56
Chương 6
PHỨC HỢP HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU
I. Đại cương
Phức hợp hoà hợp mô chủ yếu MHC (Major Histocompability
complex) có vai trò quan trọng trong trình diện kháng nguyên và đáp ứng
miễn dịch.
Các kháng nguyên hoàn toàn (dù kháng nguyên protein hoà tan
hay dạng hạt, dạng kết hợp trên màng tế bào đích) không thể nào trình
diện ở dạng nguyên uỷ, trực tiếp với tế bào B và đặc biệt là cho tế bào T,
các kháng nguyên hoàn toàn ấy phải được tế bào trình diện kháng nguyên
(antigen presenting cells-APC) xử lý nghĩa là chuyển các protein có cấu
trúc phức tạp thành các đoạn peptid đủ nhỏ, thẳng, phù hợp với kích thước
các rãnh gắn peptide của các phân tử MHC của chính tế bào APC đó.
Các kháng nguyên lạ được tổng hợp từ bên ngoài các APC (protein
vi khuẩn, protein hoà tan) được các APC thực bào, giáng hoá một phần và
các đoạn peptide tách từ kháng nguyên ban đầu thường được gắn với các
phân tử MHC lớp II. Phức hợp này được trình diện trên bề mặt APC và
thường được các tế bào Th CD4+ có cùng phân tử MHC lớp II nhận biết.
Các kháng nguyên lạ được tổng hợp bên trong tế bào APC (protein
virus, protein tế bào ung thư) được xử lý trong khu vực nội bào khác với
kháng nguyên đưa vào bằng hiện tượng thực bào. Các đoạn peptid mới
tổng hợp thường được kết hợp với các phân tử MHC lớp I. Phức hợp này
được trình diện trên bề mặt các APC (còn gọi các APC là tế bào đích) và
thường được các tế bào CTL (Cytotoxic T lymphocyte, viết tắt là Tc) có
CD8+có cùng các phân tử MHC lớp I nhận biết.
1. Cụm gen MHC
Cụm gen MHC là một vùng chứa rất nhiều gen đa hình (đa kiểu
hình) cư trú trên cánh ngắn của nhiễm sắc thể thứ 6, đã rõ cách sắp xếp,
còn β2- microglobulin do một gen ở nhiễm sắc thể thứ 15. Cụm gen MHC
ở người là một đoạn ADN có độ dài khoảng 3500 kb, được phát hiện lần
đầu tiên vào năm 1940, khi ghép mô cho các cá thể khác nhau và thấy
rằng các kháng nguyên MHC là các nhóm quyết định chính của phản ứng
thải ghép dị gen. Sản phẩm của cụm gen này gọi là các kháng nguyên
MHC, biểu lộ trên bề mặt nhiều loại tế bào trong cơ thể.
57
Đến năm 1960 B. Benacerraf, Hugh Mc Devitt và cộng sự lại
chứng minh thêm rằng đáp ứng miễn dịch là một đặc điểm di truyền trội,
gen kiểm soát đáp ứng miễn dịch được gọi là gen Ir (Immune response),
cư trú trong cụm gem MHC. Vai trò trung tâm của gen MHC trong đáp
ứng miễn dịch với kháng nguyên protein được chứng minh đầy đủ vào
năm 1970. Các tế bào T đặc hiệu kháng nguyên không nhận biết các
kháng nguyên hoà tan mà chỉ nhận biết kháng nguyên đã được xử lý và
trình diện trên màng APC kết hợp với các phân tử MHC. Như vậy, MHC
hoạt động như là phân tử trình diện kháng nguyên và phân biệt kháng
nguyên lạ với kháng nguyên quen. Nó tương tác đặc hiệu với cả kháng
nguyên và TCR, vì vậy nó là nhóm thứ 3 của các phân tử kết hợp kháng
nguyên và đóng vai trò trong toàn bộ đáp ứng miễn dịch.
Hai đặc tính cơ bản trên (thải ghép dị gen và kiểm soát đáp ứng
miễn dịch) của cụm gen MHC nhằm bảo vệ sự hằng đình nội môi, một đặc
điểm sinh học của cơ thể sống.
Chức năng trình diện kháng nguyên của protein MHC.
Protein MHC làm nhiệm vụ như là nơi trung chuyển phân tử. Nhìn
chung, khi một kháng nguyên lạ bị tế bào ký chủ bắt giữ, nó sẽ bị chế biến
hoặc phân huỷ. Kháng nguyên đã qua chế biến sẽ gắn vào protein MHC
tạo thành phức hệ kháng nguyên-MHC. Phức hệ này xuyên qua màng sinh
chất và di chuyển dần ra mặt tế bào. Tế bào T thông qua TCR của mình sẽ
gắn với MHC, sau đó nhận diện được kháng nguyên lạ vì chúng đã gắn
với MHC. Các kháng nguyên lạ không gắn được vào MHC thì không được
tế bào T nhận diện.
