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1、主要组织相容性复合体,MHC（Major histocompatibility complex）,一.概念 组织相容：不同个体间的组织的相容性 MHC是受遗传控制的，代表个体特异性的主要组织抗原系统，参与器官移植排斥，免疫应答调控。除无颌类以外，所有脊椎动物都拥有MHC 人的MHC通常称为HLA（human leukocyte antigen）,MHC的发现,20世纪4050年代的研究确定，小鼠近交系之间皮肤移植物的排斥主要由定位在17号染色体上的H-2基因决定建立两个遗传背景不同的小鼠近交系（如A、B两个品系）A与B杂交后代与亲本回交建立小鼠同类系（congenic mice，即除特定基因外
2、遗传背景高度一致的近交系小鼠品系），通过后代小鼠能否接受某一亲本的皮肤移植物来确定组织相容性基因（histocompatibility genes）的染色体位置发现位于17号染色体的H-2(histocompatibility-2)基因是主要的控制移植排斥的基因H-2基因特点：在移植排斥中起主要作用；本身含多个功能相近的基因座位，形成一复合体引入“主要组织相容性复合体”的概念,CONGENIC MOUSE STRAINS,Strain A,Strain A.B,Selected Locus,Intra-H2 Recombinant CongenicMouse Strains,Strain A,
3、Strain A.B,Strain A.B(R1),Strain A.B(R2),KISD,Strain B,H2,MHC是决定同种移植排斥的主要抗原,H-2b受者小鼠MHC与供者相同而其它遗传背景不同，H-2d受者小鼠与供者除MHC外其它遗传背景完全相同,H-2b小鼠,H-2b小鼠,H-2d小鼠,小鼠 MHC=H-2人 MHC=HLA,Jean Dausset 1916-Nobel Prize 1980,二.MHC基因及分子,人MHCHLA（Human leukocyte antigen）位于6号染色体短臂，共3400 kb通过大规模基因测序，99年10月28日在Nature杂志报道了HLA
4、全基因序列已发现在此区域有约224个基因，多数基因尚不知功能2004年增加延伸的（extended）MHC I类和II类基因区，即xMHC区，约7.6Mb小鼠MHC H2，位于17号染色体狗MHC DLA，兔MHC RLA,人HLA复合体的结构,Human xMHC Gene Map,传统上分为MHC I，II，III类基因；近年来倾向于分为以下两类：经典的MHC I，II类：基因产物的主要生理功能是呈递抗原，多态性丰富；即通常所说的“MHC基因”免疫功能相关基因：传统的MHC III类基因，非经典MHC I，II基因。xMHC基因区主要两大基因簇：组蛋白基因簇和tRNA基因簇,分类：,(一)
5、经典MHC I类和II类基因,小鼠H-2：定位于17号染色体；I类基因：K、D、L；II类基因：Ab、Aa、Eb、Ea。人HLA基因：定位于6号染色体；I类基因：B、C、A；II类基因：DP、DQ、DR亚区，每个亚区由两 个或两个以上基因座组成，分别编码分子量 相近的链和链,(二)HLA分子,1、HLA I类分子：链和2微球蛋白（2-microglobin）组成 的异源二聚体；链胞外有3个结构域1，2，3，1，2组成抗 原肽结合槽；所有有核细胞表达。2微球蛋白基因不在MHC基因区，人2微球蛋白基因的位于15号染色体；小鼠在2号染色体。,MHC与抗原形成复合物,2、HLA II类分子：分子量相似
6、的链和链组成的异二聚体分子；1，1形成抗原肽结合槽；B,DC,M等表达。,HLA II类分子的结构,MHC class I,MHC class II,Cleft geometry,Peptide is held in the cleft by non-covalent forces,（三）免疫功能相关基因,（一）血清补体成份编码基因：C4B，C4A，BF，C2。（二）抗原加工提呈相关基因：1、低分子量多肽基因：LMP2，LMP7；2、抗原加工相关转运体基因：TAP1，TAP2；3、TAP相关蛋白基因；4、HLA-DM，DO基因。（三）非经典的I类基因：HLA-E(杀伤细胞表面抑制性受体CD94
7、/NKG2A,CD94/NKG2C的配体)，HLA-G(杀伤细胞免疫球蛋白样受体KIR的配体)。（四）炎症相关基因：TNF家族，IkB基因，MICA/B，HSP70等。,1 2,三、MHC基因的多态性现象,相关概念多态性：是指在一随机分配的群体中，染色体同一基因座位（或多态性标记位点）有两种以上基因型。复等位基因：位于一对同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因。在群体中占据某同源染色体同一座位的两个以上的、决定同一性状的基因,经典的MHC I类和MHC II类基因是基因组中多态性最丰富的基因 某些MHC III类基因也具有高度多态性，如Bf基因已检出20多种变异体MHC多态性能防止快速进化
