Haupthistokompatibilitätskomplex

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Links: MHC-Klasse-I-Molekül. Rechts: MHC-Klasse-II-Molekül. Orange/Rosa: Teilketten. Rot: Präsentiertes Antigen.

Der Haupthistokompatibilitätskomplex (Abk. MHC von engl.: Major Histocompatibility Complex) umfasst eine Gruppe von Genen bei Wirbeltieren, die Proteine codiert, welche für die Immunerkennung, die Gewebeverträglichkeit (Histokompatibilität) bei Transplantationen und die immunologische Individualität wichtig sind. MHC-Regionen finden sich in allen Wirbeltieren ab den Knorpelfischen (Haie, Rochen). Beim Menschen sind diese Gene auf dem kurzen Arm von Chromosom 6 zu finden. Die Genprodukte, die MHC-Moleküle, sind körpereigene Antigene auf der Oberfläche jeder Körperzelle, die immunologische Vorgänge regulieren. Diese Moleküle kennzeichnen die Zellen als zum Körper gehörig und sind auf weißen Blutkörperchen (Leukozyten) leicht nachweisbar. Daher kommt auch die Bezeichnung HLA-System (Human Leucocyte Antigen) für das Regulationssystem der Immunabwehr, dessen wichtigster Bestandteil der MHC ist.

Unter anderem werden im MHC-Komplex die MHC-Klasse-I- und MHC-Klasse-II-Moleküle kodiert, die für die einwandfreie Funktion des Immunsystems eine zentrale Rolle spielen.

Damit Antigene von T-Lymphozyten erkannt werden können, müssen sie zuvor aufbereitet und auf spezifischen Rezeptoren, den vom MHC-Komplex kodierten Klasse-I- und Klasse-II-Molekülen, auf der Zelloberfläche präsentiert werden. Dieses Phänomen nennt man MHC-Restriktion.

Drei Klassen von MHC-Molekülen

MHC-Klasse-I-Molekül

Allgemein

Oben: Unterschiedlicher molekularer Aufbau der MHC-Klasse-I- und MHC-Klasse-II-Moleküle
Unten. Lage des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) beim Menschen auf Chromosom 6 mit seinen Genorten HLA-A, -B, -C, -DR, -DQ und -DP

Diese Moleküle finden sich auf der Oberfläche nahezu aller kernhaltiger Zellen des Organismus und dienen der Antigenpräsentation für T-Killerzellen sowie dem Schutz gesunder Zellen vor einer Zerstörung durch Killerzellen (siehe auch: Missing self Hypothese). Sie bestehen aus einer größeren membranverankerten Untereinheit, der schweren Kette (heavy chain, HC), und einer kleineren löslichen Untereinheit, dem β2-Mikroglobulin (β2M), sowie einem antigenischen Peptid. Diese Peptide werden in großer Zahl und Vielfalt durch das Proteasom von im Cytoplasma kontinuierlich synthetisierten Proteinen gebildet und stellen Spaltprodukte von ihnen dar. Das Immunsystem überwacht den Körper fortwährend auf das Vorliegen viraler Infektionen und entarteter Zellen, indem es überprüft, ob Zellen körpereigene oder fremde Proteine präsentieren. Die präsentierten Peptide stellen ein Abbild der in den Zellen synthetisierten Proteine dar. Die zytotoxischen T-Lymphozyten (CD8+ T-Zellen) sind so selektioniert, dass sie in der Regel mit ihrem T-Zell-Rezeptor nicht an Zellen binden, die ein Peptid präsentieren, das einem körpereigenen Protein entstammt. Dieses Phänomen nennt man Selbsttoleranz und schützt den Körper vor Angriffen des eigenen Immunsystem. Ist jedoch eine Zelle mit Viren infiziert oder von Mutationen betroffen und exprimiert somit neuartige Proteine, werden dem Immunsystem körperfremde Peptide als Teil des MHC-Klasse-I-Komplexes präsentiert und zytotoxische T-Lymphozyten aktiviert, die die betroffenen Zellen vernichten.

MHC-Klasse-I Peptidbeladung

MHC-Klasse-I-Molekül. Orange: Schwere Kette. Rosa: Kleine Kette. Rot: Präsentiertes Antigen. Grau: Zellmembran

