As moléculas MHC apresentam uma ampla especificidade para a ligação a péptidos, em contraste com a grande especificidade de reconhecimento de antigénios pelo receptor de antigénios dos linfócitos T e existem várias caracteristicas importantes da interacção das moléculas MHC com os péptidos antigénicos:
Cada molécula MHC classe I e classe II apresentam uma única fenda de ligação a um péptido péptido, mas cada moléculas MHC pode ligar-se a diferentes péptidos;
Os péptidos que se ligam a moléculas MHC partilham caracteristicas estruturais que promovem esta interacção;
A associação de péptidos com moléculas MHC é um processo saturável e muito lento;
As moléculas MHC de um individuo não são capazes de discriminar entre péptidos estranhos e péptidos derivados de proteinas desse individuo.
A habilidade das moléculas MHC ligarem diferentes péptidos foi estabelecida por diferentes evidências experimentais:
1. Se uma célula T especifica para um péptido for estimulada por células apresentadoras de antigénios que apresentam esse mesmo péptido, a resposta é inibida pela adição de excesso de um outro péptido com semelhança estrutural. Nestas experiências, a molécula MHC liga diferentes péptidos mas a célula T reconhece apenas um desses péptidos;
2. Estudos de ligação directa com moléculas MHC purificadas em solução estabeleceram que uma única molécula MHC consegue ligar diferentes péptidos (um de cada vez) e que multiplos péptidos competem entre si para a ligação a uma única molécula MHC;
3. As análises de péptidos eluidos de moléculas MHc purificadas de células apresentadoras de antigénios mostraram que diferentes péptidos podem ser eluidos de qualquer tipo de molécula MHC.
A determinação da estrutura cristalina das moléculas MHC classe I e classe II confirmou a presença de uma unica fenda de ligação a péptidos nestas moléculas. Não é supreendente que uma única molécula MHC seja capaz de ligar multiplos péptidos porque cada individuo contem apenas algumas moléculas MHC diferentes (6 moléculas classe I e cerca de 10-20 moléculas classe II num individuo heterozigótico), e essas devem ser capazes de apresentar péptidos de um numero enorme de proteinas antigénicas.
Os péptidos que ligam moléculas MHC partilham caracteristicas estruturais que promovem a interacção destes com as moléculas MHC:
1. Moléculas classe I conseguem acomodar péptidos com um comprimento de cerca de 8-11 residuos e moléculas classe II ligam péptidos que podem ter cerca de 10-30 residuos ou mais, sendo o tamanho óptimo 12-16 residuos;
2. Péptidos que se ligam a uma forma alélica particular de uma molécula MHC comtêm residuos de aminoácidos que permitem interacções de complementariedade entre o péptido e essa molécula MHC;
3. Os residuos que um péptido que ligam à molécula MHC são distintos dos reconhecidos pelas células T.
Numa célula, várias chaperones e enzimas facilitam a ligação do péptido a moléculas MHC. Quando formado, a maior parte dos complexos péptido-MHC são estáveis, e as constantes cinéticas de dissociação são indicativas de tempos de semi-vida longos, que variam entre várias horas a dias:
Esta taxa de dissociação tão baixa permite que os complexo péptido-MHC persistam tempo suficiente na superificie da célula apresentadora de antigénios para que estes sejam reconhecidos pelas células T;
Esta caracteristica da apresentação de antigénios permite que as poucas células T que são especificas para o antigénio localizem-no enquanto as células circulam pelos tecidos e, assim, gerar respostas imune eficientes contra o antigénio.
Com as moléculas MHC não são capazes de distinguir entre péptidos estranhos e péptidos do próprio, apresentam tanto péptidos do próprio como péptidos estranhos e as células T examinam esses péptidos para a presença de péptidos estranhos. Este processo é central para a função de vigilância das células T. No entanto, a incapacidade das moléculas MHC discriminarem entre antigénios próprios e estranho levanta duas questões:
1. Como as moléculas MHC são continuadamente expressas expostas a, e presumivelmente ocupadas por, péptidos do próprio abundantes, como é que as suas fendas de ligação a péptidos estão sempre disponiveis para ligar e apresentar péptidos estranhos, que são raros?
2. Se os péptidos propríos estão continuadamente a ser apresentados, porque é que o individuo não desenvolve reacções autoimunes?
As respostas a estas questões encontra-se na biologia celular da biossintese e montagem das moléculas MHC, na especificidade das células T e na sensividade requintada destas células a pequenas quantidade de complexos MHC-péptido.
Base Estrutural da Ligação de Péptidos a Moléculas MHC
A ligação de péptidos a moléculas MHC é uma interacção não covalente mediada por residuos dos péptidos e das fendas das moléculas MHC:
Proteinas antigénicas são proteoliticamente clivadas nas células apresentadoras de antigénios para gerar os péptidos que se ligarão e serão apresnetados pelas moléculas MHC;
Esses péptidos ligam-se ás fendas das moléculas MHC numa conformação extendida e, quando ligados, os péptidos a as moléculas de água associadas preenchem as fendas, fazendo contactos extensivos com residuos de aminoácidos que formam o pavimento de folhas-β e as paredes de α-hélices.
Na maior parte das moléculas MHC, as cadeias-β do pavimento da fenda contêm “bolsas”. Os residuos de aminoácidos do péptido podem conter cadeias laterais que encaixam nessas bolsas e ligam-se por a aminoácidos complementares na molécula MHC, normalmente por interacções hidrofóbicas. Tais residuo do péptido são designados residuos de ancoragem porque contribuem para a maior parte das interacções favoráveis à ligação:
Ancoram o péptido na fenda da molécula MHC;
Estão localizados no meio ou nas terminações do péptido;
Cada péptido de ligação ao MHC normalmente contem apenas um ou dois residuos de ancoragem e isto permite uma grande variabilidade nos outros residuos do péptido, que são residuos que são reconhecidos por células T especificas.
No entanto, nem todos os péptidos usam residuos de ancoragem para ligar a moléculas MHC, especialmente a moléculas MHC classe II:
Interacções especificas do peptido com as α-hélice laterais da fenda MHC também contribuem para a ligação do péptido por formação de pontes de hidrogénios ou ponte salinas com este;
Para além disso, péptidos de ligação a moléculas classe I normalmente contêm aminoácidos básicos ou hidrofóbicos na sua terminação carboxi que também contribuem para a interacção. Assim, como vários residuos dentro e nas redondezas da fenda de ligação ao péptido das moléculas MHC são polimórficas (e.g., diferem entre vários alelos MHC), diferentes alelos favorecem a ligação de diferentes péptidos. Esta é a base estrutural da função dos genes MHC como “genes da resposta imune”:
Apenas animais que expressam alelos MHC que ligam um péptido particular e o apresentam a células T são capazes de responder a esse péptido.
Os receptores de antigénios das células T reconhecem tanto os péptidos antigénicos como as moléculas MHC, sendo o péptido responsável pela requintada especificidade do reconhecimento do antigénio e os residuos MHC contribuindo para a restrição de MHC das células T:
Uma porção do péptido é exposta na superficie da fenda da molécula MHC e as cadeias laterais de aminoácidos desta porção do péptido são reconhecidos pelos receptores de antigénios de células T especificas;
O mesmo receptor da célula T também interage com residuos polimórficos das α-hélices da moléculas MHC em si.
Portanto, variações no péptido ou na fenda de ligação ao péptido da molécula MHC alterará a apresentação desse péptido ou o reconhecimento pelas células T.