FUNKCIJA PROTEINA KOMPLEMENTARNE INTERAKCIJE IZMEĐU PROTEINA I LIGANDA. IMUNI SISTEM I IMUNOGLOBULINISvi kičmenjaci imaju imuni sistem koji je sposoban da razlikuje “svoje” i “tuđe” molekule i da uništi one jedinke koje je identificirao kao tuđe.Na taj način imuni sistem eliminira viruse, bakterije i druge patogene i molekule koje predstavljaju prijetnju organizmu. Na fiziološkom nivou odgovor imunog sistema na invaziju je kompliciran i koordiniran skup reakcija mnogobrojnih klasa proteina, molekula i ćelijskih tipova.Na nivou jednog individualnog proteina imuni odgovor pokazuje kako se gradi jedan veoma osjetljiv i specifičan biohemijski sistem na osnovi reverzibilnog vezanja liganda za protein. Naš imuni sistem je sposoban da proizvede više od 108 različitih antitijela i više od 1012 različitih receptora T ćelija.Sposobnost imunog sistema da se adaptira na praktično neograničen broj potencijalnih patogena zasniva se na veoma zahtijevnom procesu za transformaciju imunih ćelija i molekula.Ovaj adaptivni proces djeluje kroz principe evolucije, uključujući reprodukciju sa varijacijama, nakon koje slijedi selekcija najpogodnijih članova populacije. U imunom odgovoru učestvuju različiti tipovi leukocita koji nastaju iz nediferenciranih osnovnih ćelija u koštanoj srži (stem cells).Leukociti mogu napustiti krvotok i patrolirati unutar tkiva. Imuni odgovor se sastoji iz dva komplementarna sistema: humoralnog i celularnog. Humoralni imuni sistem je usmjeren na odbranu od bakterijskih infekcija i ekstracelularnih virusa. Odgovara i na pojedinačne proteine koji se unose u organizam.Celularni imuni sistem razgrađuje ćelije domaćina koje su inficirane virusima, zatim razgrađuje parazite i strana tkiva. U središtu humoralnog imunog odgovora nalaze se proteini koji se zovu imunoglobulini (Ig) ili antitijela.Imunoglobulini vežu bakterije, viruse i velike molekule koje su identificirane kao tuđe. Na taj način ih označavaju za destrukciju.Imunoglobuline proizvode B limfociti (tako se zovu jer završavaju svoj razvoj u koštanoj srži).Imunoglobulini čine 20% proteina krvi. U središtu celularnog imunog odgovora nalazi se klasa T limfocita (tako se zovu jer završavaju svoj razvoj u timusu). To su Tc, citotoksične T-ćelije ili T-ćelije ubice (killer T-cells).U prepoznavanju inficiranih ćelija i parazita uključeni su proteini na površini Tc-ćelija koji se zovu receptori T-ćelija.Osim Tc-ćelija postoje i TH-ćelije ili T-ćelije pomoćnice (helper T-cells).Ove ćelije proizvode topive signalne proteine-citokine. TH reaguju sa makrofagima i B-limfocitima.

Antigen ili imunogen je bilo koja molekula ili patogen koji mogu izazvati imuni odgovor. Antigeni mogu biti virusi, ćelijski zid bakterija, jedan protein ili neka druga molekula.Jedno antitijelo ili receptor T-ćelija se veže samo za određenu strukturu unutar antigena koja se zove antigenska determinanta ili epitop.Antigen može imati nekoliko epitopa. Molekule sa Mr< 5.000 obično nisu antigeni.Hapteni su male molekule koje ne podstiču stvaranje antitijela.Kada se vežu za veće molekule hapteni dovode do imunog odgovora. Imuni sistem mora identificirati i razoriti patogene, ali mora prepoznati i ne razoriti “svoje”.Antitijela su efikasna protiv ekstracelularnih patogena, ali su slaba zaštita protiv mikroorganizama koji su

1

locirani u ćeliji.Detekciju proteinskih antigena u domaćinu vrše proteini MHC (major histocompatibility complex).MHC proteini vežu peptidne fragmente svarenih proteina i izlažu ih na površinu ćelije.T-ćelije kontinuirano skeniraju površinu svih ćelija. Receptori T-ćelija vežu izložene peptidne fragmente i započinju imuni odgovor.

Dvije klase MHC proteina razlikuju se po distribuciji u tipovima ćelija i po izvoru probavljenih proteina čiji su fragmenti izloženi. MHC I proteini imaju nevarijabilni β lanac (β2-mikroglobulin) i varijabilni α lanac. Oba su smještena ekstracelularno. Svaki čovjek stvara 6 različitih α lanaca za klasu MHC I proteina.U klasi MHC II oba lanca, i α i β, imaju područja velike varijabilnosti u blizini amino terminusa. MHC proteini klase I nalaze se na površini gotovo svih ćelija u vertebrata. Ovaj protein je najpolimorfniji od svih proteina.Intracelularni patogeni su zaštićeni od antitijela ćelijskom membranom domaćina.Digestija vlastitih i tuđih proteina odvija se u citosolu-u proteasomu. U endoplazmatskom retikulumu peptidi se kombiniraju sa MHC I i ovi kompleksi se vežu za plazmatsku membranu.Strani peptidi vezani za MHC proteine klase I signaliziraju da je ćelija inficirana i markiraju je za destrukciju pomoću citotoksičnih T-ćelija.Kompleks:strani peptid, MHC I, receptori T-ćelija i koreceptori (CD8) započinju kaskadu u kojoj se lizira inficirana ćelija. Stvaraju se velike pore (protein perforin) u plazmatskoj membrani ćelije domaćina.

