主要組織相容性復(fù)合體課件

1、主要組織相容性復(fù)合體 Major Histocompatibility Complex第1頁，共46頁。 主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex, MHC）是由一組高度多態(tài)性基因組成的染色體區(qū)域。MHC基因產(chǎn)物能在不同細胞表面表達，通常稱之為MHC分子或MHC抗原，又因這些抗原在器官移植中代表供受者雙方的組織相容程度，亦稱為移植抗原或組織相容性抗原。人的MHC是HLA。 MHC是現(xiàn)知多態(tài)性最為豐富的一個基因系統(tǒng)，擁有極大數(shù)量的等位基因，賦予種群巨大潛力以適應(yīng)多變的內(nèi)外環(huán)境。MHC分子不但在T細胞分化發(fā)育中是必需的，而且在適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動和調(diào)節(jié)

2、中發(fā)揮重要作用，并參與對固有免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)。第2頁，共46頁。小鼠H-2系統(tǒng)人類主要組織相容性復(fù)合體HLA分子的結(jié)構(gòu)、功能和分布HLA基因表達的調(diào)控HLA和臨床醫(yī)學(xué)第3頁，共46頁。來自品系B 的皮膚移植物在子代受體鼠存活 ，表明該鼠不帶有品系A(chǔ) 負責(zé)排斥的基因( )。如果來自品系B 的皮膚被子代受體鼠排斥（以 表示），表明該受體鼠帶有品系 A負責(zé)排斥的基因( )。1/21/41/106 ABAAA1/8AF2 F20F1F3rejected 品系A(chǔ)小鼠皮膚移植物A和B代表不同遺傳背景的近交系小鼠。子代(F)鼠中的蘭色和黃色代表A 和B遺傳成份的比例變化。從子代鼠選擇品系B 皮膚移植物受到排斥

3、的個體，與親本B 回交?；亟灰淮?，A 的基因成份減少一半，直至20代 (F20)。如其中有個體仍排斥來自B 的皮膚，表明其中品系 A負責(zé)排斥的基因仍在，但其它遺傳成份已換成 B 品系。由此得到同類系小鼠 (congeneic strain)。 采用經(jīng)典免疫遺傳學(xué)手段構(gòu)建同類系小鼠的原理 通過反復(fù)回交并利用異品系皮膚移植物受到排斥來監(jiān)控主宰急性免疫排斥的H-2 基因，獲取遺傳背景相同(此處為B 品系，以黃色表示) 但H-2 基因不同的特殊小鼠品系，以確認H-2 基因在移植物排斥中的關(guān)鍵作用。第4頁，共46頁。小鼠H-2系統(tǒng)第5頁，共46頁。 小鼠MHC基因（H-2）結(jié)構(gòu) 寬立柱代表經(jīng)典的類和類基

4、因，窄立柱代表補體基因、非經(jīng)典的、類基因或假基因。除了小鼠經(jīng)典的類基因分散在兩側(cè)而人類經(jīng)典的類基因全部集中在遠離著絲粒一側(cè)外，H-2 的結(jié)構(gòu)和HLA十分相似。H-2 類基因(紅色)位于I （immune）區(qū)，皆由編碼和鏈的基因a和b組成，小鼠為I-O、I-M、I-A和I-E，對應(yīng)于人類HLA 類（D區(qū)）的DO、DM、DQ和DR (H-2 中無HLA-DP 對應(yīng)物)。H-2和HLA 皆包括LMP/TAP 和 類補體基因（橙色），且位置相當(dāng)。注意圖中H-2 基因遠離著絲粒一側(cè)的Tla 區(qū)包括大量的非經(jīng)典類基因，部分參與調(diào)控固有免疫應(yīng)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 類基因 II 類基因 III 類基因 I 類基因著絲粒參見表5-2小鼠和人類部分MHC非經(jīng)典類基因（b）產(chǎn)物及其功能第6頁，共46頁。 早期鑒定的H-2 經(jīng)典基因座位 K I-A I-E S D 品系原型 其它帶有相同單體型的品系 單體型 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 帶有不同單體型的一些小鼠 H-2 同類系和重組系 上方為經(jīng)典H-2 類（K、D）、類（I-A、I-E）和 類基因（S），為圖5-2 中H-2基因圖的簡化和濃縮。 S相當(dāng)于補體區(qū)。下方為各種單體型小鼠H-2同類系等位基因的構(gòu)成。其中單體型a、s、tl中發(fā)生了基因座位間的重組，形成重組系。第

