抗原加工与递呈课件.ppt

1、第第1111章章 抗原的加工与递呈抗原的加工与递呈Antigen Processing&PresentationT cells do not recognise native antigensYYBYYYYYYYBYTYTProliferation and antibody productionNo proliferationNo cytokine releaseCross-linking of surface membrane IgYBYBYBYBYBYBYBCell surfacepeptidesof AgAntigens must be processed in orderto be r

2、ecognised by T cellsYT T cellresponseNo T cellresponseNo T cellresponseNo T cellresponseNo T cellresponseSolublenative AgCell surfacenative AgSoluble peptidesof AgCell surface peptides of Ag presented by cells that express MHC antigensANTIGENPROCESSINGYTMHC directs the response of T cells toforeign

3、antigensYTAgYTAgAnti responseNo anti responseMHC antigens PRESENT foreign antigens to T cellsCells that present antigen are ANTIGEN PRESENTING CELLSYTYTYTYTYBlockinganti-MHCantibodyYYYAgAgB B细胞细胞浆细胞浆细胞AbAbAPCAPCThTh细胞细胞AgAg肽肽-MHC-MHC分子分子T T细胞细胞TcTc细胞细胞Contents 抗原递呈细胞抗原递呈细胞抗原加工递呈途径抗原加工递呈途径第一节第一节 抗原递呈

4、细胞抗原递呈细胞Antigen Presenting Cells 基本概念基本概念 抗原递呈细胞抗原递呈细胞一、基本概念一、基本概念 抗原加工与递呈抗原加工与递呈（Antigen processing and presentation）抗原加工是指蛋白质抗原在细胞内被降解成能抗原加工是指蛋白质抗原在细胞内被降解成能与与MHCMHC结合的肽的过程。结合的肽的过程。抗原递呈是指抗原递呈是指MHCMHC分子与抗原肽结合，将其展示分子与抗原肽结合，将其展示于细胞表面供于细胞表面供T T细胞识别的过程。细胞识别的过程。Influenza virus 内源性抗原内源性抗原（endogenous antig

5、ens）指细胞内产生的蛋白质抗原指细胞内产生的蛋白质抗原 细胞产生的自身固有蛋白质细胞产生的自身固有蛋白质 胞内寄生病毒或其它病原体产生的蛋白质胞内寄生病毒或其它病原体产生的蛋白质 细胞恶性转化后产生的突变蛋白，即肿瘤抗原细胞恶性转化后产生的突变蛋白，即肿瘤抗原有核细胞内加工，由有核细胞内加工，由MHCMHC分子递呈分子递呈MMMMListeria 外源性抗原外源性抗原(exogenous antigens)指由细胞外进入细胞的蛋白质抗原指由细胞外进入细胞的蛋白质抗原 细胞摄入的各种病原体和疫苗细胞摄入的各种病原体和疫苗 在吞噬体和内体中生长的病原体在吞噬体和内体中生长的病原体 摄入的自身蛋白

6、摄入的自身蛋白抗原递呈细胞内加工，由抗原递呈细胞内加工，由MHCMHC分子递呈分子递呈二、抗原递呈细胞二、抗原递呈细胞抗原递呈细胞抗原递呈细胞 (antigen presenting cell，APC)能够摄取、加工、处理抗原并将能够摄取、加工、处理抗原并将AgAg信息信息递呈给抗原特异性淋巴细胞（递呈给抗原特异性淋巴细胞（T T细胞）细胞）的一类免疫细胞。包括巨噬细胞、树突的一类免疫细胞。包括巨噬细胞、树突状细胞、成熟状细胞、成熟B B细胞等细胞等 广义广义APCAPC所有有核细胞所有有核细胞表达表达MHCMHC类分子类分子 专职专职APCAPC(professional APC)(prof

