As moléculas MHC classe I e classe II são glicoproteinas membranares intimanente relacionadas estrutura e funcionalmente:
Ambas as moléculas MHC classe I e classe II foram isoladas e purificadas e as estruturas tridimensionais dos seus dominios extracelulares foram determinadas por cristalografia de raios-X;
Ambos os tipos de glicoproteinas membranares funcionam como moléculas apresentadoras de péptidos antigénicos altamente especializadas que formam complexos estáveis com péptidos antigénicos, apresentando-os na superficie da célula para reconhecimento por células T.
Em contraste, as moléculas MHC classe III são um grupo de proteinas não relacionadas que não partilham de semelhança estrutural e função comum com as moléculas da classe I e da classe II.
As principais caracteristicas das moléculas MHC apresentadoras de antigénios são, resumidamente:
Caracteristica MHC classe I MHC classe II
Cadeias polipetidicas α (44-47 kD)
β2-microglobulina (12 kD)
α (32-34 kD) β (29-32 kD)
Localização dos residuos
polimórficos Dominios α1 e α2 Dominios α1 e β1
Local de ligação ao co-receptor
das células T Região α3 liga-se a CD8 Região β2 liga-se a CD4
Tamanho da fenda de ligação ao péptido
Acomoda péptidos com cerca de 8-11 residuos
Acomoda péptidos com cerca de 10-30 residuos ou mais
Nomenclatura Humano Ratinho
HLA-A, HLA-B, HLA-C H-2K. H-2D, H-2L
HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP I-A, I-E
Todas as moléculas MHC partilham certas caracteristicas estruturais que são criticas para o seu papel de apresentação de péptidos e reconhecimento de antigénios pelos linfócitos:
1. Cada molécula MHC consiste numa fissura de ligação ao péptidos extracelular, ou groove, seguida de dominios imunoglobulin (Ig)-like e dominos transmembranares e citoplasmáticos. As moléculas classe I são compostas por uma cadeia polipeptidica codificada no MHC e uma segunda cadeia não codificada pelo MHC, enquanto as moléculas classe II são constituidas por duas cadeias codificadas pelo MHC. Apesar desta diferença, as estruturas tridimensionais das moléculas MHC classe I e classe Iisão semelhantes;
2. Os residuos de aminoácidos polimórficos das moléculas MHC estão localizados na e adjecentes à fissura de ligação do péptido. Esta fissura é formada pelo enrolamento do N- termini das proteinas codificadas pelo MHC e é composta por α-hélices paralelas sobre oito folhas-β. Os residuos polimórficos, que são aminoácidos que variam entre diferentes alelos, estão localizados dentro e à volta da fissura. Esta porção das moléculas MHC liga-se a péptidos para os apresentar a células T, e os receptores de antigénios nas células T interagem com este péptido e com as α-hélices das moléculas MHC. Devido à variabilidade de aminoácidos nesta região, diferentes moléculas MHC ligam-se a e apresentam diferentes péptidos e são reconhecidas especificamente pelos receptores de antigénios de diferentes células T;
3. Os domínios Ig-like não polimórficos das moléculas MHC contêm locais de ligação para as moléculas CD8 e CD4 das células T. CD4 e CD8 são expressas em sub-populações distintas de linfócitos T maduros e participam, em conjunto com os receptores de antigénios, no reconhecimento do antigénio, isto é, são “co-receptores”:
CD4 liga-se selectivamente a moléculas MHC classe II e é por isso que as células T CD4+ reconhecem apenas péptidos apresentados por moléculas MHC classe II, funcinando depois como linfócitos TH;
CD8 liga-se selectivamente a moléculas MHC classe I e é por isso que as células T CD8+ reconhecem apenas péptidos apresentados por moléculas MHC classe I, funcionando depois como linfócitos Tc.
Estrutura das Moléculas MHC classe I
As moléculas MHC classe I contêm uma cadeia-αde 45 kDa associada não-covalentemente com uma molécula β2-microglobulina de 12 kDa:
Cadeia-α – é uma glicoproteina transmembranar codificada por genes polimórficos nas regiões A, B e C do complexo HLA humano e nas regiões K e D/L do complexo H-2 do ratinho;
β2-microglobulina – proteina codificada por um
gene altamente conservado localizado num cromossoma diferente.
A associação da cadeia-α com a β2-microglobulina é necessária para a expressão das moléculas MHC
classe I nas membranas celulares. A cadeia-α é ancorada na membrana plasmática pelo seu segmento transmembranar hidrofóbico e cauda citoplasmática hidrofilica.
Análises estruturais revelaram que a cadeia-α das moléculas MHC classe I estão organizadas em:
Três dominios externos (α1, α2 e α3), cada contendo aproximadamente 90 aminoácidos;
Um dominio transmembranar com cerca de 25 aminoécidos hidrofóbicos seguidos de um pequeno alongamento de aminoácidos carregados (hidrofilicos);
Um segmento citoplasmático de 30 aminoácidos.
A β2-microglobulina é semelhante em tamanho e organização ao dominio α3, mas não contem uma
região transmembranar e não é covalentemente ligada à glicoproteina classe I. Esta região e a α3 revelam homologia e também com os dominios das regiões constantes das imunoglobulinas.
