Il recettore dei linfociti T (o TCR, da T cell receptor) è un recettore transmembrana che si trova sulla superficie dei linfociti T, responsabile del riconoscimento degli antigeni presentati dal complesso maggiore di istocompatibilità (MHC). Il legame tra TCR e il complesso MHC-antigene, associata ad altri segnali detti co-stimolatori, portano all'attivazione del linfocita T attraverso una caratteristica trasduzione del segnale di cui però il TCR non fa propriamente parte. Cloni di linfociti T che possiedono una diversa specificità esprimono TCR diversi. Il complesso del TCR è costituito dal TCR stesso e da proteine deputate alla trasduzione del segnale (principalmente CD3 e ς) che gli sono legate tramite legami non-covalenti.
Struttura del TCR
Il TCR è un eterodimero composto nel 90% dei linfociti T da una catena alfa (α) e una beta (β), mentre nel restante 10% dei linfociti T si tratta di una catena gamma (γ) e una delta (δ). Questo permette la distinzione tra linfociti T αβ e linfociti T γδ. Ciascuna catena del TCR è formata (partendo dall'estremità N-terminale extracellulare) da un dominio Ig variabile (V), un dominio Ig costante (C), una regione transmembrana e una coda citoplasmatica. Il dominio variabile è codificato dai segmenti V, D (se presente) e J, mentre quello costante dal segmento C (vedi sotto).
Regione variabile Nei domini V sono presenti tre regioni ipervariabili (frutto della ricombinazione) denominate regioni che determinano la complementarità dal momento che formano una struttura tridimensionale che si adatta perfettamente all'antigene proteico per cui il recettore è specifico. Sulla catena β è inoltre presente una quarta regione ipervariabile, CDR4, che non è implicata nel legame del MHC-peptide, ma è stato dimostrato il suo coinvolgimento nelle interazioni con i superantigeni. Il sito di legame per il complesso MHC-antigene è quindi formato da sei CDR (CDR1, CDR2 e CDR3), tre per ciascuna catena del TCR, una struttura simile a quella delle regioni V delle catene pesanti e leggere negli anticorpi. L'affinità del TCR per l'antigene è di 10-5-10-7 M, mediamente mille volte inferiore rispetto a quella di un anticorpo per il suo antigene, il che spiega il perché il TCR necessiti di altre molecole accessorie che lo stabilizzino.
Regioni C, transmembrana e coda Il dominio costante (C) del TCR è invece importante per le interazioni tra le due catene, tenute insieme da ponti disolfuro tra cisteine presenti sulle due catene presso una regione detta "cerniera".
La regione transmembrana dei TCR vede la insolita presenza di amminoacidi carichi positivamente come lisina nella catena α e lisina e arginina nella catena β che interagiscono con residui di acido aspartico presenti sulle regioni transmembrana delle proteine CD3 e ς.
La porzione citoplasmatica di un TCR è costituita da una breve catena di 5-12 amminoacidi e non può trasdurre segnali, compito deputato invece a CD3, ς e proteine chinasi ad esse legate.
TCR γδ Il TCR γδ è strutturalmente molto simile all'αβ, ma non utilizza CD4 e CD8 come co-recettori, per cui i linfociti T γδ sono CD4- e CD8-. Questa sottoclasse di linfociti, negli animali, è preponderante a livello epiteliale, nell'uomo però anche nella mucosa intestinale, che ne è particolarmente ricca, assommano a non più del 15% del totale, mentre sono il 10% dei linfociti T totali. I TCR γδ si legano a proteine MHC di classe I non convenzionali e non sono ristretti a soli peptidi proteici, potendo riconoscere anche lipidi e molecole microbiche. Tuttavia i loro ligandi, a differenza dei linfociti T αβ sono poco variabili.
TCR NK-T Un terzo tipo di TCR sono espressi dalle cellule NK-T. Questi TCR riconoscono CD1 al posto di MHC (le due proteine sono però strutturalmente simili) e i loro ligandi sono lipidi microbici. Alcuni linfociti T oltre al TCR αβ esprimono anche CD1.