7、7頁，共46頁。人類主要組織相容性復(fù)合體一、經(jīng)典的HLA復(fù)合體結(jié)構(gòu)二、HLA基因的多態(tài)性第8頁，共46頁。一、經(jīng)典的HLA復(fù)合體結(jié)構(gòu)第9頁，共46頁。人類第6號染色體短臂HLA區(qū)主要基因排列圖 三類基因中表達者以不同顏色表示，不表達者為灰白色 與書中反向第10頁，共46頁。基因名稱等位基因數(shù)基因名稱等位基因數(shù)基因名稱 等位基因數(shù)基因名稱 等位基因數(shù)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數(shù)（截至2012年10月）第11頁，共46頁。不同單元型中DR基因的組合 DR亞區(qū)：DR亞區(qū)有1個DRA基因及9個DRB基因。DRA基因幾乎不顯示多態(tài)性，其產(chǎn)物為DR分子的鏈。9個DRB基因分別命名 為DRB1DRB9。其中DRB1、DRB3、DRB4和DRB5為功能基因。DRB1基因編碼的DR分子鏈與DRA基因編碼的鏈共同組成DR分子。DRB5基因、DRB3基因及DRB4基因編碼的鏈各自與鏈組成的DR分子，分別顯示血清學(xué)方法檢出的抗原特異性DR51、DR52和DR

10、53。因此，DRB基因的數(shù)目隨每個個體所具有的單體型的不同而不同，可分為五個組。第12頁，共46頁。不斷被檢出的HLA等位基因數(shù)限于WHO命名委員會確認并公布的等位基因年份等位基因數(shù)HLA I 類等位基因HLA II 類等位基因二、HLA基因的多態(tài)性 豐富的多態(tài)性 (polymorphism) 是HLA基因系統(tǒng)的一個最重要的特點。HLA復(fù)合體中很多基因座位的DNA序列在人群中存在許多變異體，稱為等位基因（allele）。第13頁，共46頁。 HLA基因系統(tǒng)的多態(tài)性及一些主要基因座位的等位基因數(shù) 截至2012年10月，正式命名顯示多態(tài)性的HLA基因座位有36個，共8712個等位基因。 圖中各立柱

11、下方所示數(shù)據(jù)為該基因座位的等位基因數(shù)。等位基因數(shù)對數(shù)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經(jīng)典的I 類和 II 類基因 III 類補體編碼基因非經(jīng)典I 類基因和免疫功能相關(guān)基因* DRB包括DRB1DRB9，其中DRB1等位基因數(shù)為975。3.3第14頁，共46頁。 多態(tài)性 如此龐大的等位基因，表明HLA屬人類多態(tài)性最為豐富的

12、基因系統(tǒng)。揭示人群中兩個無親緣關(guān)系個體間HLA等位基因相同的機率一定很低。對每一個個體，任何一個HLA座位只能有二個等位基因，分別來自父母親，這些等位基因均能得到充分的表達，稱為共顯性（co-dominance）。由于人類是隨機婚配的雜合群體，從人群整個HLA等位基因庫中獲取這兩個基因應(yīng)該是隨機的，如以HLA-B為例，意味著從2271個等位基因中任取兩個，兩個個體得到完全相同B座位等位基因的機率自然很小，如果再加上多個HLA座位皆有數(shù)量龐大的等位基因，則經(jīng)過排列組合，兩個無親緣關(guān)系個體全部HLA等位基因相同的機率幾乎為零。也使每一個個體所具有的HLA等位基因及其產(chǎn)物可以成為顯示該個體獨特性的生

13、物學(xué) “身份證”，即個體性(individuality) 的標(biāo)志。 HLA系統(tǒng)的多態(tài)性保證了種群能顯示對各種病原體合適的免疫應(yīng)答，以保證群體的延續(xù)及維持其穩(wěn)定性。 HLA基因的多態(tài)性及其在不同種族中分布差異的原因是自然選擇所造成的。第15頁，共46頁。 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頁，共46頁。HL

15、A抗原和等位基因命名用血清學(xué)及細胞學(xué)技術(shù)檢測的抗原特異性 用分子生物學(xué)方法檢測的等位基因第17頁，共46頁。 HLA-B8 HLA-B2Antibody to HLA-B8Serological tissue typing第18頁，共46頁。Polymerase Chain Reaction (PCR)第19頁，共46頁。連鎖不平衡 連鎖不平衡（linkage disequilibrium）是指在某一群體中，不同座位上某二個等位基因出現(xiàn)在同一條單元型上的頻率與預(yù)期值之間有明顯的差異。 連鎖不平衡現(xiàn)象在一定程度上限制了群體中HLA單元型的多樣性，這給器官移植尋找HLA相容供體提供了機會，但卻給H