Có 2 sơ đồ trình diện kháng nguyên. Một cho protein lớp I và một
cho protein lớp II. Theo sơ đồ lớp I thì kháng nguyên sau khi được tế bào
ký chủ chế biến nhờ các enzyme phân giải, sẽ được gắn với protein MHC
lớp I trong lưới nội chất. Cách gắn kháng nguyên này rất quan trọng trong
nhiễm virus, nơi tế bào chủ chế biến protein virus. Các peptit virus được
giải phóng ra là kháng nguyên lạ, sẽ tạo phức hệ với protein lớp I rồi
chuyển đến bề mặt tế bào.Ở đây chúng được tế bào Tc đặc hiệu peptit
nhận mặt thông qua TCR đặc hiệu với phức hệ kháng nguyên-MHC, cùng
với sự trợ giúp của đồng thụ thể CD8. Về phần mình, tế bào T được kích
thích sản xuất ra lymphokine, làm tan tế bào nhiễm.
Trong cơ thể, tế bào Tc thường xuyên rà soát toàn bộ quần thể tế
bào để tìm kiếm các tế bào có biểu hiện kháng nguyên lạ trên mặt. Thông
thường các tế bào lành biểu hiện tất cả protein lớp I trên bề mặt, nhưng vì
các phân tử lớp I chứa peptit của mình nên không được các tế bào T nhận
diện. Tuy nhiên tế bào T sẽ nhận ra tế bào nhiễm virus bởi vì trên bề mặt
58
của chúng chứa kháng nguyên virus không phải của mình nằm giáp với
phân tử MHC lớp I là của mình. Do vậy TCR trên mặt tế bào T phải tương
tác cả với vị trí đặc hiệu kháng nguyên lạ lẫn vị trí đặc hiệu phân tử MHC
của mình.
Sơ đồ trình diện kháng nguyên thứ 2 đòi hỏi phân tử MHC lớp II.
Protein lớp II được hình thành trong lưới nội chất và được tích lũy cùng
với protein bao vây (blocking protein), đó là chuỗi không đổi Ii. Chuỗi này
ngăn cản lớp II gắn với các peptide khác cũng được tạo ra trong lưới nội
chất. Sau đó protein lớp II cùng Ii được chuyển vào endosom (bọng nội
chất).
Kháng nguyên lạ sau khi bị các tế bào APC nuốt cũng được
chuyển vào endosom. ở đây nhờ proteinaza chúng được phân giải cùng
với protein Ii. Các peptide lạ được giải phóng ra sẽ gắn với với MHC-II
tạo phức hệ chui ra ngoài màng sinh chất để trình diện tế bào T hỗ trợ. Về
phần mình, tế bào T hỗ trợ thông qua TCR và đồng thụ thể CD4 nhận mặt
phức hệ kháng nguyên lạ MHC lớp II trên bề mặt tế bào APC. Khi tiếp
xúc với peptit lạ, tế bào Th hoạt hóa và tiết lymphokin để kích thích dòng
tế bào B tạo kháng thể.
1.1. Sự phát hiện
Sau khi ghép da giữa các cá thể thuộc các dòng chuột nhắt, Snell
và cộng sự phát hiện ra quy luật ghép. Mảnh da ghép sống được và tồn tại
lâu, nếu là tự ghép, hoặc ghép giữa hai cơ thể thuộc cùng một dòng thuần
chủng. Từ đó họ đã phát hiện ra sự tồn tại những kháng nguyên trên bề
mặt tế bào và quyết định mảnh ghép có phù hợp với vật chủ hay không.
Do vậy đặt tên là MHC. Đó là những phân tử protein trên bề mặt mọi tế
bào cơ thể, khiến cơ thể này khác cơ thể kia nếu chúng không phải sinh
đôi cùng trứng, hoặc không cùng một dòng thuần chủng. Các phân tử
MHC do các gen MHC mã hoá, đó là bộ gen đa hình. Tuy nhiên, ghép da
hay cơ quan đều là việc làm nhân tạo. Từ xa xưa khi chưa có việc ghép
giữa hai cá thể thì MHC có chức năng gì? Người ta phát hiện rằng MHC
có chức năng quan trọng hàng đầu trong miễn dịch học: giới thiệu các
kháng nguyên lạ cho hệ miễn dịch của cơ thể. Cụm gen MHC được nghiên
cứu kỹ ở chuột nhắt, với tên gọi H-2, biểu lộ đồng trội gồm hai cụm gen
H-2K và H-2D. Sau đó người ta phát hiện cụm thứ 3 với tên gọi L. Dần
dần nhiều gen khác nằm giữa các cụm K và D cũng được phát hiện, nhưng
đó chỉ là những gen mã hoá cho một số protein máu (bổ thể). Sự nghiên
cứu chi tiết các gen MHC ở chuột giúp ích rất nhiều cho các phát hiện
MDH, cũng như sự tìm hiểu MHC ở người.
59
Ở người, khi truyền máu (có bạch cầu) hoặc khi có thai, nếu xảy ra
nhiều lần sẽ làm xuất hiện trong máu các kháng thể chống bạch cầu lạ, cụ
thể là chống các kháng nguyên bạch cầu mà cơ thể chủ không có. Chính
nhờ huyết thanh của những người nói trên, người ta đã dò tìm được các
kháng nguyên bạch cầu khác nhau, dần dần đi đến thống nhất sự phân loại
thành nhóm lại là HLA (human leucocyte antigen) và từ đó suy ra các cụm
gen phụ trách việc tổng hợp chúng, đồng thời định vị được các gen đó.
