MHC-spezifische Rezeptoren

NK-Zellen exprimieren Rezeptoren, die jeweils spezifisch an bestimmte MHC-Klasse-I-Moleküle auf Zielzellen binden. Auch auf Untergruppen von T-Zellen wurden diese Rezeptoren entdeckt.

Die MHC-Antigene des Menschen heißen HLA-Moleküle (Human leukocyte anti-gens). Innerhalb des HLA-I-Komplexes werden die Antigene A, B, C, E und G unter-schieden. HLA-I-Moleküle werden von jeder kernhaltigen Zelle des Körpers expri-miert. Sie sind Alloantigene bei Transfusionen und Transplantationen und werden daher auch Gewebeverträglichkeitsmerkmale genannt. Es besteht ein ausgeprägter Polymorphismus bei den Genloci von HLA-A, -B und -C, deren Determinanten aber zu kreuzreagierenden Gruppen zusammengefasst werden können. Die MHC-I-spezifischen Rezeptoren binden zum einen an die klassischen HLA-Moleküle HLA-A, B und C und zum anderen an nicht-klassische HLA, wie E und HLA-G. Die HLA-E-Expression ist assoziiert mit der Expression klassischer HLA-I-Moleküle. HLA-E wird daher von allen HLA-I-exprimierenden Zellen getragen. HLA-G

wird auf Zellen des Trophoblasten exprimiert und schützt durch Bindung von inhibie-renden NK-Zellrezeptoren den Foetus vor maternalen NK-Zellen [12].

Der überwiegende Teil der MHC-Rezeptoren vermittelt über diese Interaktion eine Inhibition der NK-Zelle, was zur Entwicklung der „missing self“-Hypothese führte.

Diese besagt, dass eine NK-Zelle solange aktiv ist und bereit andere Zellen zu lysie-ren, bis sie durch Bindung von bekanntem, eigenen MHC-I an hemmende Rezepto-ren daran gehindert wird [30]. Da Tumorzellen und virusinfizierte Zellen oft ihre MHC-I-Expression vermindern oder einstellen, können sie von NK-Zellen ohne weite-re Aktivierung lysiert werden [31;32]. Jedes Individuum exprimiert ein eigenes NK-Zellrezeptor-Repertoire, das MHC-I-spezifische Rezeptoren für eigene, aber auch für fremde MHC-I-Moleküle enthält. Jede humane NK-Zelle exprimiert mindestens einen spezifischen Rezeptor für eigenes MHC-I („at least one“-Theorie) [33].

Im Maussystem konnte nachgewiesen werden, dass die NK-Zellen ihre Rezeptorex-pression dem MHC-I-Muster des Wirtes anpassen, nachdem sie vorher zufällig ver-teilt wurden [34]. Der Rezeptor wird in höherer Dichte und auf mehr Zellen exprimiert, wenn im Wirt kein Ligand vorhanden ist und vermindert, wenn die Zellen für den Re-zeptor passendes MHC-I exprimieren (Kalibrationsmodell) [35;36].

1.2.2.1 Rezeptorfamilien

Die MHC-I-spezifischen Rezeptoren lassen sich nach ihrer Substanzklasse in zwei Gruppen einteilen: Immunglobulin-ähnliche Rezeptoren und C-Typ-Lektin-ähnliche Rezeptoren. Immunglobulin-ähnliche Rezeptoren konnten bisher nur bei Primaten gefunden werden [37]. Zu den Lektin-ähnlichen Rezeptoren gehört zum einen die Ly49-Rezeptorfamilie, deren einzelne Isotypen und deren Expressionsmuster bei der Maus genau beschrieben wurden, die im Menschen jedoch nicht vorkommen (Abb.

2). Im Menschen existiert ein Ly49 L-Gen, das in vivo aber nicht transkribiert wird

Immunglobulin-ähnlichen Rezeptoren im Menschen dar. Lektin-ähnliche CD94/NKG2-Rezeptoren kommen sowohl im humanen, als auch im murinen System vor.

