Recettori cellulari dell’immunità adattativa

Struttura e trasduzione del segnale.

I recettori dell’immunità adattativa sono proteine transmembrana specializzate nel riconoscimento di una specifica porzione proteica. Questi recettori sono due: il T Cell Receptor (TCR) ed il B Cell Receptor (BCR) rispettivamente appartenenti ai linfociti T e B. In seguito all’attivazione dei recettori queste cellule avvieranno processi cellulari volti ad aiutare nell’eliminazione dell’agente lesivo.

Complesso del T Cell Receptor (TCR)

Il “Complesso del T Cell Receptor (TCR)” è costituito da:

  • il recettore TCR;
  • il corecettore CD4 o CD8;
  • le proteine CD3;
  • le catene ζ (zeta).

Tutti insieme cooperano nell’attivazione del TCR reclutando molteplici chinasi che avvieranno il processo di trasduzione del segnale che culminerà con l’attivazione del linfocita T.

T Cell Receptor (TCR)

Il TCR sia dei linfociti T helper CD4+che dei linfociti T CD8+ citotossici è un eterodimero composto da due catene polipeptidiche transmembrana denominate α e β unite covalentemente da un ponte disolfuro tra cisteine extracellulari. Questi linfociti sono definiti linfociti T αβ. Entrambe le catene sono formate da un dominio Ig variabile (V) N-terminale, un dominio Ig costante (C), una regione idrofobica transmembrana ed infine una breve sequenza intracitoplasmatica; ne risulta che la porzione extracellulare dell’eterodimero TCR αβ è strutturalmente simile al frammento che lega l’antigene (Fragment antigen binding, Fab) degli anticorpi.

Le regioni V delle catene α e β contengono brevi sequenze nelle quali si concentra la variabilità del TCR, queste sequenze sono dette ipervariabili e costituiscono le cosiddette “regioni che determinano la complementarietà (CDR)”. Tre CDR della catena α e tre della catena β costituiscono la porzione del TCR che riconosce in modo specifico i complessi MHC-peptide.

Le regioni C delle catene α e β si estendono in una breve regione cerniera contenente residui di cisteina responsabili della formazione del ponte disolfuro che unisce le due catene. La regione cerniera è seguita dalla porzione idrofobica transmembrana che presenta l’insolita caratteristica di possedere residui di aminoacidi con carica positiva tra cui una lisina nella catena α e un residuo di lisina e uno di arginina nella catena β.

Questi residui carichi positivamente interagiranno con residui di aminoacidi con la carica opposta nelle porzioni transmembrana delle altre proteine che fanno parte del complesso del TCR. Infine, le catene α e β presentano brevi code citoplasmatiche C-terminali di 5-12 aminoacidi (troppo corte per trasdurre il segnale).

Figura 1: T Cell Receptor. ©Abul K. Abbas. ottava edizione, Immunologia cellulare e molecolare, pagina 148.

Esiste un secondo tipo di TCR meno comune costituito dalle catene γ e δ e i linfociti che lo esprimono sono chiamati linfociti T γδ.

Corecettori CD4 e CD8

I corecettori CD4 e CD8 sono glicoproteine transmembrana che legano regioni non polimorfiche delle molecole MHC e facilitano la trasduzione del segnale del TCR reclutando Lck, una chinasi della famiglia Src. I linfociti T αβ maturi esprimono il CD4 oppure il CD8 ma MAI entrambe le molecole.

Il CD4 è un monomero costituito da quattro domini Ig extracellulari, una regione idrofobica transmembrana ed una coda citoplasmatica altamente basica di 38 aminoacidi. I due domini Ig N-terminali legano i domini non polimorfici α2 e β2 delle molecole MHC di classe II.

CD4 è espresso dai linfociti T periferici, dai timociti e dai fagociti mononucleati in quantità inferiore. Il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) utilizza il CD4 come recettore per poter infettare le cellule.

