氨肽酶ERAAP的缺失诞生出一些独特的肽-MHC I型复合物。这种不同使得同类系小鼠(congenic mice,见备注1)间产生一定的免疫识别反应,类似于同种异体免疫反应(allogeneic immune response)。该研究成果发表在2007年1月份的《Nature Immunology》杂志上。
主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex;MHC)I型(参见备注2)抗原加工的通路提供了这样一个内在机制:细胞内蛋白经挑选加工成肽后,暴露于细胞表面以便让CD8+ T细胞识别(参见备注3)。前体肽(precursor peptide)产生于细胞质,转运到内质网,在那它们结合到正在组装的MHC I型分子上。关于最终肽抗原如何剪切、修剪而成的胞内定位和分子机制是现在的研究热点。Hammer为我们提供了一个强有力的证据证明存在于内质网中的一个氨肽酶(aminopeptidase,见备注4)对于可供MHC I型分子递呈的肽的集合的完整性来说非常重要〔1〕。
最初发现氨肽酶ERAAP(ERAP1)是一类在内质网中“定居”的蛋白,能修剪运往内质网的肽〔2.3.4〕。在此研究中,ERAAP野生型小鼠(ERAAP-WT)和ERAAP缺失型小鼠(ERAAP-KO)身上表达了不完全重叠的肽-MHCⅠ型复合物。一小部分的肽复合物是严格依赖于ERAAP功能的,而这些复合物在ERAAP缺失的细胞中是不存在的。相反的,在ERAAP缺失的细胞中也表达了一些独特的蛋白。后者可能展示了一些N端延长的复合物,而这些延长的片断很可能是ERAAP原先要修剪的对象。由此产生的结果是,ERAAP缺失型小鼠的T细胞并不对来自野生型的小鼠产生免疫耐受性,反之亦然。
备注1:
同类系小鼠(congenic mice) 是个体间的遗传背景完全一致,只是第17对染色体的MHC结构不同的纯系小鼠,例如若想获得具有A系遗传背景,而MHC结构为B系的小鼠时,则使B两个纯系小鼠杂交后,得到的子代鼠F-1再进行兄妹交配而获得第二个子代F-2鼠,从中挑选出具有B系鼠MHC的小鼠,使其与A系小鼠回交,如此反复进行9次以上,如此获得的子代鼠,其遗传背景有99.8%的机率是A系纯合型,其中有25%具有纯合型的B系MHC,选择这样的小鼠再行兄妹交配即得。
纯系动物系指具有完全一致的遗传特性的动物群体,通常是同胞兄妹通过连续20代以上交配,而培育出来的,其同源常染色体皆为纯合型。
同类系小鼠和纯系小鼠的建立,为研究免疫遗传学的理论工作提供了理想的动物模型,有利于对遗传基因结构、基因作用、传基因调节等方面的遗传学基础理论的研究。而且H-2系统和HLA系统在遗传规律上很相似,这就为研究人类和其他动物的免疫遗传学提供了动物模型。
备注2:
MHC I 类分子是由a链和b2微蛋白(b2m)经非共价连接形成的二聚体。a链为跨膜多肽,含有三个功能区(a1、a2、a3)。a1和a2形成"链内假二聚体" ,两个功能区均有a螺旋和b片层结构。两个a螺旋之间形成一沟状结构,此沟为抗原结合部位,称为肽结合槽。该槽一般容纳的抗原为8-10个氨基酸组成的小肽。沟底部为8条b片层链(a1和a2功能区各4条),肽结合槽的底部有6个小凹(pockets),凹A和凹F位于槽的两端,富含保守氨基酸,这些氨基酸大多带极性侧链分别于抗原肽的N末端氨基和C末端羧基形成氢键,将抗原肽固定在槽中。凹B、凹C、凹D和凹E分别与抗原肽的氨基酸侧链结合,这些小凹富含多态性氨基酸,决定肽与MHC I类分子结合的特异性。MHC I类分子主要将抗原呈递给CD8+ T细胞。
MHC II类分子由两条结构相似的跨膜多肽a链和b链以非共价键连接组成。a1和b1各自盘绕共同形成结合抗原肽的沟槽。由于其两头开放,因此所容纳的抗原肽较长,即小肽的两端可成游离态。该槽与小肽结合的其他基本特点与MHC I 类分子相同。MHC II类分子主要将抗原呈递给CD4+ T细胞。
备注3:
目前,抗原呈递细胞(antigen-presenting cell, APC)的概念也已发生了变化,除了单核-巨噬细胞、树突状细胞等那些专职的APC,肿瘤细胞本身也是APC。抗原呈递主要有两种形式:内源性抗原呈递和外源性抗原呈递。前者主要指细胞内自身抗原、肿瘤抗原和病毒抗原,由主要组织相容性复合物I类分子(MHC class I)途径呈递。细胞外物质经专职APC吞噬(phagocytosis,指颗粒抗原)、胞饮(pinocytosis, 指可溶性抗原)或内吞(endocytosis, 指抗原经细胞上的受体导入胞内),在胞内形成吞噬体(phagosome)由主要组织相容性复合物II类分子(MHC class II)呈递。
备注4:
氨肽酶是一种蛋白酶。属于肽链端解酶,可使氨基酸从多肽链的N-末端顺序逐个地游离出来。在许多生物中发现了各种性质的这种酶。具有代表性的是亮氨酸氨肽酶,特殊的有仅作用于N末端为脯氨酸的脯氨酸亚氨肽酶以及只作用于三肽的氨基三肽酶等。
深入阅读:
1. Hammer, G.E., Gonzalez, F., James, E., Nolla, H. & Shastri, N. Nat. Immunol. 8, 104–111 (2007).
2. Serwold, T., Gonzalez, F., Kim, J., Jacob, R. & Shastri, N. Nature 419, 480–483 (2002).
3. Saric, T. et al. Nat. Immunol. 3, 1169–1176 (2002).
4. York, I.A. et al. Nat. Immunol. 3, 1177–1184 (2002).