A enzima papaina cliva a cadeia-α 13 residuos acima do dominio transmembranar, libertando a porção extracelular da molécula, consistindo nos α1, α2, α3 e na β2-microglobulina. A purificação e cristalização
da porção extracelular revelou dois pares de dominios a interagirem:
Um par distante da membrana dos dominios α1 e α2, formando uma plataforma de folhas-β antiparalelas rodeadas por duas longas regiões de α-hélices. A estrutura forma uma fenda profunda com as longas α-hélices como paredes e as folhas-β antiparalelas como o fundo. Os residuos polimórficos das moléculas classe I estão confinados aos dominos α1 e α2, onde contribuem para variações entre diferentes alelos classe I na ligação a péptidos e reconhecimento por células T;
Um par próximo da membrana dos dominios α3 e β2-microglobulina, formando uma estrutura
essencial para o reconhecimento do MHC pela célula T. Estes estão organizados em duas folhas- β praguedas, cada formada por cadeias-β antiparalelas de aminoácidos. Esta estrutura é caracteristica de dominios imunoglobulina e, assim, as moléculas MHC e a β2-microglobulina são
A fenda de ligação ao péptido está localizada na superficie superior da molécula MHC classe I e é suficientemente grande para ligar um peptido de cerca de 8-10 aminoácidos. Estes péptidos são, de facto, antigénios processados e péptidos do próprio.
O dominio α3 parece ser altamente conservados entre moléculas MHC classe I e contem uma sequência que interage com a molécula membranar CD8 presente nas células Tc. A β2-microglobulina interage
extensivamente com o dominio α3 e também com aminácidos dos dominios α1 e α2. A interacção com a β2-microglobulina e a com um péptido pela cadeia-α classe I é essencial paraa molécula classe I
alcançar a conformação completamente montada. Na ausência de β2-microglobulina, a cadeia-α MHC
classe I não é expressa na membrana celular.
Estrutura das Moléculas MHC Classe II
As moléculas MHC classe II contêm duas cadeias polipéptidicas diferentes, uma cadeia-α de 33 kDa e uma cadeia-β de 28 kDa, associadas por interacções não covalentes:
Como as cadeias-α classe I, as moléculas MHC classe II são glicoproteinas membranares que contêm dominios externos, um segmento transmembranar e um segmento citoplasmático;
Cada cadeia numa molécula classe II contem dois dominios externos: os dominio α1 e α2 numa cadeia e os dominios β1 e β2 na outra cadeia.
Os dominios α2 e β2 próximos da membrana, como os dominos α3 e β2-microglobulina das moléculas MHC
classe I, apresenta semelhança sequencial com a estrutura das imunoglobulinas, sendo tambémclassificadas como membros da superfamilia de imunoglobulinas;
A porção das moléculas classe II distante da membrana é composta pelos dominios α1 e β1 e forma uma fenda de ligação ao antigénio;
Ao contrário das moléculas MHC classe II, os genes que codificam ambas as cadeias das moléculas classe II pertencem ao MHC e são polimórficos.
Os segmentos N-terminal α1 e β1 das cadeia classe II interagem para formar a fissura de ligação ao péptido, que é estruturalmente semelhante à fissura das moléculas classe I:
Quatro folhas β das fissura e das paredes constituidas por α-hélices são formadas pelo segmento α1 e as outras quatro folhas β e a segunda parede são formadas pelo segmento β1;
Os residuos polimórficos estão localizados nos segmentos α1 e β1, dentro e à volta da fissura, como nas moléculas MHC classe I. Nas moléculas classe II humanas, a maior parte dos residuos polimórficos está na cadeia β;
Nas moléculas classe II, as terminações da fissura de ligação ao péptido estão abertas, de modo que péptidos de 30 ou mais residuos conseguem encaixar.
Os segmentos α2 e β2 das moléculas MHC classe II, como as α3 e β2-microglobulina da classe I, estão
O segmento β2 das moléculas classe II contêm locais de ligação para CD4, de modo semelhante ao local de ligação a CD8 no segmento α3 da cadeia pesada da classe I;
Em geral, cadeias α de um locus do MHC classe II (e.g., DR) normalmente emparelha com cadeias β do mesmo locus e menos commumente com cadeias β de outros loci (e.g., DQ, DP);
As terminações C-terminal dos segmentos α2 e β2 continuam em pequenas regiões de ligação seguidas de um alongamento de aproximadamente 25 residuos transmembranares e hidrofóbicos;
Nas duas cadeias, as regiões transmembranares terminam com grupos de residuos de aminoácidos, seguidos de pequenas caudas citoplasmáticas hidrofilicas.
A molécula classe II completamente montada é um heterodimero constituido por uma cadeia α, uma cadeia β e um péptido antigénico ligado. Para além disso, a expressão estável de moléculas classe II na superficie da célula requeres a presença de todos os três componetes do heterodimero. Como nas moléculas classe II, isto assegura que as moléculas MHC que acabam na superficie da célula são as moléculas que estão a actuar normalemnte na sua função de apresentação de péptidos antigénicos.
Relação Exão/Estrutura dos Genes e Proteinas MHC
Exões separados codificam cada região de proteinas classe I e classe II. Cada um dos genes classe I do humano e do ratinho apresenta um exão 5’ que codifica um pequeno péptido sinal seguido de cinco ou seis exões que codificam a cadeia α das moléculas classe I:
O péptido sinal serve para facilitar a inserção da cadeia α no reticulo endoplasmático e é removido por enzimas proteoliticas no reticulo endoplasmático depois da translacção estar completa;
Os três exões seguintes codificam os dominios extracelulares α1, α2 e α3 e os seguintes exões codificam a região transmembranar (Tm);
Como os genes MHC classe I, os genes classe II estão organizados numa série de exões e intrões reflectindo a estrutura dos dominios das cadeias α e β:
Ambos os genes α e β que codificam moléculas MHC classe II de ratinho e humanas apresentam um exão lider, um exão α1 ou β1, um exão α2 ou β2 e um mais exões citoplasmático.