерический комплекс, называемый комплексом загрузки пептидов, состоящий из TAP, тапасина, калретикулина, кальнексина и Erp57 (PDIA3). Кальнексин стабилизирует α-цепи MHC класса I до связывания с β2m. После полной сборки молекулы MHC кальнексин диссоциирует. Молекула MHC, не связанная с пептидом, по своей природе нестабильна и требует связывания с шаперонами калретикулином и Erp57. Кроме того, тапасин связывается с молекулой MHC и служит для ее соединения с белками TAP, облегчая отбор пептида в итеративном процессе, называемом редактированием пептидов, тем самым способствуя усиленной загрузке пептидов и колокализации. Как только пептид загружен в молекулу MHC класса I, комплекс диссоциирует и покидает ЭР по секреторному пути, чтобы достичь поверхности клетки. Транспорт молекул MHC класса I по секреторному пути включает несколько посттрансляционных модификаций молекулы MHC. Некоторые из этих модификаций происходят в ЭР и включают изменения в N-гликановых участках белка, за которыми следуют существенные изменения N-гликанов в аппарате Гольджи. N-гликаны полностью созревают к моменту достижения поверхности клетки.

Удаление пептидов

Пептиды, которые не связываются с молекулами MHC класса I в просвете эндоплазматического ретикулума (ER), удаляются из ER через канал sec61 в цитозоль, где они могут подвергаться дальнейшему усечению, и могут быть транспортированы TAP обратно в ER для связывания с молекулой MHC класса I. Например, наблюдалось взаимодействие sec61 с бычьим альбумином.

Влияние вирусов

Молекулы MHC класса I загружаются пептидами, образовавшимися в результате деградации убиквитинированных цитозольных белков в протеасомах. Поскольку вирусы индуцируют клеточную экспрессию вирусных белков, некоторые из этих продуктов маркируются для деградации, а образовавшиеся пептидные фрагменты поступают в эндоплазматическую сеть и связываются с молекулами MHC I. Таким образом, посредством MHC I-зависимого пути презентации антигена, инфицированные вирусом клетки сигнализируют Т-клеткам о продукции аномальных белков в результате инфекции. Судьба вирус-инфицированной клетки почти всегда – индукция апоптоза посредством клеточного иммунитета, что снижает риск заражения соседних клеток. В качестве эволюционного ответа на этот механизм иммунного надзора многие вирусы способны подавлять или иным образом предотвращать презентацию молекул MHC класса I на поверхности клетки. В отличие от цитотоксических Т-лимфоцитов, клетки-натуральные киллеры (NK) обычно инактивируются при распознавании молекул MHC I на поверхности клеток. Следовательно, при отсутствии молекул MHC I, NK-клетки активируются и распознают клетку как аномальную, что указывает на возможную вирусную инфекцию и попытку уклонения от иммунного уничтожения. У некоторых видов рака человека также наблюдается подавление экспрессии MHC I, что дает трансформированным клеткам такое же преимущество в выживании – возможность избегать нормального иммунного надзора, предназначенного для уничтожения инфицированных или трансформированных клеток.

Эволюционная история

Гены MHC класса I возникли у последнего общего предка всех челюстноротых позвоночных и были обнаружены у всех изученных на сегодняшний день живых челюстноротых позвоночных. Эволюция "рождение-смерть" генов является одним из механизмов, объясняющих размер семейства генов MHC класса I.

Рождение и смерть генов MHC класса I

Эволюция рождения и смерти утверждает, что события дупликации генов приводят к тому, что геном содержит множественные копии гена, которые затем могут подвергаться отдельным эволюционным процессам. Иногда эти процессы приводят к псевдогенезированию (утрате функции) одной копии гена, но иногда – к возникновению двух новых генов с различающейся функцией. Вероятно, что локусы класса Ib главного комплекса гистосовместимости человека (HLA E, F и G), а также псевдогены класса I МГК, возникли из локусов класса Ia МГК (HLA A, B и C) в ходе этого процесса рождения и смерти.