The quality control of MHC class I antigen presentation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Ett antal olika behandlingsformer finns att tillgå vid angrepp av mikroorgansimer, tex antibiotika, samt vid uppkomsten av tumörer, tex strålbehandling och cellgifter. Ett alternativ till dessa traditionella behandlingssätt är att hjälpa kroppens immunförsvar att starta en specifik immunreaktion riktad mot de infekterade cellerna eller mot tumörcellerna. Detta vore en i många avseende optimal behandlingsform med tanke på att det är det naturliga sättet kroppen själv försöker oskadliggöra infektioner och tumörer. En typ av celler som ingår i immunförsvaret är de så kallade CD8 positiva T cellerna, vilka känner igen peptid/MHC klass I komplex på andra cellers yta. MHC klass I molekyler finns i alla celler (utom i celler utan cellkärna) och sticker ut genom cellen som flaggor och fungerar på detta sätt som presentationsmolekyler. Det som presenteras på dessa MHC klass I molekyler är små bitar (peptider) av alla beståndsdelar som finns inuti cellen; dvs kroppsegna proteiner, förändrade kroppsegna proteiner / tumörproteiner, proteiner från mikroorganismer som infekterat cellen. Dessa peptider presenteras på cellytan och kallas för antigena peptider, därför är processen benämnd antigenpresentation. När de CD8 positiva T cellerna undersöker kroppens celler och upptäcker en antigen peptid, som inte är naturligt förekommande i kroppen, attackerar T cellen och förstör hela den sjuka cellen. På detta sätt hindras tex virusinfekterade celler från att sprida viruset till andra celler i sin omgivning. Inuti cellen, i cytosolen, bryts kontinuerligt alla proteiner ned för att kunna ersättas av nybildade protein. Peptiderna transporteras efter nedbrytningen in till ett membranomslutet rum i cellen; det endoplasmatiska reticulet (ER) med hjälp av ett transport-proteinkomplex; TAP. MHC klass I molekylerna finns inuti ER och väntar på att få bli laddade med antigena peptider. MHC klass I binds in till transportkomplexet, som tillsammans med ytterligare några proteiner kallas för laddnings komplexet. Det protein i laddningskomplexet som är ansvarigt för att binda in MHC klass I kallas tapasin och genom att binda både TAP och MHC klass I placerar tapasin MHC klass I mitt i strömmen av intransporterade peptider. Tapasin är viktigt för laddning av optimal peptid till MHC klass I. Efter sammansättning av peptid och MHC klass I molekyl kan den peptidladdade MHC klass I molekylen lämna ER, transporteras genom cellens cytosol och dess olika stationer och slutligen stickas ut genom cellens membran. På detta sätt visar varje cell upp för omgivande celler vad som finns inuti. Även när MHC klass I blivit laddad med peptid förblir tapasin bundet. Detta beror på att att tapasin inte tänker släppa MHC klass I förrän en peptid som passar väldigt bra på den aktuella MHC klass I molekylen är laddad. Det finns många olika MHC klass I molekyler och väldigt många olika peptider av nedbrutna proteiner. Kombinationerna av MHC klass I och peptid är därför många och det är viktigt att MHC klass I molekylen inte sticks ut genom cellytan förrän en peptid som sitter stabilt är laddad. Mekanismerna för cellernas antigenpresentation är viktiga att klarlägga. Min avhandling har fokuserat på att få kunskap om på vilket sätt tapasin påverkar och reglerar sammansättningen av MHC klass I med peptid. Mitt arbete har visat att: I Proteinen BiP och calnexin binder före tapasin till ny-syntetiserad MHC klass I, sedan avlöser proteinet calreticulin och slutligen binder tapasin. När MHC klass I blivit laddad med en bra peptid frisläpps MHC klass I - peptid komplexet och exponeras på cellytan. II Tapasin binder till MHC klass I molekyler strax innan samt även efter MHC klass I laddats med peptid. Tapasin finns i fler arter