8、的病原微生物针对宿主的攻击，保护生物群体的生存。,DP DQ DR 补体 B C A,HLA II类 HLA III类 HLA I 类,K I-A I-E 补体 D L,H-2 I 类 H-2 II类 H-2 III类 H-2 I 类,Human MHC,Mouse MHC,19+94 21+46 2+289 425 108 214（等位基因数）,小鼠MHC II类抗原又称Ia抗原（I-region associated antigen），编码基因又称Ir基因（immune respones gene）。,Some MHC Genes are Highly Polymorphic,Adapte
9、d from http:/,#Alleles,Class I,Class II,HLA基因的多态性,HLA的复等位基因 HLA-A，-B和-C基因座分别拥有若干个复等位基因。HLA-DRB1、DQA1、DQB1、DPB1和DPA1基因座分别拥有若干个复等位基因。每个复等位基因以基因座后的4位数字表示。以短横线连接的两个数字（如DRB3*0201-0205）代表以这两个数字以及它们之间所有自然数命名的复等位基因。,A*0302(Locus A;group 3;allele 2)C*0411(Locus C;group 4;allele 11)DPA*0508(Locus DPA;group 5;
10、allele 8)DRB3*0202(Locus DRB3;group 2;allele 2),HLA基因的多态性现象与普通多态性基因的差别,典型MHC基因的多态性较普通的多态性基因复杂得多（如与ABO血型抗原基因比较）不同复等位基因间差异明显多态性变异较为集中于HLA分子与抗原肽结合部位的结构域,HLADR 分子的多态性,四、MHC基因复合体遗传特征,单元型（haplotypes）遗传方式 单元型：同一条染色体上紧密相连基因的组合 HLA单元型：同一条染色体上不同HLA基因的组合。HLA基因在体细胞两条染色体上的组合称为基因型。某一个体HLA抗原特异性型别称为表型。,共显性：一对等位基因的两
11、个成员在杂合体中都表达的遗传现象。连锁不平衡,子女与父母有一半HLA相同子妹间1/4机率完全相同；1/2机率一半HLA相同,1,6,2,35,2,40,10,16,a b,c d,a c,a d,b c,b d,1,6,2,40,1,6,10,16,2,35,2,40,2,35,10,16,MHC的共显性表达,Mouse MHC,连锁不平衡,连锁：处于同一条染色体上的基因遗传时较多地联系在一起的现象基因频率：是指群体中携带某一等位基因的个体数目与携带该基因座位各等位基因个体数目总和的比例。假设两个基因座的两个等位基因，其频率分别是p1和p2，若它们之间的重组是随机的，其联合的频率，即单元型频率
12、h是p1Xp2，这样的结果即为连锁平衡。如果h比预期的随机重组值高或者低，说明两个基因座存在连锁不平衡,HLA连锁不平衡举例,HLA连锁不平衡的可能起因,紧密连锁基因座的某些等位基因的组合使携带者具有选择优势，因而可以长期存在据推测传染病是维持其多态性和连锁不平衡的最重要选择力量,五.MHC结合的分子,MHC I 类抗原结合抗原多肽（8-10个氨基酸）、TCR、CD8、杀伤细胞抑制性受体MHC II 类抗原结合抗原多肽（13-18个氨基酸）、TCR、CD4,抗原肽往往带有两个或两个以上和MHC分子凹槽相结合的特定部位（锚定位）。该位置上的氨基酸残基被称为锚定残基。,Allelic Variat
13、ion in MHC Proteins Surrounds Peptide Binding Cleft,Janeway et al.,Immunobiology,2001,六、MHC分子表达的调节,I类分子组成型表达于所有有核细胞表面，II类分子正常情况下只存在于B细胞、巨噬细胞、树突状细胞、内皮细胞等少数细胞类型MHC分子的表观遗传学调控：MHC基因的甲基化状态在不同的组织中有所差异转录速度是MHC分子在细胞表面表达的重要决定因素各种MHC基因和分子的转录和表达同等地受到调节：如不位于MHC区域内的2m和Ii分别与I类的链和II类的、链协同地被调节细胞因子可调节I类和II类基因在多种细胞内的
14、基本转录速度，这是T细胞应答的重要放大机制，如IFN-可提高MHC分子的表达,(IFN stimulated response element）,（IFN-activation sites）,ISGF-3:IFN stimulated gene factor-3,细胞因子可促进MHC基因在多种细胞表达,Differential distribution of MHC molecules,Cell activation affects the level of MHC expressionThe pattern of expression reflects the function of MHC