16、LA與疾病關(guān)聯(lián)研究中尋找原發(fā)性關(guān)聯(lián)成分造成一定困難。第20頁，共46頁。HLA分子的結(jié)構(gòu)、功能和分布一、HLA分子的組織分布二、HLA分子結(jié)構(gòu)三、HLA分子的功能第21頁，共46頁。HLA分子的組織分布 經(jīng)典的I類分子HLA-A、B表達在除絨毛外滋養(yǎng)細胞外的所有有核細胞表面，HLA-C分子則可表達在包括絨毛外滋養(yǎng)層細胞內(nèi)的所有有核細胞表面。但不同組織和不同細胞類型的表達水平不同。 經(jīng)典HLA II類分子 (DR、DQ、DP) 的表達則局限在特定細胞群，主要是抗原提呈細胞如巨噬細胞、樹突細胞、成熟B淋巴細胞。此外激活的T細胞及激活的單核細胞也表達經(jīng)典II類分子。 第22頁，共46頁。HLA分子結(jié)

17、構(gòu)1.HLA類分子2.HLA類分子 3.HLA類分子的順位互補和反位互補 4.可溶性HLA分子 第23頁，共46頁。 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類分子和HLA類分子 基本結(jié)構(gòu)第24頁，共46頁。 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).抗原結(jié)合槽第25頁，共46頁。 (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頁，共46頁。(38kD and 28kD)第27頁，共46頁。編碼DQ分子和鏈的基因以順位和反位互補兩種形式?jīng)Q定對疾病的易感性基因圖中深色座位代表參與順、反位互補的易感基因H

23、LA類分子的順位互補和反位互補 順位互補 (cis- complementation) 即DQ或DP分子的鏈和鏈?zhǔn)怯赏粭l單體型上的等位基因所編碼；另一種是反位互補 (trans-complementation) 即DQ或DP分子的鏈和鏈?zhǔn)欠謩e來自父親及母親的二條單體型上的等位基因編碼而成。這種現(xiàn)象不僅使細胞表面表達的HLA分子類型增加，而且與某些自身免疫病的易感性有關(guān)。第28頁，共46頁。HLA-G基因結(jié)構(gòu)與表達 HLA-G基因結(jié)構(gòu)與經(jīng)典HLA I 類基因基本相同, 但HLA-G 分子胞內(nèi)段較短。HLA-G1為缺乏外顯子7的全長mRNA轉(zhuǎn)錄子;HLA-G2為缺乏外顯子3,7的轉(zhuǎn)錄子; HLA

24、-G3為缺乏外顯子3,4,7的轉(zhuǎn)錄子；HLA-G4為缺乏外顯子4,7的轉(zhuǎn)錄子;可溶性HLA-G5是由于內(nèi)含子4中的存在終止密碼子,HLA-G6是缺乏外顯子3,7且內(nèi)含子4中含有終止密碼子;HLA-G7內(nèi)含子2中含有終止密碼子。mRNA中的密碼子以紫紅色方框表示。UTR：非轉(zhuǎn)錄區(qū)。 HLA分子主要以穿膜蛋白的形式表達在細胞表面，但有少量分子則以可溶性HLA（sHLA）形式檢出。一些研究已提示，sHLA分子可通過多種機制發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，在感染性疾病、癌癥及器官移植排斥反應(yīng)中，還可作為病理變化的檢測指標(biāo)?？扇苄訦LA分子 第29頁，共46頁。HLA分子的功能1.作為抗原肽受體結(jié)合和提呈抗原 2.參

25、與免疫調(diào)節(jié)3.參與T細胞發(fā)育和粘膜免疫4.其它非免疫學(xué)功能第30頁，共46頁。 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.作為抗原肽受體結(jié)合和提呈抗原 第31頁，共46頁。 抗原肽在下列九個錨著位上的錨著殘基等位基因產(chǎn)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類分子的肽結(jié)合共用基序第32頁，共46頁。同一H-2Kb 分子可結(jié)合兩種不同的九肽左：囊狀胃炎病毒（VSV-8）抗原肽； 右：仙臺病毒（SEV-9）核蛋白 HLA分子對抗原肽的識別既有特異性也有混雜性（promiscuous）。特異性指能與I類分子結(jié)合的抗原肽兩端的錨著位，以及能與II類分子相結(jié)合的45個位于核心序列中的錨著位，及相應(yīng)的錨著殘基相對恒定。由此，能夠與同一類HLA分子相結(jié)合的抗原肽，其錨著位和錨著殘基往往相同或相似，構(gòu)成該HLA分子特有的共用基序（consensus motif）?；祀s性指HLA分子與抗原肽之間的結(jié)