MHC-Klasse-I-Moleküle binden Peptide mit einer Länge von 8 bis 10 Aminosäuren in der peptidbindenden Spalte. Diese ragen nicht über den Spalt hinaus und sind über das freie Aminoende und das freie Carboxylende mit den invarianten Bereichen der Spalte assoziiert. Da die Peptide für eine stabile Bindung hydrophoben oder basischen Charakter haben müssen, werden auf dem MHC-Gen-Lokus zusätzlich entsprechende Untereinheiten des Proteasoms kodiert, die für eine häufigere Abspaltung von Peptiden mit diesen Charakteristika sorgen. Damit ist gewährleistet, dass alle cytosolischen Proteine (also sowohl körpereigene, als auch virale) in MHC-I taugliche Peptide gespalten und dort präsentiert werden können. Das Zusammensetzen des MHC-I findet im Endoplasmatischen Retikulum (ER) statt, während die Proteine im Cytosol gespalten werden. Die peptidbindende Spalte bildet sich im ER und ist nie dem Cytosol ausgesetzt, daher müssen die cytosolischen Peptide in das ER transportiert werden. Da der MHC-I ohne gebundenes Peptid instabil ist, sind Peptidtransport und Faltung des MHC-I eng miteinander gekoppelt. Neu synthetisierte MHC-I-α-Ketten die ins ER transportiert werden, binden an das Chaperon-Protein Calnexin, welches die Kette in einem partiell gefalteten Zustand hält. Vermutlich ist auch die Oxidoreduktase ERp57 Bestandteil dieses Komplexes. Bindet nun β2-Mikroglobulin (b2m) an MHC-I, dissoziiert der MHC-I-b2m Komplex vom Calnexin und wird in einem neuen Komplex, dem Peptid-Beladungskomplex (PLC) eingebettet. Weitere Bestandteile des PLC sind das Chaperon Calretikulin (dem Calnexin ähnlich, jedoch nicht membrangebunden), das auf den PLC spezialisierte Chaperon Tapasin, ERp57 und der Peptid-Transporter TAP (transporter associated with antigen presentation). Calnexin und Calretikulin binden beide das MHC-I Molekül über dessen Zuckerkette am Asparagin-Rest 86. Die P-Domäne von Calretikulin bindet außerdem an ERp57. Tapasin bindet kovalent an ERp57 und fungiert zudem noch als Bindeglied zu TAP. Über TAP werden die cytosolischen Peptide in das ER transportiert und lagern sich an MHC-I an. Ist die Bindung stabil genug, faltet sich der MHC-I vollständig und der PLC dissoziiert. Der so entstandene MHC-I-Peptid-Komplex wird in Vesikeln des sekretorischen Systems zur Oberfläche transportiert.

MHC-Klasse-II-Molekül

MHC-Klasse-II-Moleküle werden von spezialisierten Zellen des Immunsystems, so genannten professionellen Antigenpräsentierende Zellen oder APCs (antigen presenting cells), präsentiert und von T-Helferzellen (CD4+ T-Zellen) erkannt. Zu den APCs gehören unter anderem die Monozyten und Makrophagen, interdigitierende follikuläre Zellen im Thymusmark, nicht phagozytierende follikuläre dendritische Zellen in Sekundärfollikeln von Lymphknoten und Milz, dendritische Zellen in Blut, Lymphe, Epidermis und anderen Geweben, phagozytoseaktive Zellen des Gefäßendothels, und B-Lymphozyten. MHC-Klasse-II-Moleküle bestehen aus zwei etwa gleich großen membranverankerten Untereinheiten, der α- und β-Kette, sowie ebenfalls einem Peptid. Die Peptide, die auf MHC-Klasse-II-Molekülen präsentiert werden, stammen von extrazellulären Proteinen ab, die z.B. durch rezeptorvermittelte Endozytose, unspezifische Makropinozytose oder Phagozytose Zugang zum sekretorischen Weg der APCs gefunden haben. Wie die T-Killerzellen sind auch die T-Helferzellen so selektioniert, dass sie nur dann mit ihrem T-Zellrezeptor an einen MHC-Klasse-II-Komplex binden und damit aktiviert werden, wenn ein körperfremdes Antigen präsentiert wird.

MHC-Klasse-III-Molekül

Zu den Klasse-III-Molekülen gehören die Komplementfaktoren C2 und C4 sowie Bf. Im Gegensatz zu den anderen Klassen handelt es sich hierbei um Plasmaproteine, die an der unspezifischen Immunabwehr beteiligt sind.

Über den MHC-Klasse-I-Weg werden infizierte und entartete Zellen, die körperfremde Proteine herstellen, gezielt von T-Killerzellen (CD8+) identifiziert und anschließend eliminiert. Über den MHC-Klasse-II-Weg können T-Helferzellen (CD4+) die Produktion von spezifischen Antikörpern und die Aktivität von Phagozyten stimulieren, die Krankheitserreger in Körperflüssigkeiten inaktivieren und eliminieren. Das adaptive Immunsystem trennt also zwischen intra- und extrazellulären Pathogenen.

Die schwere Kette der MHC-Klasse-I-Moleküle sowie die α- und β-Untereinheit der MHC-Klasse-II-Moleküle treten beim Menschen in sehr vielen Allelen auf (genetischer Polymorphismus). Dies ist maßgebend für die Bedeutung des Haupthistokompatibilitätskomplex bei der Gewebeverträglichkeit.