15、 molecules:Class I is involved in anti-viral immune responsesClass II involved in activation of other cells of the immune system,七.MHC功能,介导T细胞的抗原识别T细胞在胸腺的分化调控NK细胞功能免疫应答的遗传控制：不同个体表现出差异性移植排斥与某些疾病具有关联关系MHC I类分子的非免疫功能,介导T细胞的抗原识别,MHC I类抗原介导内源性抗原的呈递MHC II类抗原介导外源性抗原的呈递交叉呈递MHC I类抗原介导外源性抗原的呈递MHC II类抗原介导内源性抗原
16、的呈递,MHC限制（MHC restriction）Zinkernagel&Dohertys experment,蛋白酶体对内源性抗原的水解。通过TAP复合物转运至内质网。与MHC I类分子装配成复合物。转运至高尔基体。转运至细胞膜。,1 2 3,TAP1和TAP2（抗原处理相关的转运蛋白，transporter associated with antigen processing）属于膜转运蛋白质，含有6-10个疏水性穿膜区，形成异源双聚体，可将抗原多肽从胞浆转运至内质网部分肿瘤细胞TAP1表达下降，TAP1基因导入治疗小细胞肺癌,LMP2和LMP7（low molecular weight
17、 protein）蛋白酶体（Proteasome）的主要活性成分，可水解抗原分子，使其成为小分子多肽。,钙连接蛋白（Calnexin）分子伴侣，在内质网与MHC I类分子结合，形成稳定复合物,外源性抗原被内吞，在内体（Endosome）和溶酶体被变性、水解成多肽。MHC II类分子合成后与Ii分子形成3聚体，在内质体和溶酶体内被蛋白酶水解形成MHC II和CLIP复合物。HLA-DM催化CLIP从MHC解离，促进MHC II类分子与抗原多肽形成复合物。转运至细胞膜。,1 2,MHC class II compartment,M II C（MHC II类小室）：一种富含MHC II类分子的溶酶体
18、样细胞器,Schematic representation of MIICs.In professional APCs,both multivesicular(MVB)and multilamellar(MLB)MIICs have been described.The open/empty conformation of HLA-DR(red)has only been observed in the MLB type.HLA-DM(green)is expressed in both compartments,albeit particularly abundant in MLB.The
19、carboxy and amino terminals of invariant chains are still evident in MVBs whereas are mostly processed in MLBs.Electrondense bodies(EDBs)are lysosomal-like MIICs,and have been observed in human monocytes and in GM-CSF differentiated monocytes.Current Opinion in Immunology 2006,18:6469,Ii（Invariant c
20、hain）：非多态性的分子伴侣（Chaperone），与MHC II类抗原形成复合物，参与MHC II类抗原的装配和转运。防止II类分子复合物到达内体前，肽与肽结合槽结合引导II类分子复合物进入内体抑制蛋白酶水解CLIP（Class II associated Ii peptide）：Ii结合MHC II类抗原的活性片段。,HLA-DM：非多态性的MHC样蛋白质，双体结构，能够催化CLIP分子与MHC II类分子解离，有利于抗原多肽与MHC II类分子形成复合物。非典型MHCII类分子位于内体/溶酶体HLA-DO：非多态性的MHC样蛋白质，双体结构，在B细胞中与HLA-DM形成复合物，参与催化
21、CLIP分子与MHC II类分子解离,Potential mechanisms of cross presentation of MHC I.(a)The vacuolar pathway.MHC class I molecules sample peptides that are generated in phagosomes in a TAP-independent manner.(b)Phagosome-to-cytosol-to-phagosome pathway.Phagosomes acquire MHC class I,TAP,Sec61 and other ER molecul
22、es through fusion with the ER.Internalized antigen is exported(possibly by Sec61)to the cytosol,hydrolyzed by proteasomes and the resulting peptides are then re-imported into phagosomes by TAP,where they bind MHC class I molecules.(c)Phagosome-to-cytosol pathway.Antigen internalized into phagosomes
