Co to są cząsteczki MHC i jak ważne są dla naszego bezpieczeństwa?

MHC (major histocompatibility complex) to główny układ zgodności tkankowej obejmujący grupę białek, które zaangażowane są w inicjację odpowiedzi odpornościowej. To teraz trochę jaśniej. Każda komórka naszego organizmu (erytrocyty tylko sporadycznie) ma taki sam, unikalny dowód osobisty – profesjonalnie nazywany antygenem zgodności tkankowej (MHC). Ludzie różnią się miedzy sobą cząsteczkami (białkami) MHC, co oznacza, że (z wyjątkiem bliźniąt jednojajowych) każdy posiada swój wyjątkowy i niepowtarzalny kod, umieszczony na powierzchni naszych komórek. Cząsteczka MHC wygląda jak zbliżone dłonie, pomiędzy którymi może coś się zmieścić (Rycina 1).  

Na powyższej Rycinie 2 są pokazane dwie klasy cząsteczek MHC – klasa I występuje praktycznie na wszystkich komórkach, zaś niektóre z nich dodatkowo posiadają jeszcze MHC klasy II. Te ostatnie to komórki, które wyspecjalizowały się w tzw. prezentacji antygenu (obcego białka) naszym limfocytom T pomocniczym (T helper, Th). Krótko tylko nadmienię, że limfocyt Th to capo di tutti capi komórek immunologicznych i spontanicznie nie angażuje się w reakcje odpornościowe – czeka, aż ktoś przyniesie mu informację o zagrożeniu (prawdziwy szef, prawda?). Tym kimś są właśnie komórki prezentujące antygen, jak makrofagi (Rycina 3) czy komórki dendrytyczne (dendritic cells, DC) (Rycina 4).

W praktyce wygląda to tak; poprzez skaleczenie (otarcie) skóry do organizmu dostają się, np. bakterie lub wirusy. Dlatego w skórze, newralgicznej barierze chroniącej nas przed środowiskiem zewnętrznym, obecne są komórki, które cały czas tam czuwają i natychmiast reagują na wtargnięcie patogenu (komórki DC, makrofagi, limfocyty, komórki tuczne, eozynofile, neutrofile). Nasza skóra jest naprawdę dobrze wyposażona w narzędzia do walki z drobnoustrojami (Rycina 5).

Rycina 5. Komórki obecne w naskórku i skórze przygotowane do walki z drobnoustrojami [4].

Komórki dendrytyczne pochłaniają patogen i wraz z nim szybko przemieszczają się do węzła chłonnego (Rycina 6). Dlaczego akurat tam? Bo w węźle chłonnym znajduje się ogromna liczba limfocytów Th oraz limfocytów B. W czasie tej drogi drobnoustrój wewnątrz komórek dendrytycznych ulega degradacji do białek, które zostają umieszczone w rowku cząsteczek MHC klasy II i wyniesione na powierzchnię DC.

Rycina 6. Komórka dendrytyczna (DC) po pochłonięciu patogenu ulega aktywacji i przemieszcza się do węzła chłonnego [5].

A na Rycinie 7 jest dokładnie pokazane, jak pochłonięty przez komórkę drobnoustrój jest przetwarzany (cięty przez enzymy na fragmenty) i wynoszony na powierzchnię w cząsteczce MHC. Tak komórka informuje inne co dzieje się w jej wnętrzu. Zasada jest taka – w cząsteczkach MHC klasy I antygeny prezentowane są limfocytom T cytotoksycznym. Dlaczego? Bo praktycznie każda komórka może zostać zaatakowana przez wirusa i każda wobec tego musi mieć szansę na pokazanie co ma obcego w środku. A w tej sytuacji najlepiej sprawdzi się właśnie limfocyt cytotoksyczny, ponieważ zlikwiduje zagrożenie (zakażoną komórkę, która mogłaby rozsiewać dalej wirusa). Z kolei w cząsteczce MHC klasy II obce antygeny (np. pochłonięte bakterie) prezentowane są wyłącznie limfocytom T pomocniczym, które inicjują odpowiedź odpornościową.

