การประมวลผลแอนติเจน: วิถีโปรตีเอโซมและเอนโดโซม

การประมวลผลแอนติเจนคือชุดของเหตุการณ์ภายในเซลล์ที่เปลี่ยนโปรตีนสมบูรณ์ให้เป็นเปปไทด์สั้นๆ ที่โมเลกุล MHC แสดงผล มีสองเส้นทางหลักที่ทำงานควบคู่กันไป: เส้นทางที่ขึ้นกับโปรตีเอโซมในไซโตซอลซึ่งส่ง MHC class I และเส้นทางที่ขึ้นกับโปรตีเอสในเอนโดโซมซึ่งส่ง MHC class II เส้นทางที่สามคือ cross-presentation ซึ่งช่วยให้เซลล์บางชนิดสามารถบรรจุแอนติเจนภายนอกเซลล์ลงบน class I ได้ เส้นทางเหล่านี้ร่วมกันกำหนดว่าระบบภูมิคุ้มกันจะรับรู้เปปไทด์ใดบ้าง

Definition

การประมวลผลแอนติเจนคือกลไกการย่อยสลายโปรตีนด้วยเอนไซม์โปรตีเอสและการขนส่งที่ย่อยสลายโปรตีนให้เป็นเปปไทด์และส่งไปยัง MHC class I (ส่วนใหญ่ผ่านเส้นทางโปรตีเอโซม-TAP ในไซโตซอล) หรือ MHC class II (ผ่านเส้นทางเอนโดโซม) เพื่อแสดงผลบนพื้นผิวเซลล์ต่อทีเซลล์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการสร้างเปปไทด์ class I โดยโปรตีเอโซมและการขนส่งที่ขึ้นกับ TAP การย่อยสลายในเอนโดโซมและการบรรจุเปปไทด์ class II โดยความช่วยเหลือของ HLA-DM และแนวคิดของ cross-presentation เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางชีววิทยาของเซลล์และไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• โปรตีเอโซมสร้างเปปไทด์สำหรับ MHC class I ได้อย่างไร และ TAP เคลื่อนย้ายเปปไทด์เหล่านั้นเข้าสู่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมได้อย่างไร?
• โปรตีเอสในเอนโดโซมและ HLA-DM ถูกนำมาใช้ในการบรรจุ MHC class II ได้อย่างไร?
• Cross-presentation คืออะไร และทำไมจึงมีความสำคัญ?
• เส้นทางทั้งสองแบ่งแยกแอนติเจนของตนเองและแอนติเจนแปลกปลอมระหว่าง class I และ class II ได้อย่างไร?

Key concepts

• โปรตีเอโซมและอิมมูโนโปรตีเอโซม
• โปรตีนขนส่งที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลแอนติเจน (TAP)
• สารเชิงซ้อนบรรจุเปปไทด์
• โปรตีเอสในเอนโดโซมและไลโซโซม
• Invariant chain, CLIP, และ HLA-DM
• Cross-presentation
• การแบ่งแยกในไซโตซอลเทียบกับในเอนโดโซม

Mechanisms

ในเส้นทาง class I (ภายในเซลล์) โปรตีนในไซโตซอลจะถูกย่อยสลายโดยโปรตีเอโซม เปปไทด์จะถูกปั๊มเข้าสู่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมโดย TAP ถูกตัดแต่งโดยอะมิโนเปปติเดส และบรรจุลงบน class I โดยความช่วยเหลือจากสารเชิงซ้อนบรรจุเปปไทด์ ในเส้นทาง class II (ภายนอกเซลล์) โปรตีนที่ถูกจับโดยเอนโดไซโตซิสหรือฟาโกไซโตซิสจะถูกย่อยสลายในช่องเอนโดโซมและไลโซโซมที่เป็นกรด โมเลกุล class II ที่ถูกส่งไปยังบริเวณนั้นจะปลดปล่อยส่วนที่เหลือของสาย invariant chain ที่เรียกว่า CLIP ภายใต้การทำงานของ HLA-DM และรับเปปไทด์แอนติเจน Cross-presentation ช่วยให้เซลล์นำเสนอแอนติเจนบางชนิด โดยเฉพาะเซลล์เดนไดรต์บางชนิด สามารถนำแอนติเจนภายนอกเข้าสู่เส้นทาง class I ซึ่งมีความสำคัญต่อการกระตุ้นการตอบสนองแบบทำลายเซลล์ต่อสารที่เซลล์นำเสนอไม่ได้สังเคราะห์ขึ้นเอง บทความทบทวนได้รวมเส้นทางเหล่านี้และการควบคุมเข้าไว้ด้วยกัน

Clinical relevance

เส้นทางการประมวลผลแอนติเจนมีบทบาทในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อไวรัส เนื้องอก และวัคซีน และเป็นเป้าหมายของกลยุทธ์การหลบเลี่ยงภูมิคุ้มกันของไวรัส และมีความเกี่ยวข้องกับการออกแบบภูมิคุ้มกันบำบัด ข้อมูลนี้อธิบายกลไกของเซลล์เพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

คำอธิบายเส้นทางต่างๆ อ้างอิงจากบทความทบทวนทางภูมิคุ้มกันวิทยาที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ ซึ่งสรุปชีววิทยาของเซลล์ที่เป็นที่ยอมรับแล้ว ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

การรับรู้ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ว่าโมเลกุล MHC นำเสนอเปปไทด์ที่ผ่านการประมวลผล ไม่ใช่แอนติเจนที่สมบูรณ์ ได้เปลี่ยนกรอบความคิดเกี่ยวกับการรับรู้แอนติเจน การค้นพบบทบาทของโปรตีเอโซมและ TAP ได้อธิบายถึงวิธีการผลิตและส่งมอบเปปไทด์ class I ในขณะที่งานวิจัยเกี่ยวกับ invariant chain และ HLA-DM ได้ชี้แจงเส้นทาง class II ในเอนโดโซม Cross-presentation ได้รับการยืนยันในภายหลังว่าเป็นความสามารถที่แตกต่างกันของเซลล์นำเสนอแอนติเจนชนิดพิเศษ และบทความทบทวนในปัจจุบันถือว่าเส้นทางเหล่านี้เป็นระบบที่บูรณาการกัน

Key figures

• Peter Cresswell
• Jacques Neefjes
• Paul Roche

Seminal works

• blum-2013
• neefjes-2011
• roche-2015

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างเส้นทางการประมวลผล class I และ class II คืออะไร?

เส้นทาง class I ย่อยสลายโปรตีนจากภายในเซลล์โดยใช้โปรตีเอโซมและบรรจุเปปไทด์ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ในขณะที่เส้นทาง class II ย่อยสลายโปรตีนที่รับมาจากภายนอกเซลล์ในเอนโดโซมและบรรจุเปปไทด์ที่นั่น

Cross-presentation คืออะไร?

Cross-presentation คือความสามารถของเซลล์นำเสนอแอนติเจนบางชนิดในการบรรจุแอนติเจนที่มาจากภายนอกลงบน MHC class I ซึ่งช่วยให้สามารถกระตุ้นเซลล์ทีชนิด CD8+ ที่เป็นพิษต่อเซลล์ต่อสารที่เซลล์นั้นไม่ได้ผลิตขึ้นเอง