7、essional APC)MM，DCDC，B B细胞等细胞等表达表达MHCMHC类分子类分子 兼职兼职APCAPC(non-professional APC)(non-professional APC)内皮细胞，上皮细胞，激活的内皮细胞，上皮细胞，激活的T T细胞等细胞等某些因素刺激后表达某些因素刺激后表达MHC-MHC-类分子类分子1、树突状细胞、树突状细胞（dendritic cell,DC）典型树突状形态典型树突状形态 功能最强的功能最强的APCAPCDCDC分类分类根据起源根据起源 淋巴系淋巴系DCDC滤泡滤泡DC(FDC)DC(FDC)髓系髓系DCDC（CD11cCD11c+）郎格汉

8、斯细胞郎格汉斯细胞 (LC)(LC)并指状并指状DC(IDC)DC(IDC)并指状树突细胞并指状树突细胞滤泡状滤泡状树突细胞树突细胞B细胞细胞未成熟未成熟DCDC和成熟和成熟DCDC 未成熟未成熟DC(Immature DC)DC(Immature DC)皮肤、胃肠道、呼吸道等上皮内及实质器官间质内皮肤、胃肠道、呼吸道等上皮内及实质器官间质内摄取抗原摄取抗原并迁移至引流淋巴器官并迁移至引流淋巴器官胞饮（吞饮）胞饮（吞饮）受体介导内吞受体介导内吞吞噬弱吞噬弱表达低水平的表达低水平的MHCMHC分子、协同刺激分子和粘附分子分子、协同刺激分子和粘附分子 成熟过程中的重要变化成熟过程中的重要变化:表达

9、趋化因子受体，获得向引流淋巴结表达趋化因子受体，获得向引流淋巴结迁移的能迁移的能力力加工递呈抗原加工递呈抗原，表达大量肽，表达大量肽-MHC-MHC复合物复合物协同刺激分子和粘附分子表达上调协同刺激分子和粘附分子表达上调 成熟成熟DC(Mature DC)DC(Mature DC)淋巴结，脾及派氏集合淋巴管淋巴结，脾及派氏集合淋巴管高表达高表达MHCMHC分子、协同刺激分子及粘附分子分子、协同刺激分子及粘附分子很强的抗原递呈能力很强的抗原递呈能力 上皮组织中的上皮组织中的LCLC 捕捉外来抗原后即进入引流淋巴结的捕捉外来抗原后即进入引流淋巴结的T T细胞区，成为细胞区，成为IDCIDC2 2、

10、巨噬细胞、巨噬细胞(Macrophage,M)来源、分布来源、分布 前单核细胞（骨髓）前单核细胞（骨髓）单核细胞（血液）单核细胞（血液）巨噬细胞（组织器官）巨噬细胞（组织器官）单核细胞体积较大，蹄状核（左，普通光镜）单核细胞体积较大，蹄状核（左，普通光镜）透射电镜显示其高尔基体发达、线粒体丰富、胞浆透射电镜显示其高尔基体发达、线粒体丰富、胞浆颗粒明显（中）颗粒明显（中）扫描电镜显示腹腔巨噬细胞粘附于玻璃表面（右）扫描电镜显示腹腔巨噬细胞粘附于玻璃表面（右）单 核 巨 噬 细 胞功能功能 吞噬消灭病原体吞噬消灭病原体 加工递呈抗原，激发特异性免疫应答加工递呈抗原，激发特异性免疫应答 免疫应答的效

11、应细胞免疫应答的效应细胞MM摄取抗原途径摄取抗原途径胞吞作用胞吞作用 吞噬吞噬 吞饮吞饮 受体介导内吞受体介导内吞 模式识别受体模式识别受体（pattern recognition receptors，PRR）3 3、B B细胞细胞B B细胞摄取抗原途径细胞摄取抗原途径 加工递呈可溶性抗原加工递呈可溶性抗原 BCRBCR介导内吞介导内吞特异性特异性高效性高效性第二节第二节 抗原加工递呈途径抗原加工递呈途径Antigen Processing and Presentation Pathways MHCMHC类途径类途径 MHCMHC类途径类途径 非经典途径非经典途径概述概述 T T细胞不能直接识

