HLA; Human Leukocyte Antigens
免疫と免疫病理
移植の成否を決定する分子-自己の細胞の旗印となる分子†
ヒトは人類として共通の遺伝子をもち,その産物のタンパク質から構成されているから基本的には同じ一群のタンパク質からできているはずです.
人種や家系により少しづつ構造の違うたんぱく質もありますが,その多型性はきわめて限られています.しかし他人からの臓器・組織移植は強い拒絶反応にあい成立しません.
｢自己｣と｢非自己｣は免疫系により厳格に識別されています.
この識別はひとりひとりの細胞表面に,ほんの少しずつ異なった構造をもつ例外的な多型性をもつ一群のタンパク質分子を持っていることで起こります.
この分子が体のすべての細胞を同じ自分の細胞と標識しているのです. 自分の細胞にはすべて同じタンパク質の「旗印」がついて｢自己｣と｢非自己｣を決定している.
T細胞(Tリンパ球)は全身を循環して細胞の「旗印」を見張っています.
「旗印」の異なる他人の細胞が侵入するとT細胞はそれを攻撃して排除します.これが移植の拒絶反応です.
自己/非自己を決める「旗印」となるたんぱく質の一群を組織適合抗原とよび,そのうち最も強力な移植抗原となるものを主要組織適合遺伝子複合体(MHC)*1という.
少なくとも6種類の多型性をもった分子のグループが存在するために複合体とよぶ. ヒトのMHCは詳細な研究からHLA(human leukocyte antigen)*2*3であることがわかっています.
MHC分子の働き; 病原体由来ペプチド断片を結合し, それらをT細胞が認識可能なように細胞表面に提示すること。*4
- この結果, ウイルス感染細胞は殺され, マクロファージは活性化されて細胞内小胞に寄生する細菌を殺し, B細胞は活性化されて抗体を産生, 細胞外病原体を排除あるいは中和するなど病原体にとって不都合なことばかりが起こる.
- MHC分子による抗原提示を逃れられる突然変異を来たした病原体は厳しい選択圧のもとでも生存に非常に有利になってしまう.
主要組織適合抗原の構造†
- MHC分子にはクラスIとクラスIIの二種類がある
- クラスI抗原はすべての有核細胞と血小板の細胞膜に存在する.(赤血球上にはMHCは存在しない)
- クラスII抗原はB細胞,抗原提示細胞-macrophage, 樹状細胞等-の表面に分布する.
- クラスI・IIともに2本のポリペプチド鎖から構成される
- クラスI抗原は分子量450,00の長いH鎖(α鎖)と分子量110,00の短い鎖であるβ2ミクログロブリンからなる
- クラスII抗原は分子量30000-35000のα鎖とβ鎖二本のポリペプチドからなる二量体
- H鎖,α鎖,β鎖の一部には何箇所かアミノ酸配列に著しい入れ換えがおこっており,このためにMHC分子には体を構成する他のタンパク質に見られない多型が存在する.
- β2ミクログロブリンは第15染色体上に遺伝子が存在しアミノ酸配列は一定.
MHCクラスI分子の構造†
- 糖鎖が付加されたα鎖(45kDa)とそれに非共有結合的に結合したβ2ミクログロブリン(12kDa)からできている
- β2ミクログロブリンは血清中に遊離状態でも存在する
- α鎖は3つの細胞外ドメイン, N末端のα1からα2, α3と膜貫通領域および細胞質内領域から構成されている.3つの細胞外ドメインは,それぞれ約90個のアミノ酸からできている
- パパイン処理により細胞外ドメインは細胞表面から遊離させることができる
- α2とα3ドメインはともに鎖内S-S結合を持ちそれぞれが63および83個のループを構成
- α3ドメインは免疫グロブリンCドメインと類似している
- 約30-40残基の親水性アミノ酸からできた細胞質内ドメインはin vivoでリン酸化されると考えられている
- β2ミクログロブリンはヒトでは多型性を示さない
- この分子は免疫グロブリンCドメインと類似の構造を持つ
- この分子は多くの,他にクラスI関連構造をもつ分子(たとえばCD1遺伝子産物や腸管細胞Fcレセプタなど）と会合する
- β2ミクログロブリンはすべてのクラスI分子および腸管細胞Fcレセプタの発現に必須である
α鎖α1とα2ドメインは抗原結合部位を形成する.