Ba cụm gen đầu có tên HLA-A, HLA-B, HLA-C; trong số 6 cụm
gen đa hình mà người ta dự đoán. Ba gen sau cũng được xác định rõ,
mang tên HLA-D mà các protein đầu tiên do chúng tạo ra được gọi là
HLA-DR (related), tiếp đó là các protein của HLA-DP và HLA-DQ (P,Q
chỉ đơn thuần là các chữ cái cạnh R).
Khi nuôi cấy hỗn hợp lympho bào từ hai cá thể không liên quan về
di truyền cả hai quần thể đều tăng sinh vì lympho bào của cơ thể này coi
kháng nguyên của lympho bào cơ thể kia là kháng nguyên lạ. Nếu 1 nguồn
lympho bào bị chiếu xạ cho mất khả năng tăng sinh, thì lympho bào kia sẽ
một mình tăng sinh để chống lại. Đây là cơ sở để lập các phản ứng thải
ghép in vitro. MHC của lympho bào này bị lympho bào kia đối xử như
kháng nguyên lạ, cụ thể là bị MHC “chủ” trình cho tế bào miễn dịch bản
thân để chống lại. Nhờ các thí nghiệm thải ghép in vitro, người ta tìm ra
trong một cơ thể có hai loại MHC khác nhau, gọi là hai lớp (với tên lớp I
và lớp II). Tế bào Th (CD4) phản ứng với MHC lớp II lạ (dị gen), còn Tc
(CD8) thì phản ứng với MHC lớp I dị gen.
Sự di truyền bộ gen (haplotyp) MHC từ cha mẹ cho con cái cũng
theo qui luật chung về di truyền.
1.2. Sự tổ chức bộ gen
Ở người các gen MHC cư trú trên cánh ngắn của nhiễm sắc thể thứ
6, đã rõ cách sắp xếp, còn β2- microglobulin do một gen ở nhiễm sắc thể
thứ 15.
Bộ gen MHC ở người là một đoạn ADN có độ dài khoảng 3500
kb. Để có thể hình dung được độ lớn của các gen MHC ở người ta có thể
so sánh với các gen khác ở người cũng chỉ có từ 5-100kb, còn 3500 kb là
kích thước toàn thể bộ gen của con Escherichia coli. Nếu đo bằng đơn vị
di truyền cổ điển thì bộ gen MHC người khoảng 4 centimorgan, có nghĩa
là tần suất của sự bắt chéo bên trong cụm gen MHC là hơn 4% ở mỗi gián
phân (meiosis).
60
- Các gen lớp II cư trú ở gần tâm nhiễm sắc thể theo thứ tự -DP, -
DQ và –DR. Đáng chú ý là gen lớp II có thể có 2 hay 3 gen β có chức
năng, trong lúc chỉ có 1 gen α có chức năng. Điều này làm cho các phân
tử lớp II khác với lớp I. Đối với lớp I, các cá thể dị hợp tử có 6 alen đa
hình khác nhau (3 từ mỗi bên bố mẹ) và có 6 loại phân tử lớp I trên một tế
bào. Còn ở lớp II thì mặc dù cá thể cũng chỉ nhận được 6 cụm gen đa hình,
nhưng lớp II có nhiều hơn 6 loại phân tử dị dime αβ có thể biểu lộ trên
một tế bào. Đó là do có sự phối hợp của chuỗi α từ một alen với chuỗi β
của một alen khác, ngoài sự phối hợp với chuỗi β của cùng alen. Thông
thường các cá thể có thể biểu lộ từ 10-20 loại sản phẩm lớp II trên một tế
bào. Điều đó làm tăng số lượng các kháng nguyên lạ khác nhau có thể gắn
với các phân tử lớp II để trình diện cho tế bào miễn dịch. Ngoài ra có các
gen giả, các gen giống lớp II là DZ (gắn chặt với DP), DO và DX (gắn
chặt với DQ), chưa rõ chức năng của các gen này.
Gen MHC lớp III còn gọi là vùng C’, mã cho C2 và C4 giống như
vùng gen S của chuột nhắt giống như protein huyết thanh chuột nhắt. Lớp
III còn mã cho enzyme 21- hydroxylaza steroid. Xa nhất đối với gen lớp II
là các gen mã chuỗi α của lớp I (-A, -B, -C). Các gen mã cho các
cytokine, cho lymphotoxin và TNF nằm giữa gen lớp III và lớp I. Một số
gen lớp I là các gen giả, cũng có một vài gen không đa hình mã cho các
protein biểu lộ chung với β 2-microglobulin, chưa rõ chức năng của các
protein không đa hình này. Có thể chúng là các FcR, nhưng dù sao cũng
Hình 15. Bản đồ cụm gen MHC ở người và ở chuột nhắt
(Theo Ian R. Tizard. 2004)
Người
Chuột
nhắt