MHC-I-spezifische NK-Zellrezeptoren

Immunglobulin-ähnlich C-Typ-Lektin-ähnlich

Ly49-Rezeptoren Maus

CD94/NKG2 Maus und Mensch

KIR Mensch

Abb. 2: Einteilung der Familien der MHC-I-spezifischen NK-Zellrezeptoren bei Maus und Mensch

1.2.2.2 Immunglobulin-ähnliche Rezeptoren

Die „killer cell immunoglobulin-like receptors“ oder auch KIRs sind codiert auf dem humanen Chromosom 19q13.42 im sogenannten Leukozyten-Rezeptor-Komplex (leucocyte receptor complex) [39]. Jeder humane NK-Zellklon exprimiert durch-schnittlich 5-6 HLA-I spezifische Rezeptoren (CD94-NKG2 und/oder KIRs) [33]. Un-terschieden werden die KIRs durch die Anzahl ihrer extrazellulären Immunglobulin-domänen (D) und die Länge ihres intrazellulären Anteils (S=short, L=long) (Abb. 1).

Die Rezeptoren mit einem langen intrazellulären Anteil (KIR2DL 1-5 und KIR3DL 1, 2, 7) enthalten 1-2 ITIMs („immunoreceptor tyrosin-based inhibitory motifs“), welche

über SH2-enthaltende Tyrosin-Phosphatasen eine Hemmung der NK-Zelle vermitteln [40]. Die kurzen, aktivierenden Isoformen dieser Rezeptoren (KIR2DS 1-6 und KIR3DS1+2) besitzen in ihrer transmembranen Domäne eine positiv geladene Ami-nosäure (Arginin oder Lysin), über die sie mit einem DAP12-Protein oder auch „killer cell activating receptor-associated protein“ (KARAP) interagieren. Dieses Protein enthält ITAMs, die über die Protein-Tyrosin-Kinasen Syk und ZAP70 eine Aktivierung der Zelle vermitteln [41]. KIRs besitzen eine sehr hohe Spezifität für ihre Liganden, bei denen es sich in der Regel um klassische HLA-I-Moleküle handelt (Tabelle 1).

CD158a (KIR2DL1) und CD158b (KIR2DL2/3) binden spezifisch an HLA-C. Die Spe-zifität dieser Rezeptoren überschneidet sich jedoch nicht, da die allelen Formen des HLAC in zwei Gruppen aufgeteilt werden können. Gruppe 1 (z.B. HLACw2,Cw4, Cw5, Cw6, Cw15) bindet an CD158a und Gruppe 2 (z.B. HLACw1, Cw3, Cw7, -Cw8) an CD158b. Diese beiden Gruppen unterscheiden sich nur in zwei Aminosäu-ren an den Stellen 77 und 80, dennoch gibt es keine Kreuzreaktivität zu den beiden Rezeptoren [42]. Ein weiterer Rezeptor, NKB1 (KIR3DL1), bindet spezifisch an De-terminanten von HLA-Bw4. Die inhibierenden und aktivierenden Isoformen eines Re-zeptors besitzen die gleiche Spezifität, die Affinität zum Liganden ist aber bei den inhibierenden Isoformen höher [43]. NK-Zellen, die aktivierende Rezeptoren tragen, welche spezifisch für eigenes MHC-I sind, werden nicht eliminiert. Dies spricht dafür, dass die inhibierenden Rezeptoren die NK-Zellen unter Kontrolle halten [44]. Die Ex-pression dieser Rezeptoren ist genetisch determiniert. Unabhängig davon, ob der Spender einen oder mehrere Liganden für einen Rezeptor exprimiert, kann die Ex-pression des Rezeptors auf sehr vielen oder nur wenigen NK-Zellen existent sein.

[33].

Bezeichnung Funktion Molekülbezeichnung Spezifität

KIR2DL KIR2DL1 inhibierend CD158a, p58.1 HLA-Cw2, Cw4, Cw5, Cw6, Cw15 KIR2DL2 inhibierend CD158b, p58.2 HLA-Cw1, Cw3, Cw7, Cw8 KIR2DL3 inhibierend CD158b, p58.2 HLA-Cw1, Cw3, Cw7, Cw8

KIR2DL4 HLA-G

KIR2DS KIR2DS1 aktivierend CD158a, p50.1 HLA-Cw4 (schwach) KIR2DS2 aktivierend CD158b, p50.2 HLA-C (möglicherweise) KIR2DS3

KIR2DS4 aktivierend PAX, p50.3 HLA-C (möglicherweise) KIR2DS5

KIR3DL KIR3DL1 inhibierend p70, NKB1 HLA-Bw4

KIR3DL2 (inhibierend) p140 HLA-A (möglicherweise)

KIR3DS KIR3DS1 HLA-B (möglicherweise)

Tabelle 1: Vertreter der Killer cell immunoglobulin-like receptors (KIR) und ihre Liganden: Dargestellt sind die im Menschen bisher bekannten KIR mit ihrer Funkti-on, alternativen Namen und spezifischen HLA-I-Liganden.