Rycina 7. Przetwarzanie białka patogenu i jego prezentacja na powierzchni komórki w MHC [6].

Dotarłszy do węzła chłonnego, komórka DC z wyrażonym na powierzchni antygenem (obcym białkiem) umieszczonym w MHC “pokazuje” go limfocytom Th (Rycina 8). Te, po rozpoznaniu własnej komórki (MHC klasy II !) i równocześnie obcego białka, ulegają aktywacji i wydają szereg rozkazów (np. w postaci cytokin), które są adresowane do odpowiednich komórek organizmu w celu ich zaangażowania do walki z drobnoustrojem. I to jest niesamowite w aktywacji limfocytów Th – one muszą rozpoznać, że to NASZA komórka przynosi informację o OBCYM białku. Teraz do walki włączane są limfocyty B (produkują przeciwciała), neutrofile, makrofagi, limfocyty T cytotoksyczne (Tc), komórki śródbłonka naczyń. Na koniec pozostają komórki pamięci, aby przy ponownym zakażeniu tym samym drobnoustrojem znacząco skrócić przekaz informacji i natychmiast odpowiadać. To powoduje, że tzw. wtórna odpowiedź na dany patogen przebiega szybciej, jest silniejsza i pozostawia po sobie jeszcze mocniejszą pamięć (taki jest właśnie cel działania szczepionek).

Rycina 8. Komórka DC (ta pofałdowana) prezentuje limfocytowi TH (z lewej) pochłonięte obce białko. Na insercie (góra) widać szczegóły tego połączenia komórek [7].

No dobrze, a co z cząsteczkami MHC klasy I, które są obecne na praktycznie wszystkich komórkach? Do czego one są potrzebne? MHC klasy I pełnią podwójną rolę:

  1. Służą do wylegitymowania się przed komórkami immunologicznymi sprawującymi nadzór – jestem swoja lub obca. Jeśli jest to prawidłowa komórka własna – po wylegitymowaniu, np. przez komórki NK (natural killer), nic się nie dzieje. Inny dowód osobisty (inne MHC) prowadzi do zniszczenia intruza. I tak się dzieje, np. przy przeszczepach od obcego dawcy.
  2. Mogą pokazywać, jakie białka są w komórce – swoje lub obce (wynoszone właśnie w tych “dłoniach”). W tym pierwszym przypadku nie ma żadnej reakcji ze strony układu odpornościowego. Natomiast jeśli komórka pokazuje tą drogą, np. białka wirusowe, to zostaje zidentyfikowana jako niebezpieczna dla organizmu i zniszczona przez limfocyty T cytotoksyczne – dla dobra ogółu.

Na poniższym filmie widzimy podsumowanie powyższych wiadomości. Makrofag, jako klasyczna komórka prezentująca antygen, po pochłonięciu bakterii i po umieszczeniu jej fragmentów w cząsteczce MHC klasy II pokazuje je limfocytowi T pomocniczemu, który inicjuje dalsze reakcje obronne. Widzimy też inną (jakąkolwiek) komórkę organizmu zakażoną wirusem. Ona pokazuje jego białka umieszczone w rowku MHC klasy I limfocytom T cytotoksycznym. Te, po rozpoznaniu, że to własna komórka została zakażona bez namysłu ją likwidują. Widzimy też, w jaki sposób komórki “komunikują” się ze sobą – wydzielają małe białka zwanych cytokinami. To tak, jak wysłanie maila od nadawcy do adresata. Adresat reaguje w adekwatny sposób.