Prezentacija peptida nastalih od citosolnih proteinaTc ćelije započinju i proces koji se zove apoptoza ili programirana smrt ćelije.Posljedice djelovanja citotoksičnih T-ćelija.Pore na membrani ćelije nastale usljed polimerizacije perforina, proteina koji luče Tc ćelije. Struktura humanog MHC proteina klase I. Pogled odozgo. (slika na prezentaciji)HIV peptid okupira mjesto reakcije MHC I i receptora T-ćelija. MHC proteini klase II nalaze se na površini nekoliko tipova specijaliziranih ćelija koje imaju ulogu u

preuzimanju stranih antigena.

2

To su makrofagi, B-limfociti i dendritske ćelije. T-ćelije pomoćnice stimuliraju makrofage, B-limfocite i dendritske ćelije da izlože strane peptide vezane za MHC II.T-ćelije pomoćnice stimuliraju proliferaciju specifičnih B-limfocita i kao partneri limfocitima određuju koju će vrstu antitijela limfociti proizvesti.Peptidi koje prezentiraju MHC proteini klase II ne dolaze iz citosola nego se unose u ćeliju putem endocitoze.Citosolni proteini ne dolaze u kontakt sa MHC II. Asocijacija peptida sa MHC II signal je da je ćelija susrela patogena i ovo je poziv u pomoć.

Receptori T-ćelija su slični antitijelima; sadrže konstantnu i varijabilnu regiju.Varijabilne i konstantne regije Tα, i Tβ homologne su u sekvenci i 3D strukturi V i C regija imunoglobulina.Kombinirano mjesto koje tvore α i β lanci T-receptora prepoznaje epitop tj strani peptid vezan za MHC I ili MHC II.Tc i TH imaju iste receptore.Molekule koje usmjeravaju T-ćelije prema različitim MHC proteinima su integralni membranski proteini CD8 i CD4 koji služe kao koreceptori.CD-cluster of differentiation-skupina za diferencijaciju.CD8 se nalazi na citotoksičnim T-ćelijamaCD4 se nalazi ne T-ćelijama pomagačima.Nakon eliminacije antigena imuna ćelija

umire na način programirane ćelijske smrti.Ipak, jedan broj stimuliranih T i B ćelija sazrije u memorijske ćelije. To su dugoživuće ćelije koje ne učestvuju direktno u primarnom imunom odgovoru.One se nalaze u krvi i čekaju ponovnu pojavu istog antigena. Kada ga susretnu izazivaju sekundarni imuni odgovor koji je mnogo brži i snažniji usljed ranije klonske ekspanzije. Ovo je osnova dugotrajnog imuniteta izazvanog vakcinama ili prirodnog imuniteta na ponovljenu infekciju istim sojem virusa.

HIV slabi imuni sistem razgradnjom helper T ćelija.Protein gp120 koji je sastavni dio membranskog omotača HIV-1 veže se za CD4 na površini helper ćelija izazivajući fuziju i ulazak virusa u ćeliju domaćina.

3

Struktura IgG

4

H lanac sadrži 440 aminokiselinskih ostataka (50 kDa)L lanac sadrži 220 aminokiselinskih ostataka (25 kDa)Ukupna molekularna masa 150.000.2 identične kopije 2 neidentična lanca.Trakasti model prve kistalizirane IgG molekule.Imunoglobulini su glikoproteini.Pepsin hidrolizira IgG na dva fragmenta Fab i Fc Fab je mjesto vezanja antigena

Fc je fragment koji lako kristalizira.Fab fragment čini VHCH1 + čitav L lanacFc fragment je sastavljen iz C- terminalne polovine teških lanaca2 VLVH su mjesta vezanja antigena.Hipervarijabilne sekvence-CDR (complementarity determining region) obrazuju mjesto vezanja antigena koje je komplementarno topologiji strukture antigena. Konstantne regije½ L od C terminusa,¾ H od C terminusa su homologni sa sekvencom drugih H ili L lanaca iste klase.Molekula IgG sadrži 6 domena. Jedan domen predstavlja asocijaciju 2 imunoglobulinska svijanja.

Shematski prikaz imunoglobulinskog svijanja.Ovaj motiv sastoji se od dvije plohe povezane disulfidnim vezom.C domeni sadrže 3 β niti u jednoj plohi i 4 β niti u drugoj.Domen varijabilne regije sadrži i dvije dodatne β niti i hipervarijabilne petlje. Konstantne regije CL,CH1,CH2,CH3 su odgovorne za:1.Vezanje komplementa C1q

5

2.Prolazak antitijela kroz membranu placente3.Vezanje makrofaga za FcCH2IgM je antitijelo koje predstavlja prvu liniju odbrane. IgG učestvuje u sekundarnom imunom odgovoru.

IgM je pentamer imunoglobulinskih podjedinica.Pentamer je poprečno povezan disulfidnim vezama. J lanac je polipeptid sa Mr od 20.000.Ovaj lanac se nalazi u IgM i u IgA. Makrofag fagocitira virus koji je vezan za antitijelo. Inducirano prilagođavanje antigena imunoglobulinu G.(slika ,prezentacija).

6