12、别游离蛋白细胞不能直接识别游离蛋白AgAg，只能通过只能通过TCRTCR识别识别AgAg肽肽-MHC-MHC分子复合物分子复合物 CD4+T-AgCD4+T-Ag肽肽-MHC-MHC分子复合物分子复合物 CD8+T-AgCD8+T-Ag肽肽-MHC-MHC分子复合物分子复合物YThe site of pathogen replication or mechanism of antigen uptake determines the antigen processing pathway usedYCytosolic compartmentEndogenous processing(Viral a

13、ntigens)Vesicular CompartmentContiguous with extracellular fluidExogenous processing(Streptococcal,Mycobacterial antigens)INTRACELLULAR REPLICATIONEXTRACELLULAR ORENDOSOMAL REPLICATIONYEliminated by:Killing of infected cells by CTL that use antigens generated by ENDOGENOUS PROCESSINGYEliminated by:A

14、ntibodies and phagocyteactivation by T helper cells that use antigens generated byEXOGENOUS PROCESSINGAntigens generated by endogenous and exogenous antigen processing activate different effector functionsENDOGENOUS PATHOGENSEXOGENOUSPATHOGENS一、外源性抗原加工递呈途径一、外源性抗原加工递呈途径 Exogenous processing and prese

15、ntation pathway MHC class pathway 外源性外源性AgAg经经MHCMHC类分子递呈类分子递呈阶段：阶段：外源性抗原的摄取、加工外源性抗原的摄取、加工 MHCMHC类分子的合成及转运类分子的合成及转运 MHCMHC类分子荷肽类分子荷肽 递呈给递呈给CD4CD4+T T细胞细胞MHCMHC类途径类途径1 1、外源性抗原的摄取、加工处理、外源性抗原的摄取、加工处理 Uptake and degradation of exogenous antigens APCAPC以胞吞作用摄入以胞吞作用摄入AgAg，形成内体，形成内体内体与溶酶体融合形成内体内体与溶酶体融合形成内体

16、/溶酶体溶酶体AgAg被蛋白酶降解成被蛋白酶降解成AgAg肽肽抗原加工区室抗原加工区室（compartments）YYPinocytosisPhagocytosisMembrane Ig receptor mediated uptakeYComplement receptormediated phagocytosisYFc receptor mediated phagocytosisUptake of exogenous antigensAPCAPC以胞吞作用摄入以胞吞作用摄入AgAg，形成内体，形成内体EndosomesExogenous pathwayIncreasein acidityC

17、ell surfaceTo lysosomesUptakeProtein antigensIn endosomeCathepsin B,D and L proteases are activated by the decrease in pH2 2、MHCMHC类分子的合成及转运类分子的合成及转运 Biosynthesis and transportation of MHC class molecules 粗面内质网中粗面内质网中MHCMHC类分子合成类分子合成与与IiIi链结合成链结合成(Ii(Ii)3 3复合物复合物Need to prevent newly synthesised,sel

18、f proteins from binding to immature MHC Invariant chain stabilises MHC class II by binding to the immature MHC class II moleculeIn the Endoplasmic ReticulumMHC class II maturation and invariant chainConception i链链 a-associated invariant chain，a分子分子相关的不变链相关的不变链协助协助类分子折叠和装配类分子折叠和装配阻止阻止类分子与类分子与ERER中的新合

19、成的肽或内源性中的新合成的肽或内源性抗原肽结合抗原肽结合引导引导类分子进入内体类分子进入内体Structure of invariant chainThree extended peptides each bind into the grooves of three MHC class II molecules to form the nonomeric complexCLass II associated Invariant chain Peptide(CLIP)A peptide of the invariant chain blocks the MHC molecule binding