Il CD8 è un eterodimero costituito da due catene chiamate CD8α e CD8β, legate da ponti disolfuro. Entrambe le catene hanno un solo dominio Ig extracellulare, una regione transmembrana ed una coda citoplasmatica, altamente basica di 25 aminoacidi. Il dominio Ig terminate di CD8 lega principalmente il dominio non polimorfico α3 della molecola MHC di classe I e interagisce anche con la β2 microglobulina.

Figura 2: corecettori CD4 e CD8. ©ScienceDirect.

Proteine CD3 e catene ζ

Le proteine CD3 e le catene ζ sono associate in modo non covalente agli eterodimeri α e β del TCR, e sono deputate alla trasduzione del segnale generato dal riconoscimento dell’antigene.

Il complesso CD3 consiste in realtà da tre proteine denominate CD3 γ, δ e ε omologhe tra loro. Esse contengono un dominio Ig nella regione N-terminale extracellulare. I domini transmembrana delle tre catene contengono un residuo di acido aspartico carico negativamente che interagisce con i residui di segno opposto presenti nella porzione transmembrana del TCR.

I domini citoplasmatici delle tre catene hanno una lunghezza compresa tra 44 e 81 aminoacidi e presentano ciascuno un dominio ITAM. Le 3 catene si associano spesso come eterodimeri CD3 εγ e CD3 δε.

Le catene ζ, espresse come omodimero, è costituita da una breve regione extracellulare di 9 aminoacidi, una regione transmembrana che contiene un residuo di acido aspartico (omologo alle catene CD3) e un lungo dominio citoplasmatico (113 aminoacidi) che contiene tre sequenze ITAM.

Figura 3: catene CD3 e catene ζ. ©Abul K. Abbas, ottava edizione, Immunologia cellulare e molecolare, pagina 149.

Complesso del B Cell Receptor (BCR)

Il “Complesso del B Cell Receptor (BCR)” è costituito da:

  • il recettore BCR;
  • le catene Igα e Igβ;
  • il recettore per il complemento CR2/CD21.

Tutti insieme cooperano nell’attivazione del BCR reclutando molteplici chinasi che avvieranno il processo di trasduzione del segnale che culminerà con l’attivazione del linfocita B e la conseguente produzione di anticorpi.

B Cell Receptor (BCR)

Il BCR è il recettore specifico appartenente ai linfociti B naïve e non è altro che un anticorpo membranario, per lo più IgM e IgD di membrana, sostituito da IgG, IgA, o IgE nei linfociti che hanno effettuato lo scambio di classe fenotipica. Le Ig di membrana possiedono code citoplasmatiche composte solamente da tre aminoacidi (lisina, valina, lisina), troppo corte per poter trasdurre il segnale generato dal riconoscimento dell’antigene.

Catene Igα e Igβ

Le catene Igα e Igβ sono due piccole proteine transmembrana non polimorfe che possiedono un dominio Ig-Like e sono unite insieme da un ponte disolfuro (legame covalente) ed associate in modo non covalente al BCR. Entrambe queste catene possiedono un motivo ITAM intracitoplasmatico che hanno il ruolo fondamentale di venire fosforilate durante i processi di attivazione del linfocita B.

Figura 4: B Cell Receptor e catene Igα e Igβ. ©Abul K. Abbas, ottava edizione, Immunologia cellulare e molecolare, pagina 162.

Recettore per il complemento CR2/CD21

L’attivazione dei linfociti B è potenziata dai segnali generati da proteine del complemento attraverso il recettore CR2 (o CD21), che fa dunque da tramite tra l’immunità innata e l’immunità specifica umorale. Il componente chiave del complemento (C3b), legato sulla superficie microbica, viene ulteriormente scisso nel componente C3d. Il complesso C3d-antigene prende contatto con il recettore CR2.

Il CR2 è espresso come un complesso trimolecolare con CD19 e CD81. Insieme formano il complesso CR2-CD19-CD81 che viene anche definito “come complesso corecettoriale dei linfociti B“. Il legame di CR2 con C3d porta la coda citoplasmatica del CD19 in prossimità delle chinasi associate al BCR, di conseguenza la coda viene fosforilata sui suoi domini ITAM causando il reclutamento di ulteriori tirosin chinasi ed enzimi che intervengono nella via di trasduzione del segnale.

