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).

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.

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.

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).

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.

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).

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