23、is exported to the cytosol,hydrolyzed by proteasomes and the resulting peptides are then transported to MHC class I molecules in the ER by TAP.(d)GAP junction pathway.APCs acquire peptides from other cells through GAP junctions.(e)Endosome-to-ER pathway.Antigen in endosomes is transported into the E
24、R and then degraded in the cytosol by the ER associated degradation pathway(ERAD).The resulting peptides are transported to class I molecules in the ER by TAP.Current Opinion in Immunology 2006,18:8591,MHC II类分子处理及呈递抗原的可能途径。(a)经典的内吞途径(b)通过微自噬处理胞浆可溶性组分(c)通过大自噬处理胞质组分(d)通过分子伴侣介导的自噬处理胞内组分,介导T细胞在胸腺的分化,阳性
25、选择,胸腺深皮质区双阳性细胞胸腺皮质上皮细胞与上皮细胞表面MHC-肽有效结合的双阳性细胞继续发育为单阳性细胞：CD4+或CD8+未与上皮细胞表面MHC-肽有效结合的双阳性细胞发生程序性细胞死亡（大部分）阳性选择保证T细胞获得在识别中的自身MHC限制性,单阳性T细胞的产生,阴性选择,胸腺皮质髓质交界处双或单阳性细胞胸腺巨噬细胞、树突状细胞与胸腺巨噬细胞、树突状细胞表面MHC-肽高亲和力结合的细胞：克隆清除、克隆无能与胸腺巨噬细胞、树突状细胞表面MHC-肽中、低亲和力结合及不结合的细胞成熟T细胞离开胸腺 阴性选择保证了T细胞对自身抗原的耐受性,MHC的调控NK细胞功能,Figure 3-23,Th
26、ese are important molecules for presentation of peptides to CD8 T cells,NKG2D：NK,T表达；与含ITAM的DAP-10结合，介导杀伤；结合MHC I类链相关的A/B分子（MICA/B）；MIC A/B表达于乳腺癌等上皮肿瘤表面，正常细胞缺失。,NK识别非HLA-I类分子的杀伤活化受体,MICA recognition-“Stress”,杀伤细胞抑制受体,免疫应答的遗传控制,Population threatened with extinction,ACCEPTED,REJECTED,5。移植排斥,MHC与疾病的关联M
27、HC分子晶体结构提示，某些HLA变异型易结合呈递自身抗原肽,*HLA与吸烟行为存在相关性,MHC I 类分子调节跨膜信号转导及胞间通讯MHC I 类分子表达的失调可通过非免疫机制加强肿瘤细胞的恶性表型,Non-immune functions of MHC class I glycoproteins in normal and malignant cells.Folia Biol(Praha).2004;50(2):35-42.,八.MHC-样分子,非 MHC复合体编码，与MHC同源的细胞膜表面分子例如CD1分子，包括CD1a，CD1b，CD1c，CD1d等，与2M形成异源双聚体参与非多肽类抗
28、原的呈递作用：脂类、糖脂类抗原,九.MHC检测方法,血清学分型技术微量细胞毒实验（HLA I类，II类的DR、DQ）：Ab+C缺点：获得的多态性单抗有限，DP难以检出细胞学分型技术混合淋巴细胞培养（Mixed lymphocyte culture，MLC）：HLA-DPDNA分型技术,血清学分型技术(Serological tissue typing)微量细胞毒实验（HLA I类，II类的DR、DQ）,DNA分型技术RFLP（restriction fragment length polymorphism,限制性片段长度多态性）PCR/SSO（sequence specific oligonu
29、cleotide,序列特异的寡核苷酸）:PCR+oligo probe hybridizationPCR/SSP（sequence specific primer,序列特异引物）：特异、简便PCR-SSCP（single-strand conformation polymorphrism,单链构象多态性）,Tetramer技术：,十.MHC的临床应用,器官移植排斥的预防和治疗MHC分子加抗原多肽用于抗原特异的T细胞的表位分析,T细胞的直接分离与克隆,T 细胞功能检测以及作为激活T细胞的刺激物和进行原位染色等方面的研究MHC基因转染肿瘤细胞作为肿瘤疫苗治疗肿瘤亲子鉴定,思考题,MHC I类抗原和II类抗原的呈递过程。MHC的功能MHC基因复合体的结构MHC的遗传特点,