Complesso del TCR
La regione citoplasmatica del TCR, troppo corta per trasmettere il segnale all'interno, è composta in prevalenza da amminoacidi carichi positivamente, cosa che le permette di associarsi tramite legami non covalenti ad altre proteine transmembrana come il CD3 (composto dalle catene γ, δ e ε) e le catene ζ che contengono residui di acido aspartico. La proteina ζ è identica in tutti i TCR mentre di CD3 esistono due isoforme. Insieme ad altre proteine queste formano il complesso del TCR il cui compito è di trasmettere all'interno della cellula il segnale generato dall'interazione tra il TCR e il complesso MHC-peptide. Il complesso del TCR per funzionare deve essere formato da tutti i suoi componenti che vengono assemblati nel reticolo endoplasmatico rugoso da chaperonine e poi trasportati sulla membrana plasmatica del linfocita T.
CD3 La proteina CD3 è un eterodimero composto dalle catene γε o δε. Tutti e tre i tipi di catene contengono vicino all'N-terminale un dominio Ig-like (sono quindi membri della superfamiglia delle immunoglobuline), mentre nella regione transmembrana contengono residui di acido aspartico che controbilanciano le cariche positive dei residui di lisina e arginina sulle regioni transmembrana delle catene α e β del TCR. Il dominio citoplasmatico, lungo da una quarantina ad un'ottantina di amminoacidi contiene una sequenza ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif). Il dominio ITAM è formato da due sequenze Tyr-X-X-Leu (X = amminoacido qualsiasi) a cui è interposta una sequenza di 6-8 amminoacidi. Le sequenze ITAM sono importanti per la trasduzione del segnale nel complesso TCR, ma sono presenti anche in molecole che non ne fanno parte.
Catena ζ La proteina ζ è un omodimero costituito da una piccola regione extracellulare di una decina di amminoacidi che contiene sempre almeno una cisteina tramite la quale i due monomeri si legano mediante un ponte disolfuro. La regione transmembrana, come CD3, contiene almeno un residuo di acido aspartico. Infine possiede una lunga regione citoplasmatica di oltre centodieci amminoacidi provvista di tre sequenze ITAM.
Corecettori Il segnale trasmesso dal TCR, affinché il linfocita si attivi, deve essere associato all'amplificazione derivante da specifici co-recettori, noti come CD4 e CD8 che si legano a regioni di MHC, rispettivamente di classe II e di classe I. Un linfocita T può esprimere o CD4 o CD8 ma mai entrambe, oppure nessuna delle due. In base all'espressione di queste due molecole i linfociti possono essere suddivisi in CD4+ (helper) o CD8+ (citotossici). Queste due molecole aiutano a stabilizzare il complesso TCR grazie al loro legame con MHC.
CD4 CD4 è una glicoproteina monomerica transmembrana facente parte della superfamiglia delle immunoglobuline costituita da quattro domini Ig che si estendono nello spazio extracellulare. A partire dall'N-terminale si alternano Ig variabili (V) ad Ig hinge (H). Di questi i due più vicini all'N-terminale legano il dominio β2 dell'MHC di classe II. Oltre i domini Ig contiene una regione transmembrana idrofobica ed una piccola regione citoplasmatica presso il C-terminale di 38 amminoacidi. CD4 è espressa sui linfociti T helper, sui timociti, su alcuni fagociti e cellule dendritiche.
CD8 CD8 è una glicoproteina dimerica transmembrana anch'essa facente parte della superfamiglia delle immunoglobuline. È costituita da un eterodimero formato da una catena α e una catena β strutturalmente simili legate tra loro da ponti disolfuro. A partire dall'N-terminale si distinguono su ciascuna catena un dominio Ig, seguito da una regione cerniera provvista di due ponti disolfuro che la legano alla catena opposta (questa regione è più lunga nella catena α rispetto alla β), una regione transmembrana idrofobica ed una regione citoplasmatica più breve in α che in β, lunga circa 25 amminoacidi. Il dominio Ig di CD8 si lega al dominio α3 dell'MHC di classe I. Alcuni linfociti CD8+ esprimono un CD8 costituito da un omodimero αα che però non sembra avere differenze funzionali.