än människa. III Tapasin är viktigt i sig självt men behövs också för att vissa andra proteiner i cellen ska kunna fungera bra (transportproteinen TAP). IV Tapasin arbetar självständigt från sina närmaste grannar (TAP) inuti cellen. V Tapasin har en biljett till speciella transportfordon (sk COPI vesikler), som tillåter tapasin att föra instabila MHC klass I, som är på väg mot cellytan, tillbaka till ER. Artikel I Förutom tapasin finns det också andra protein inuti ER som man vet är av betydelse för antigenpresentationen och också binder till MHC klass I molekyler. Mitt första arbete gick ut på att fastställa i vilken ordning några av dessa olika protein inuti ER binder till MHC klass I och när i ordningen som tapasin kommer in i bilden. Artikel II Mitt andra arbete gick ut på att se om tapasin fanns bara i människa eller också i mus. Vi fann att mus har ett tapasin som är mycket likt det mänskliga och som fungerar på samma sätt. Likheten mellan tapasin i mus och människa var intressant. Protein som är mycket lika i olika arter har bevarats under evolutionens gång för att de utför en viktig uppgift i organsimen. I detta arbete fann vi också att tapasin binder till MHC klass I innan peptid är laddad och också till MHC klass I laddad med peptid. Tapasin är sålunda med under flera steg av MHC klass I molekylens sammansättning och mognadsprocess. Artikel III I den tredje delen av mitt arbete ville vi se om peptidtransport-proteinerna (TAP) påverkades av tapasin i sitt arbete. Vi fann att TAP kan inte fungera bra utan tapasin. TAP kan inte fånga in peptider på utsidan av ER och kan därför inte heller ta in dem genom väggen till ER när inte tapasin finns bredvid. Artikel IV Arbete nummer fyra gav svaret på den omvända frågan till arbete tre, nämligen: kan tapasin klara av att reglera MHC klass I - peptid laddningen utan TAP? Tapasin kan mycket väl fungera utan närvaron av TAP, men för att arbetet ska bli rätt utfört behövs peptiderna som TAP transporterar in i ER. Kan man föra in peptider på annat sätt än via TAP reglerar tapasin MHC klass I - peptid komplex bildningen även i frånvaro av TAP. Artikel V Mitt femte arbete visar att tapasin inte bara sitter inuti i ER utan faktiskt följer med MHC klass I ut från ER och en bit på vägen mot cellytan. Tapasin har ett särskilt signalmotiv som känns igen av transportfordon (COPI vesikler) ansvariga för sträckan Golgi (organell mellan ER och cellytan) tillbaka till ER. Tack vare tapasins signalmotiv kan även MHC klass I (MHC klass I har inget eget signal motiv/ingen egen biljett) få åka med i COPI vesiklerna tillbaka till ER. Detta är viktigt för att MHC klass I ska få mer än en chans att bli laddad med en så bra peptid som möjligt och att inte tomma MHC klass I åker ut till cellytan. Tapasin tar alltså tillbaka de MHC klass I molekyler som inte är stabila/färdiga för att kunna stickas ut på cellytan. På detta sätt fungerar tapasin som en kvalitetskontroll av peptid-MHC klass I komplex; tomma MHC klass I eller MHC klass I som är instabila pga laddning med dåliga peptider tillåts inte att komma ut på cellytan. Detta gör cellen effektivare eftersom den då inte slösar bort en massa MHC klass I molekyler, som ändå inte är stabila nog att klara miljön på cellytan och kommer att brytas ned. Mitt arbete har fastställt att tapasin är ett mycket viktigt protein för att kroppen ska kunna presentera antigena peptider för immunförsvarets T celler och på så sätt kunna skydda sig mot virusangrepp och uppkomsten av tumörer. Ytterligare kunskap om antigenpresentation och tapasins roll kan leda till framtagandet av peptidvaccin för terapi och prevention av cancer samt virus sjukdomar, även behandling och förståelse för uppkomsten av autoimmuna sjukdomar, immunförsvarets baksida, kommer att underlättas när antigenpresentationen är ytterligare studerad.