- α1とα2ドメインは8本の逆平行βストランドにより台状の構造をつくり,この上を２つのαへリックスが逆向きに走って
立体的には底面と側面をもつ溝の構造をとることがわかっています(図)
- クラスI分子の多型性に関係するアミノ酸残基は,この溝もしくは近傍に存在している
- T細胞のエピトープとなるアミノ酸残基の大部分もこの溝あるいは近傍に存在する
- 細胞内で処理された抗原ペプチドは,このα1とα2のαへリックス間にある大きな溝に結合する.
- MHC分子上の一定箇所にアミノ酸の入れ換えがおこり多型性に富む分子を構成する
- この溝の部分のアミノ酸の変化は溝にあるタンパクを結合させるポケットの位置を大きく変化させて免疫応答あるいは不応答を決定するペプチドのアフィニティー（結合しやすさ）が生じると考えられている.
- タンパク質化学ではラセン状にまかれているポリペプチドの構造をαラセン構造(αへリックス)とよぶ
Class I分子は内因性ペプチドをはさんでいる &ref(): File not found: "arrow46-031.gif" at page "MHC； major histocompatibility complex";
- 生体内で自己由来のペプチドを挟んでいる場合は免疫反応はおこらない.
- 細胞ががん化したり, ウイルス感染をおこした場合はがん特有の, またはウイルス特有のペプチドを挟み, CD8陽性T細胞(細胞障害性T細胞)に非自己と認識され細胞は破壊される.
- class Iを介する反応はがんワクチン療法にも応用される。
MHCクラスII分子の構造†
- クラスII遺伝子産物は糖鎖をもったα鎖とβ鎖のヘテロ二量体である
- α鎖は30-34kDaでβ鎖は26-29kDaで,各々の分子量はどの遺伝子座が使われるかによって変動する
- α鎖とβ鎖は全体として同じ構造をしている
- 2つのドメイン(α1とα2, β1とβ2）からできた細胞外部分は短いアミノ酸セグメントで膜貫通領域および細胞質内ドメインに結合している
- α2とβ2ドメインはクラスIのα3ドメインとβ2ミクログロブリンに似ており,免疫グロブリン定常ドメインの構造上の特徴を持つ
- β1ドメインにはS-S結合が存在し64個のアミノ酸残基からできたループが形成されている
- α,β鎖の分子量の違いはN型糖鎖の付加の違いにより生じる.糖鎖はα1,α2,β1に付いているがβ2には付加していない
- T細胞の補助レセプタ－分子CD4はクラスII分子に結合し,その結合はβ2ドメインで起こる
- CD4とTCR複合体の会合はp56lac;をCD4細胞質ドメインに結合させT細胞を活性化するのに重要である
- クラスII分子もクラスI分子同様のペプチドを結合する溝構造が出現している.
- クラスII分子のポケット構造をもつ結合溝はクラスIより広く,より長いペプチドを結合できる
Class II分子は 外来性(非自己)ペプチドをはさんでいる. &ref(): File not found: "arrow46-031.gif" at page "MHC； major histocompatibility complex"; ポイント
- class II分子は, 細胞外に存在するさまざまな非自己由来のペプチドをα1, β1ドメインが構成する溝に挟み込み, これをCD4+ T細胞(helper T cell)に認識されることで情報を伝え免疫を活性化する.
- さらに免疫賦活により非自己に対する抗体等を産生し獲得免疫を完遂する.
MHC遺伝子の構成†
ヒトの主要組織適合遺伝子複合体はHLAと同じ分子であり,この分子を決定する遺伝子は第6染色体の短腕 p21に直列に配列している.
- HLA-A, HLA-B, HLA-C locus(座)に存在する遺伝子がクラスI分子のH鎖を決定する
- 遺伝子座(locus): 遺伝子の存在する場所(位置, 領域)
- HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DRの３つのlocusの遺伝子がクラスII分子を決定する
- ヒトでは父親由来の6種と母親由来の6種合計12種のHLAタンパク分子のセットが細胞上に並んでいる状態であり,それぞれが多型を持っているためHLAが一致する確立はきわめて低くなっています. （パッチワークのような旗印で１２色で染め分けられた旗と考えると旗を一致させるのは大変.）
- HLA遺伝子は同じ第6染色体上にならんでいるため通常は連鎖して子孫に遺伝する.(同じ両親から生まれた子供同士(兄弟姉妹の一致率）が一致する確立は4分の１となる）
- クラスII領域の中に抗原プロセッシングに重要なタンパク質をコードする遺伝子がある.