Costimolatori
Mentre i corecettori aiutano il TCR a legare l'antigene associato alla corretta molecola MHC, altre molecole note come costimolatori fanno sì che la trasmissione del segnale successiva al legame antigene-TCR avvenga in maniera ottimale. I costimolatori sono la rappresentazione empirica della cosiddetta teoria dei due segnali formulata in seguito a riscontri sperimentali nei quali il mero legame (MHC-antigene)-(complesso TCR) non bastava ad attivare il linfocita T, ma bensì talvolta lo bloccava in uno stato di anergia. L'azione dei costimolatori agisce da secondo segnale. Tra le molecole più conosciute ci sono la famiglia del CD28 e CD2/SLAM.
CD28 CD28 è il principale recettore co-stimolatore dei linfociti T. I ligandi delle proteine della famiglia di CD28 sono altre proteine espresse da linfociti B, cellule dendritiche e macrofagi ovvero CD80 e CD86 (denominate anche B7-1 e B7-2), tra loro strettamente correlate. CD28 è una proteina transmembrana costituita da un omodimero che possiede a partire dall'N-terminale un dominio Ig, una regione transmembrana idrofobica e una coda citoplasmatica contenente sequenze ricche di tirosina. I due monomeri sono legati da ponti disolfuro. CD80 è una proteina transmembrana omodimerica costituita a partire dall'N-terminale da due domini Ig, una regione trasmembrana idrofobica e una coda citoplasmatica. Il legame di CD80 a CD28 induce la sintesi di proteine anti-apoptotiche, citochine e fattori di crescita, favorendo quindi la crescita e la proliferazione dei linfociti T. Recettori simili a CD28, come CD152 e PD-1, si legano a CD80 e CD86, ma hanno sul linfocita effetti opposti rispetto a CD28, essi infatti ne inibiscono l'attivazione e sono quindi alcuni dei responsabili della risoluzione della risposta immunitaria. Non è noto il motivo per cui CD28 e CD152 abbiano tra loro effetti opposti.
CD2 CD2 e le proteine co-stimolatorie ad esso correlate sono altre molecole che concorrono all'attivazione e alla differenziazione dei linfociti T. CD2 è espresso dalla maggior parte dei linfociti T maturi, da buona parte dei timociti e dalle cellule NK. È formata da due domini Ig extracellulari, seguiti da una regione transmembrana idrofobica e da una coda citoplasmatica con sequenze ricche di tirosina lunga 116 amminoacidi. Il suo ligando è LFA-3 (Leukocyte Function-associated Antigen 3), nota anche come CD58, un'integrina legata alla membrana delle cellule ematopoietiche da un fosfatidilinositolo.
SLAM Le proteine SLAM (Signaling Lymphocytic Activation Molecule) fanno parte della famiglia di CD2 e come questa contengono due domini Ig extracellulari, una regione idrofobica transmembrana e una lunga coda citoplasmatica che a differenza di CD2 è provvista di motivi contenenti tirosina (ITSM, Immunoreceptor Tyrosin-based Switch Motif) Questi motivi ITSM sono diversi dai ITAM o ITIM riscontrabili in altri corecettori o costimolatori e sono chiamati motivi interruttori per la loro capacità di scambiare il legame con la tirosina fosfatasi SHP-2 e il legame con altri enzimi in base alla mancanza o meno di una proteine adattatrice chiamata SAP. Questa caratteristica fa delle proteine SLAM dei potenziali inibitori o attivatori. Una proteina SLAM si lega mediante i domini Ig ad un'altra proteina SLAM espressa sulla superficie di una cellula, per esempio una APC. Dopo il legame SLAM recluta l'adattatore SAP (SLAM-associated protein) che contiene un dominio SH2 che si lega alle tirosine fosforilate dalla chinasi Fyn.
2B4 Un altro importante membro della famiglia CD2 è 2B4, proteine espressa dai linfociti NK, dai linfociti T CD8 e γδ. È in grado di riconoscere CD48, un ligando comune a CD2, e presenta gli stessi motivi ITSM di SLAM.
Sinapsi immunologica