20、siteCLIP of invariant chaina and b chains of MHC class II moleculesCLIPConception CLIP Class-associated invariant chain peptide，类分子相关的不变链多肽类分子相关的不变链多肽 ii链中链中8181位至位至104104位氨基酸残基的肽段结构位氨基酸残基的肽段结构 能与所有能与所有MHCMHC类分子抗原结合槽相结合类分子抗原结合槽相结合3 3、MHCMHC类分子荷肽类分子荷肽 Peptide-loading of MHC class molecules ii链引导下链引导下

21、类分子进入类分子进入内体内体(MCMC)ii链降解，链降解，类分子肽结合槽中保留类分子肽结合槽中保留CLIPCLIP HLA-DM HLA-DM催化，催化，CLIPCLIP与肽结合槽解离与肽结合槽解离 HLA-DMHLA-DM编选，高亲和力肽与编选，高亲和力肽与类分子结合类分子结合AgAg肽肽-MHC-MHC类分子形成类分子形成EndosomesCell surfaceUptakeClass II associated invariant chain peptide(CLIP)(abIi)3 complexesdirected towardsendosomes byinvariant chai

22、nCathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC moleculeMHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontaining vesiclesRemoval of CLIP?How can the peptide stably bind to a floppy binding site?Competition between large number of peptidesHLA-DM catalyses the removal of CLIPMIIC comp

23、artmentHLA-DMReplaces CLIP with a peptide antigen using a catalytic mechanismSequence in cytoplasmic tail retains HLA-DM in endosomesHLA-DMHLA-DRConception MCM MHC class HC class c compartmentompartment，MHCMHC类分子区类分子区室室富含外源性抗原肽、富含外源性抗原肽、MHCMHC类分子、类分子、HLA-DMHLA-DM的的低低pHpH值的晚期内体值的晚期内体MHCMHC类分子荷肽主要场所类分

24、子荷肽主要场所 HLA-DMHLA-DM的编选作用的编选作用 HLA-DMHLA-DM可驱逐与可驱逐与类分子抗原结合槽低亲类分子抗原结合槽低亲和和力结合的肽，直至有高亲和力的肽与力结合的肽，直至有高亲和力的肽与类分类分子结合，才与子结合，才与类分子分离，使其抗类分子分离，使其抗原结合原结合槽恢复闭合状态。槽恢复闭合状态。HLAHLA这种对肽的选择作用称为这种对肽的选择作用称为HLA-DMHLA-DM的编选的编选作用，保证作用，保证类分子递呈高亲和力的外源类分子递呈高亲和力的外源性抗原肽。性抗原肽。4 4、递呈给、递呈给CD4CD4+T T细胞细胞 Presentation of exogeno

25、us antigenAgAg肽肽-类分子经胞吐作用表达于类分子经胞吐作用表达于APCAPC表面表面供供CD4CD4+T T细胞识别细胞识别MIIC compartment sorts peptide-MHC complexes for surface expression or lysosomal degradationSurface expression of MHC class II-peptide complexesExported to the cell surface Sent to lysosomes for degradation 二、内源性抗原加工递呈途径二、内源性抗原加工递呈

26、途径 Endogenous processing and presentation pathway MHC class pathway 内源性内源性AgAg加工后由加工后由MHCMHC类分子递呈类分子递呈阶段：阶段：内源性内源性AgAg肽的产生及转运肽的产生及转运 MHCMHC类分子荷肽类分子荷肽 递呈给递呈给CD8CD8+T T细胞细胞MHCMHC类途径类途径1 1、内源性抗原肽的产生、内源性抗原肽的产生 Generation of endogenous antigenic peptide内源性抗原泛素化内源性抗原泛素化经蛋白酶体（经蛋白酶体（LMPLMP）降解为短肽）降解为短肽Crysta

27、l Structure Of The 20s ProteasomeFrom YeastViewEnd onDegradation in the proteasomeThese components are induced by IFN-and replace constitutive components to confer proteolytic properties The components of the proteasome include MECL-1,LMP2,LMP7LMP2&7 encoded in the MHCProteasome cleaves proteins int