このうちの1つは抗原プロセッシング関連トランスポーター(transporter associated with antigen processing; TAP)とよばれ細胞質から小胞体にペプチドを輸送するヘテロ二量体である. TAP1, TAP2の2つの遺伝子がTAP二量体のサブユニットをコードしている.
- クラスII領域にはTAPのほか, プロテオソームのプロテアーゼ複合体サブユニットをコードする遺伝子や,HLA-DMAとHLA-DMBと呼ばれる非多型なヘテロダイマーのclasII様分子(=HLA-DM)をコードする遺伝子が局在する. HLA-DMはclassII分子と結合するペプチドに関与している.
- クラスIII領域は20以上の遺伝子を含み,その中には補体系構成物(C4, C2, B因子)やHeat shock protein(HSP70),TNFなどのサイトカインをコードする遺伝子があるがクラスI,II遺伝子とのあいだに機能・構造上の類似性は認められない
classI 遺伝子
- ヒト,クラスI遺伝子座にはHLA-A, HLA-B, HLA-Cの3つの遺伝子座があり古典的なMHCのα鎖をコードする
- HLA-A, HLA-B, HLA-Cは150万bpにわたるDNAの間に広がって存在する
- これらの遺伝子以外にもHLA-E, F, G遺伝子が存在しクラスIタンパク質をコードしているようである
- HLA-G遺伝子産物は胎盤の外絨毛細胞栄養層に存在し母親由来のNK細胞の攻撃から細胞を保護していると考えられる
classII遺伝子
- HLA-D領域は,少なくともヒトクラスII分子の6個のα鎖遺伝子と10個のβ鎖遺伝子をコードする
- DR,DQおよびDPの遺伝子座はヒトクラスII領域の主要な産物をコードする
- DRファミリ－は１つのα鎖遺伝子(DRA)と偽遺伝子を含む9個のβ鎖遺伝子(DRB1-9)から構成される
- DR遺伝子座内でいくつかの異なった遺伝子組み換えが起こっている
- DQとDPファミリ－はそれぞれ１つのα鎖とβ鎖を発現する遺伝子をもつ.これ以外の遺伝子は機能を持たないかもしれない
- DR,DQ,DPのα鎖は同じ遺伝子座の産物のβ鎖と細胞内で会合する
- DPA1とDPB1遺伝子産物は会合してHLA-DPクラスII分子を形成する.特異抗体によりこの分子の検出が可能
- DQA1とDQB1も同様にHLA-DQ抗原をコードする
- DRB領域の遺伝子構成と長さは,ハプロタイプにより変化し発現するβ鎖の数も異なる
- DRB1,DRB3,DRB4は通常発現する.DRB2遺伝子は偽遺伝子である
- DPA2,DPB2,DQB3遺伝子は偽遺伝子で発現されない
- DNA, DOB, DQB2およびDQA2遺伝子は機能を有すると考えられている
MHCの多型性
- MHCの多型性はMHC中に均等に存在するわけではなく, ある特定のクラスI, クラスII分子では変異が分子の特定の領域に集中している
- クラスI抗原でのアミノ酸配列の変異はN末端領域α1とα2ドメインに集中し, クラスII分子における変異はα1とβ1ドメインに限られている.
- これらはペプチド収容溝(peptid-binding cleft)を構成するドメインである. さらに対立遺伝子間の違いによる変異はN末端領域の特定の場, 収容溝で溝の底や側壁から溝に向かう部位に集中している.
- ヒトクラスII分子ではほとんどの多型がDRβとDQβ鎖にみられる
- DPβ鎖はわずかしか変異が認められない
- DQαは多型性を示すがDRα鎖は事実上不変でありDRα鎖は二つの対立遺伝子によりコードされる
クラスIとクラスII抗原では多型性に関与するアミノ酸の残基のほとんどがペプチドが結合する溝に存在する.つまり変異はほとんどが抗原ペプチド結合溝の底面かαへリックスの側面に存在することになる
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