1.2.2.3 Lektin-ähnliche Rezeptoren

Die Lektin-ähnlichen Rezeptoren unterscheiden sich in Struktur und Spezifität von den KIRs, hemmen NK-Zellen aber in gleicher Weise. Sie gleichen in ihrer Struktur den kalziumabhängigen Lektinen (Abb. 1). Im humanen System sind die Heterodime-re aus CD94 und NKG2-Molekülen die wohl wichtigsten VertHeterodime-reter dieser Familie [45].

Die Funktion des Rezeptors hängt von dem assoziierten NKG2-Molekül ab. NKG2A trägt intrazelluläre ITIMs und vermittelt daher eine Hemmung der Zelle. NKG2C, E und H sind, wie die aktivierenden Isoformen der Immunglobulin-ähnlichen NK-Zellrezeptoren, mit dem aktivierenden DAP12-Molekül assoziiert und vermitteln eine Aktivierung der NK-Zelle über die Rekrutierung von Tyrosin-Kinasen. Diese Rezepto-ren binden HLA-E, ein nicht-klassisches HLA-Molekül, das als Peptid Leader-Sequenzen anderer HLA-I-Moleküle trägt. Dadurch ergibt sich ein breites

Bindungs-spektrum für diesen Rezeptor [46]. Die Lektin-ähnlichen Rezeptoren des Menschen sind, zusammen mit CD69 und dem Gen für Ly49L, auf dem humanen Chromosom 12p12.3-p13 im sogenannten NK-Komplex codiert [47].

NKG2D nimmt eine Sonderstellung unter den NKG2-Molekülen ein. Es bildet kein Heterodimer mit CD94 und ist mit dem DAP10-Protein assoziiert, einem dem DAP12 ähnlichen Protein, das auch über ITAMs eine Aktivierung der Zelle bewirkt. Die Li-ganden sind MICA und MICB, stressinduzierte Moleküle, die in virusinfizierten und maligne entarteten Zellen hochreguliert werden [48]. Die Gene für DAP10 und DAP12 liegen angrenzend auf dem humanen Chromosom 19q13.1 [49].

Ein weiterer Lektin-ähnlicher Rezeptor beim Menschen ist NKR-P1A oder CD161 [50]. CD161 enthält kein ITIM und keinen transmembranen Aminosäurerest, scheint aber inhibitorische Signale über andere, derzeit noch nicht entdeckte Mechanismen zu vermitteln. Der Ligand ist bisher unbekannt.

1.2.2.4 Expression MHC-I-spezifischer Rezeptoren auf T-Zellen

MHC-I-spezifische NK-Zellrezeptoren werden auch von einem Teil der T-Zellen ex-primiert. T-Zellen werden spezifisch über ihren T-Zellrezeptor (TCR) in Verbindung mit Korezeptoren bei Präsentation des passenden Antigens durch MHC-I antigen-präsentierender Zellen aktiviert. Ist das Antigen, für das die T-Zelle spezifisch ist, nicht vorhanden, so wird die Zelle auch nicht aktiv und benötigt keine weitere Inhibiti-on. Die Expression der KIR wird in T-Zellen über Stimulation des TCR reguliert. Er-hält der TCR kein spezifisches Signal, so werden speziell die inhibierenden Isofor-men der Rezeptoren in ihrer Expression herunterreguliert, vermutlich damit die T-Zelle vollständig erregbar bleibt, auch wenn für die NK-Zellrezeptoren passendes MHC-I anwesend ist. Wird der TCR der gleichen Zelle hingegen kontinuierlich durch hohe Antigenkonzentrationen (z.B. persistierendes Antigen oder Selbst-Antigen)

ak-auf den T-Zellen exprimiert. Dieses geschieht möglicherweise, um eine Erschöpfung durch Überstimulation zu verhindern und den Zellen damit einen selektiven Vorteil während Bildung des immunologischen Gedächtnisses zu schaffen [51]. Diese Be-einflussung der Expression auf T-Zellen findet sich nicht bei dem Lektin-ähnlichen Rezeptor CD94. CD94 wird stabil exprimiert und ist unabhängig von zellulärer Akti-vierung [52].