Video – przetwarzanie pochłoniętego patogenu i jego prezentacja w cząsteczkach MHC. https://www.youtube.com/watch?v=Bgd1qxQ0Dh4&ab_channel=ComunidadGalena

Niekiedy prawidłowe komórki ulegają zmianom (transformacji), które ostatecznie prowadzą do jej przekształcenia się w komórkę nowotworową. Na tym etapie znacznie się już różnią od komórek prawidłowych i mogą posiadać charakterystyczne tylko dla siebie białka. Te białka także mogą być wyniesione na powierzchnię przez MHC klasy I (bo taka jest ich rola) i tym samym rozpoznane już jako obce przez limfocyty T cytotoksyczne – tak zmieniona komórka jest wówczas atakowana i ginie.

Dlatego komórki nowotworowe opracowały sprytne rozwiązanie, które miałoby je chronić przed takim rozpoznaniem i śmiercią – hamują produkcję dowodów osobistych (MHC klasy I). Czy w takim razie możemy czuć się bezbronni? Nie. W naszym arsenale odpornościowym znajdują się tzw. naturalni zabójcy – komórki NK (natural killers). One zajmują się sprawdzaniem, czy komórki organizmu na pewno mogą się wylegitymować. Jeśli tak – nie wkraczają do akcji. Jeśli nie (jak w przypadku komórek nowotworowych) – zabijają je. Świetnie to widać na poniższym filmie – małe komórki NK rozprawiają się ze znacznie większą komórką nowotworową (zieloną).

Video – małe limfocyty NK (natural killer) atakujące znacznie większą komórkę nowotworową (z sukcesem). https://www.youtube.com/watch?v=QCP6zESrpPo&ab_channel=StanfordOtolaryngology%E2%80%94Head%26NeckSurgery

Źródła

  1. https://www.immunopaedia.org.za/immunology/basics/4-mhc-antigen-presentation/
  2. https://fineartamerica.com/featured/sem-of-a-macrophage-cell-moving-over-a-surface-nibsc.html
  3. https://journals.plos.org/plospathogens/article/info:doi/10.1371/journal.ppat.0030013
  4. https://journals.asm.org/doi/10.1128/CMR.00034-18
  5. https://www.mdpi.com/1422-0067/22/15/8044
  6. Peter Parham, The Immune System, Chapter 3, Garland Science Publishimg 2005. http://contents.kocw.or.kr/document/region/2010/02/02/02_02_04_immune.pdf
  7. https://www.drugtargetreview.com/news/60456/high-throughput-protocol-for-producing-tetramer-assay-probes-used-to-investigate-covid-19/
  8. „Towards a systems understanding of MHC class I and MHC class II antigen presentation”, Nature 2011, https://www.nature.com/articles/nri3084
  9. „Cancer Immune evasion through loss of MHC class I antygen presentation”, Frontiers in Immunology 2021, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2021.636568/full
  10. „Major Histocompatibility Complex (MHC) Class I and MHC Class II Proteins: Conformational Plasticity in Antigen Presentation”, Frontiers in Immunology 2017, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2017.00292/full

2 thoughts on “Co to są cząsteczki MHC i jak ważne są dla naszego bezpieczeństwa?

  1. Wiem, że to głupie co napiszę, ale po wpisie Pani, mam wrażenie, że te komórki NK maja świadomość. Na poziomie komórkowym ta komunikacja pomiędzy poszczególnymi elementami to jest jakis nieprawdopodobny mikroświat świadomych, niezaleznych stworzeń. Fascynujący wpis. Wymaga przeczytania kilka razy ale sedno niezwykłe.

    • Dziękuję. Oczywiście komórki nie mają świadomości, lecz podlegają określonym mechanizmom wykształconym w toku ewolucji. Opisałam działanie komórek NK w dużym uproszczeniu, bo w rzeczywistości jest bardziej skomplikowane i wiąże się z obecnością na limfocytach NK receptorów aktywujących (przez obce białka) i hamujących (przez własne MHC). Czyli, jeśli komórka nowotworowa nie wyraża MHC (bo chcialaby uciec przed rozpoznaniem) to n ić już nie blokuje komórek NK – ulegają aktywacji i zabijają zmienioną komórkę.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *