Т-клітинний рецептор

Бета-локус Т-клітинного рецептораІдентифікаторисимволTRBАльт. символиTCRB, TRB@ген NCBI6957HGNC12155OMIM186930Інші даніЛокусChr. 7 q34

Дельта-локус Т-клітинного рецептораІдентифікаторисимволTRDАльт. символиTCRD, TRD@, TCRDV1ген NCBI6964HGNC12252Інші даніЛокусChr. 14 q11.2

Т-клітинний рецептор () — це білковий комплекс, що знаходиться на поверхні Т-клітин (Т-лімфоцитів), який відповідає за розпізнавання фрагментів антигену, як пептидів, зв'язаних з молекулами головного комплексу гістосумісності (ГКГС, MHC). Зв'язування між TCR і антигенними пептидами має відносно низьку спорідненість і з біологічної точки зору є дегенеративним (тобто багато TCR розпізнають один і той же антигенний пептид, а багато антигенних пептидів розпізнаються одним і тим же TCR).

TCR складається з двох різних білкових ланцюгів (тобто, це гетеродимер). У людей у 95 % Т-клітин TCR складається з альфа (α) і бета (β) ланцюгів (кодуються генами TRA і TRB відповідно), тоді як у 5 % Т-клітин TCR складається з гамма і дельта (γ/δ) ланцюгів (кодуються генами TRG і TRD відповідно). Це співвідношення змінюється під час онтогенезу та при хворобах (наприклад, лейкемії). Воно також відрізняється між видами. Ортологи 4-х локусів були дослідженні (маповані) для різних видів. Кожен локус може продукувати різноманітні поліпептиди з константними та варіабельними ділянками.

Коли TCR взаємодіє з антигенним пептидом і MHC (пептид/MHC), Т-лімфоцит активується за допомогою сигнальної трансдукції, тобто серії біохімічних подій, опосередкованих асоційованими ферментами, корецепторами, спеціалізованими молекулами-адаптерами та активованими або вивільненими факторами транскрипції. За механізмом ініціації рецептора TCR належить до сімейства некаталітичних тирозинофосфорильованих рецепторів (NTR).

Історія У 1982 році нобелівський лауреат Джеймс П. Еллісон вперше відкрив Т-клітинний рецептор. Потім Так Ва Мак та Марк М. Девіс ідентифікували кДНК, що кодують TCR людини та миші відповідно у 1984 році. Це відкриття дозволили розкрити сутність і структуру невловимого TCR, відомого раніше як «Святий Грааль імунології». Це дозволило вченим з усього світу провести дослідження TCR, що призвело до важливих відкриттів у галузі CAR-T, імунотерапії раку та інгібування контрольних точок.

Структурні характеристики TCR — це пов'язаний дисульфідом мембранний гетеродимерний білок, який зазвичай складається з дуже варіабельних альфа (α) і бета (β) ланцюгів, що експресуються як частина комплексу з інваріантними молекулами ланцюга CD3. Т-клітини, що експресують цей рецептор, називаються α:β (або αβ) Т-клітинами, хоча меншість Т-клітин експресують альтернативний рецептор, утворений змінними гамма (γ) і дельта (δ) ланцюгами, які називаються γδ Т-клітинами.

Кожен ланцюг складається з двох позаклітинних доменів: варіабельної (V) та константної (C) ділянок, обидва домени суперсімейства імуноглобулінів (IgSF) утворюють антипаралельні β-листки. Константна ділянка знаходиться проксимальніше клітинної мембрани, за нею слідують трансмембранна ділянка і короткий цитоплазматичний хвіст, тоді як варіабельна ділянка зв'язується з комплексом пептид/МНС.

Варіабельний домен як α-ланцюга TCR, так і β-ланцюга має три гіперваріабельні ділянки або ділянки, що визначають комплементарність (CDR). Існує також додаткова ділянка гіперваріабельності β-ланцюга (HV4), яка зазвичай не контактує з антигеном і, отже, не вважається CDR.

Залишки в цих варіабельних доменах розташовані в двох ділянках TCR, на межі α- і β-ланцюгів і в каркасній ділянці β-ланцюга, яка, як вважають, знаходиться поблизу комплексу CD3-сигналу трансдукції. CDR3 є основним CDR, відповідальним за розпізнавання процесованого антигену, хоча також було показано, що CDR1 альфа-ланцюга взаємодіє з N-кінцевою частиною антигенного пептиду, тоді як CDR1 β-ланцюга взаємодіє з C-кінцевою частиною антигенного пептиду.

Вважається, що CDR2 розпізнає MHC. Вважається, що CDR4 β-ланцюга не бере участі в розпізнаванні антигенів, але було показано, що він взаємодіє з суперантигенами.

Незмінний домен TCR складається з коротких сполучених послідовностей, в яких залишок цистеїну утворює дисульфідні зв'язки, які утворюють зв'язок між двома ланцюгами.

TCR є членом суперсімейства імуноглобулінів, великої групи білків, що беруть участь у зв'язуванні, розпізнаванні та адгезії; сімейство названо на честь антитіл (також називаються імуноглобулінами). TCR подібний до напівантитіла, що складається з одного важкого та одного легкого ланцюга, за винятком того, що важкий ланцюг не містить фракції, що кристалізується (Fc). Дві субодиниці TCR скручені разом. У той час як антитіло використовує свою Fc-область для зв'язування з Fc-рецепторами на лейкоцитах, TCR вже прикріплений до клітинної мембрани. Однак він не може сам опосередковувати передачу сигналу через його короткий цитоплазматичний хвіст, тому TCR все ще потребує молекул CD3 і зета для здійснення передачі сигналу замість нього, так само, як антитіла вимагають зв'язування з FcR, щоб ініціювати передачу сигналу. Таким чином, взаємодія MHC-TCR-CD3 для Т-клітин функціонально подібна до взаємодії антиген(Ag)-імуноглобулін(Ig)-FcR для мієлоїдних лейкоцитів і взаємодії Ag-Ig-CD79 для В-клітин.

Походження різноманітності TCR Формування різноманітності TCR подібне до антитіл і рецепторів В-клітин (BCR) виникає в основному внаслідок генетичної рекомбінації ДНК-кодованих сегментів в окремих соматичних Т-клітинах шляхом соматичної V(D)J рекомбінації за допомогою рекомбіназ RAG1 і RAG2. Однак, на відміну від імуноглобулінів, гени TCR не зазнають соматичної гіпермутації, а Т-клітини не експресують індуковану активацією цитидиндеаміназу (AID). Процес рекомбінації, що створює різноманітність BCR (антитіл і TCR, є унікальним для лімфоцитів (Т- і В-клітин) на ранніх стадіях їх розвитку в первинних лімфоїдних органах (тимус для Т-клітин, кістковий мозок для В-клітин).

Кожен рекомбінований TCR має унікальну антигенну специфічність, що визначається структурою антигенозв'язуючого сайту, утвореного α і β ланцюгами у випадку αβ Т-клітин або γ і δ ланцюгами у випадку γδ Т-клітин.

Альфа-ланцюг TCR генерується рекомбінацією VJ, тоді як бета-ланцюг генерується рекомбінацією VDJ (обидва включають випадкове з'єднання генних сегментів для створення повного ланцюга TCR). Аналогічно, генерація гамма-ланцюга TCR включає VJ-рекомбінацію, тоді як генерація дельта-ланцюга TCR відбувається шляхом VDJ-рекомбінації.

Перетин цих специфічних ділянок (V і J для альфа- або гамма-ланцюга; V, D і J для бета- або дельта-ланцюга) відповідає ділянці CDR3, яка є важливою для розпізнавання пептидів/MHC (див. вище).

Саме унікальна комбінація сегментів у цій ділянці, а також паліндромні та випадкові додавання нуклеотидів (відповідно названі «P-» та «N-») пояснює ще більшу різноманітність специфічності рецепторів Т-клітин для процесованих антигенних пептидів. .

Пізніше під час розвитку окремі петлі CDR TCR можуть бути повторно відредаговані на периферії поза тимусом шляхом реактивації рекомбіназ за допомогою процесу, який називається ревізією (редагуванням) TCR що змінює його антигенну специфічність.

