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.
MHC class I molecules are one of two primary classes of major histocompatibility complex (MHC) molecules (the other being MHC class II) and are found on the cell surface of all nucleated cells in the bodies of vertebrates. They also occur on platelets, but not on red blood cells. Their function is to display peptide fragments of proteins from within the cell to cytotoxic T cells; this will trigger an immediate response from the immune system against a particular non self antigen displayed with the help of an MHC class I protein. Because MHC class I molecules present peptides derived from cytosolic proteins, the pathway of MHC class I presentation is often called cytosolic or endogenous pathway. In humans, the HLAs corresponding to MHC class I are HLA A, HLA B, and 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.