28、合并不完全象抗原-抗體結(jié)合那樣顯示高度專一性。同一錨著位要求的錨著殘基組成可以是有變化的，凡符合共用基序的抗原肽均可被同一類HLA分子所結(jié)合。第33頁，共46頁。參與免疫調(diào)節(jié) NK細胞通過直接的細胞毒作用及分泌細胞因子和趨化因子行使功能。NK細胞對靶細胞的殺傷無嚴(yán)格的MHC限制性，而是以“喪失自我”（missing self）的識別方式殺傷缺乏MHC I類抗原或I 類抗原發(fā)生突變的靶細胞。KIR系統(tǒng)顯示一定的多基因性與多態(tài)性，不同個體的KIR基因在數(shù)目和類別上可存在差異，在單體型和基因型組合上具有高度的多樣性。每個NK細胞至少表達一種激活性受體和一種抑制性受體，不同組合的NK受體通過識別和結(jié)合

29、相應(yīng)配體，協(xié)同調(diào)節(jié)NK細胞的功能。在正常條件下，KIR抑制性受體通過識別表達在細胞上的MHC I類分子，使NK細胞不能殺傷自身正常細胞，在病毒感染時，激活性受體發(fā)揮功能清除感染。參見表5-4各類NK細胞受體及其相應(yīng)配體第34頁，共46頁。妊娠期HLA分子在胎盤、胎兒與子宮上的表達 m: 母親; p: 父親 母體HLA-Am,-Bm,-Cm HLA-Am,-Bm,-Cm 胎兒HLA-Am,-Bm,-Cm HLA-Ap,-Bp,-Cp 胎盤HLA-Gm,-Em,-Fm,-Cm HLA-Gp,-Ep,-Fp,-Cp 在母胎免疫耐受中MHC分子參與的免疫調(diào)節(jié)也具有重要的作用。母胎交界局部存在復(fù)雜的免疫

30、應(yīng)答和免疫調(diào)節(jié)機制，其中非經(jīng)典MHC I類分子起著重要的作用。非經(jīng)典HLA-E、-F、-G共同高表達在滋養(yǎng)層細胞表面，特別在浸入子宮蛻膜與母體血液接觸的絨毛外滋養(yǎng)細胞上，而這些細胞表面不表達經(jīng)典的HLA I類分子 (A、B) 及II 類分子（DR、DQ、DP），卻能表達經(jīng)典HLA-C。表達在母胎界面的這種HLA分子正是NK細胞KIR受體的重要配體。第35頁，共46頁。 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.參與T細胞發(fā)育第36頁，共46頁。HLA基因表達的調(diào)控一、HLA基因的結(jié)構(gòu)二、HLA分子表達及其調(diào)控三、HLA基因表達中的非DNA結(jié)合蛋白第37頁，共46頁。 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基因的結(jié)構(gòu)參見圖5-15第38頁，共46頁。HLA II 類和 I 類基因啟動子區(qū)的順式作用元件及其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子右側(cè)箭頭指向的相反方向為HLA II 類（上方）和I 類（下方）基因轉(zhuǎn)錄啟動子區(qū)。帶英文字的彩色

34、方框為II類和I 類基因?qū)Ｒ恍皂樖阶饔迷?，其上方為結(jié)合各個順式作用元件的轉(zhuǎn)錄因子。中部的四對順式元件-轉(zhuǎn)錄因子在兩類基因中高度相似。啟動子右側(cè)的蘭色筐和黑筐為真核細胞基因共用的順式作用元件CCAAT和TATA。二、HLA分子表達及其調(diào)控第39頁，共46頁。 HLA II類反式激活因子 (CIITA) 結(jié)構(gòu)及其對HLA-DRA基因轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)控A、CIITA分子結(jié)構(gòu)。N端棕色部分顯示乙?；D(zhuǎn)移酶活性，并與協(xié)同激活因子CBPBob1等結(jié)合；P/S/T：富含脯氨酸、絲氨酸、蘇氨酸結(jié)構(gòu)域；ATP/GTPB：相應(yīng)結(jié)構(gòu)域；RFX結(jié)合：II類基因啟動子RFX、NF-Y等結(jié)合部位。B、CIITA分子C端與結(jié)