28、o hydrophobic and basic amino acidsCytoplasmic cellular proteins,including non-self proteinsare degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunits2 2、内源性抗原肽转运至内质网、内源性抗原肽转运至内质网 Transportation of endogenous antigenic peptide into ER经抗原加工相关转运体（经抗原加工相关转运体（TAPTAP）转运至）转运至ERERERCYTOSOLPeptid

29、e antigens produced in the cytoplasm are physically separated from newly formed MHC class INewly synthesisedMHC class I moleculesPeptides needaccess to the ER inorder to be loaded onto MHC class I moleculesER membraneLumen of ERCytosolTransporters associated withantigen processing(TAP1&2)Transporter

30、 has preference for 8-15 amino acid peptideswith hydrophobic,basic C terminiTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideER membraneLumen of ERCytosolTAP-1TAP-2PeptideATP-bind

31、ing cassette(ABC)domainHydrophobictransmembranedomainPeptide antigensfrom proteasome3 3、MHCMHC类分子荷肽类分子荷肽 Peptide-loading of MHC class molecules内质网内钙联蛋白、钙网蛋白协助下内质网内钙联蛋白、钙网蛋白协助下 MHCMHC类分子合成类分子合成tapasintapasin协助下协助下MHCMHC类分子与类分子与TAPTAP孔道孔道内侧口结合内侧口结合AgAg肽肽-MHC-MHC类分子复合物形成类分子复合物形成Endoplasmic reticulumCal

32、nexin bindsto nascentclass I chainuntil 2-M bindsTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2Peptide2-M binds and stabilises floppy MHCTapasin,calreticulin,TAP 1&2

33、form a complex with the floppy MHCCytoplasmic peptides are loaded onto the MHC molecule and the structure becomes compactMaturation and loading of MHC class I4 4、递呈给、递呈给CD8CD8+T T细胞细胞 Presentation of endogenous antigenAgAg肽肽-MHC-MHC类分子经高尔基体类分子经高尔基体通过胞吐作用表达于细胞表面通过胞吐作用表达于细胞表面供供CD8CD8T T细胞识别细胞识别Fate of

34、 MHC class ISent to lysosomes for degradation Exported to the cell surfaceEndoplasmic reticulumTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2HSV protein blocks transportof viral peptides into ERSent to lysosomesfor degradation Evasion of immunity by interference with

35、endogenous antigen processingSent to lysosomes for degradation Normally exported to the cell surfaceAdenoviralproteinretains MHCclass I in the EREvasion of immunity by interference withendogenous antigen processing三、非经典抗原加工递呈途径三、非经典抗原加工递呈途径 Non classical pathway 外源性抗原也可被外源性抗原也可被MHCMHC类分子递呈类分子递呈外源性抗原

36、穿透细胞膜进入胞浆外源性抗原穿透细胞膜进入胞浆外源性抗原自内体逸出进入胞浆外源性抗原自内体逸出进入胞浆-以内源性抗原方式加工递呈给以内源性抗原方式加工递呈给CD8CD8+T T细胞细胞 内源性抗原也可被内源性抗原也可被MHCMHC类分子递呈类分子递呈胞质内蛋白形成自吞小泡，与内体胞质内蛋白形成自吞小泡，与内体/溶酶体融合溶酶体融合 -以外源性抗原方式加工递呈给以外源性抗原方式加工递呈给CD4CD4+T T细胞细胞 交叉致敏（交叉致敏（cross-primingcross-priming）专职性专职性APC APC 激活未致敏的肿瘤或病毒抗原特异激活未致敏的肿瘤或病毒抗原特异性性CD8+TCD8+T细胞的机制细胞的机制DCDC具有交叉致敏作用具有交叉致敏作用学习了抗原提呈细胞的特性和功能后，学习了抗原提呈细胞的特性和功能后，你是如何体会抗原提呈细胞的免疫学功你是如何体会抗原提呈细胞的免疫学功能和生物学意义的呢？能和生物学意义的呢？