Комплекс TCR У плазматичній мембрані ланцюги α і β зв'язуються з шістьма додатковими адаптерними білками, утворюючи октамерний комплекс. Комплекс містить як α, так і β ланцюги, що утворюють ліганд-зв'язуючий сайт, і сигнальні модулі CD3 δ, CD3γ, CD3ε і CD3ζ в стехіометрії TCR α β — CD3εγ — CD3εδ — CD3ζζ. Заряджені залишки в трансмембранному домені кожної субодиниці утворюють полярні взаємодії, що забезпечує коректну та стабільну збірку комплексу. Цитоплазматичний хвіст TCR надзвичайно короткий, отже, адаптерні білки CD3 містять сигнальні повторювані послідовності (мотиви), необхідні для поширення сигналу від активованого TCR в клітину. Сигнальними мотивами, які беруть участь у передачі сигналів TCR, є залишки тирозину в цитоплазматичному хвості цих адаптерних білків, які можуть бути фосфорильовані у разі зв'язування TCR-pMHC. Залишки тирозину знаходяться в певній амінокислотній послідовності підпису Yxx(L/I)x6-8Yxx(L/I), де Y, L, I вказують на залишки тирозину, лейцину та ізолейцину, x позначає будь-які амінокислоти, індекс 6-8 позначає послідовність довжиною від 6 до 8 амінокислот. Цей мотив дуже поширений в рецепторах-активаторах сімейства некаталітичних тирозинофосфорильованих рецепторів (NTR) і називається мотивом активації на основі імунорецепторів тирозину (ITAM). CD3δ, CD3γ і CD3ε містять по одному ITAM, тоді як CD3ζ містить три ITAM. Всього комплекс TCR містить 10 ITAM. Фосфорильовані ITAM діють як сайт зв'язування для SH2-доменів додатково залучених білків.

Розпізнавання антигену

Кожна Т-клітина експресує клональні TCR, які розпізнають специфічний пептид, прикріплений до молекули MHC (pMHC), або на MHC класу II на поверхні антигенопрезенувальних клітин (АПК) або на MHC класу I на будь-якому іншому типі клітин. Унікальною особливістю Т-клітин є їхня здатність розрізняти пептиди, отримані від власних здорових клітин, і пептиди від чужорідних або аномальних (наприклад, інфікованих або пухлинних) клітин організму. Клітини, що представляють антиген, не розрізняють власні та чужорідні пептиди і зазвичай експресують велику кількість власних pMHC на своїй клітинній поверхні та лише кілька копій будь-якого чужорідного pMHC. Наприклад, було показано, що клітини, інфіковані ВІЛ, мають лише 8-46 ВІЛ-специфічних pMHC поруч із 100 000 загальних pMHC на клітину.

Оскільки Т-клітини зазнають позитивної селекції в тимусі, існує деяка спорідненість між власними pMHC та TCR, тим не менш, передача сигналів рецептора Т-клітин не повинна активуватися власним pMHC, щоб власні здорові клітини ігнорувалися Т-клітинами. Однак, коли ці самі клітини містять навіть незначні кількості pMHC, отриманого з патогену, Т-клітини повинні активуватися та ініціювати імунні реакції. Здатність Т-клітин ігнорувати здорові клітини, але реагувати, коли ці самі клітини експресують невелику кількість чужорідних pMHC, відома як антигенна дискримінація.

Для цього Т-клітини мають дуже високий ступінь антигенної специфічності, незважаючи на те, що спорідненість до ліганду пептид/MHC досить низька в порівнянні з іншими типами рецепторів. Спорідненості, що визначається, як константа дисоціації (KD), між TCR і рМНС вимірювалась за допомогою поверхневого плазмонного резонансу (SPR), і була в діапазоні 1-100 мкМ, при швидкості асоціації (ко) 1000-10000 М−1 s−1 і швидкість дисоціації (koff) 0,01 -0,1 s−1. Для порівняння, цитокіни мають спорідненість KD=10-600 пМ до свого рецептора. Було показано, що навіть зміна однієї амінокислоти в презентованому пептиді, яка впливає на спорідненість pMHC до TCR, зменшує відповідь Т-клітин і не може бути компенсована більш високою концентрацією pMHC. Спостерігається негативна кореляція між швидкістю дисоціації комплексу pMHC-TCR і силою Т-клітинної відповіді. Це означає, що pMHC, які зв'язують TCR протягом тривалого часу, ініціюють сильнішу активацію Т-клітини. Крім того, Т-клітини дуже чутливі. Для активації достатньо взаємодії з одним pMHC. Крім того відповідь Т-клітин на антиген відбувається дуже швидко. Т-клітини швидко сканують pMHC на АПК, щоб збільшити шанс знайти специфічний pMHC. В середньому Т-клітина «оглядає» 20 АПК на годину.