Figura 5: recettore per il complemento CR2/CD21. ©Abul K. Abbas, ottava edizione, Immunologia cellulare e molecolare, pagina 164.

Via di trasduzione del segnale del TCR e BCR

La fosforilazione delle proteine e dei lipidi è fondamentale per gli eventi di trasduzione del segnale da parte del complesso del TCR e del complesso del BCR. Le sequenze ITAM sono la chiave di inizio di tutta la via.

Via di trasduzione del segnale del TCR

Non appena il TCR si lega al complesso MHC-peptide, la chinasi Lck viene reclutata nelle vicinanze dei domini ITAM delle catene CD3 e ζ che vengono così ampiamente fosforilate. Oltre a Lck che è associata ai corecettori CD4 e CD8 viene reclutata anche Fyn, un’altra chinasi citoplasmatica della famiglia Src, associata alla catena CD3.

Le sequenze ITAM della catena ζ fosforilate su tirosina formano dei siti di ancoraggio per una tirosina chinasi della famiglia Syk chiamata ZAP-70 (ζ-Associated Protein of 70 kD). Dopo essersi associata alle tirosine ZAP-70, grazie a specifici domini definiti SH2 che legano le fosfotirosine, viene attivata da Lck ed è ora in grado di svolgere la sua attività.

ZAP-70 andrà a fosforilare numerosi substrati che hanno la funzione di proteine adattatrici per il legame di altre molecole coinvolte nella trasduzione del segnale. Tra le proteine adattatrici troviamo SLP-76 e LAT.

LAT una volta fosforilata su tirosina lega la fosfolipasi Cγ1 (PLCγ1) enzima chiave nel reclutamento di ulteriori proteine al complesso del TCR. Pertanto il ruolo di LAT è quello di raggruppare i componenti della trasduzione del segnale che agiranno per attivare fattori di trascrizione specifici.

Un’altra via del segnale è mediata dall’attivazione della chinasi PI3 (PI3K) che fosforila il fosfatidilinositolo bifosfato (PIP2), presente in membrana, formando il fosfatidilinositolo trifosfato (PIP3).

Il PIP3 è riconosciuto da specifici domini PH presenti in alcune tirosina chinasi come Itk per e PDK1, quest’ultima responsabile dell’attivazione di un’altra fondamentale proteina chinasi chiamata Akt che contribuisce alla sopravvivenza cellulare.

Via di trasduzione del segnale del BCR

L’antigene innesca la trasduzione del segnale causando l’aggregazione del BCR. Questa aggregazione porta le Ig recettoriali nei raft lipidici, dove si concentrano molte proteine adattatrici e molecole importanti nella trasduzione del segnale. Igα e Igβ possiedono domini ITAM e sono debolmente associati a tirosine chinasi della famiglia Src (come Lyn, Fyn, e Blk) le quali sono anch’esse associate al foglietto interno della membrana plasmatica.

I residui fosforilati di tirosina delle catene Igα e Igβ permettono il legame e l’attivazione della tirosina chinasi Syk, dotata di due domini SH2 in grado di riconoscere tirosine fosforilate. Syk una volta attivata causa la fosforilazione di specifici residui di tirosina della proteina adattatrice SLP-65 (SH2-binding Leukocyte Phosphoprotein of 65 kD).

Ciò faciliterà il reclutamento di altri enzimi che contengono domini SH2 e domini PTB (PhopshoTyrosine-Binding), tra cui le proteine scambiatrici di GTP/GDP che possono attivare a loro volta Ras e Rac, la fosfolipasi PLCγ2 e altre chinasi quali la tirosina chinasi Btk. Il reclutamento di tutte queste molecole effettrici facilita la loro attivazione e ognuna di esse contribuisce all’attivazione di distinte vie di trasduzione del segnale.

Figura 6: messa a confronto tra la via di trasduzione del segnale del TCR (A) e del BCR (B).

Fonti: Abul K. Abbas, ottava edizione, Immunologia cellulare e molecolare, edra

Articoli correlati