ANTIGEN PROCESSING AND PRESENTATION TO T LYMPHOCYTES

• Properties of antigen recognized by T lymphocytes.• Antigen presenting cells• Cell biology of antigen presenting cells• Physiologic significance of MHC-associated antigen presentation• Presentation of lipid antigen by CD1 molecules.

INTRODUCTION

Apa yang dimaksud dengan antigen?

• Substansi apa saja yang dapat berikatan spesifik dengan molekul antibodi atau reseptor sel T.

• Bisa memicu respon imun adaptif• Antigen bisa berupa produk molekul intermediat,

karbohidrat, lipid, autocoids, hormon dan makro molekul seperti karbohidrat, fosfolipid, asam nukleik dan protein yang dapat berikatan dengan antibodi atau berupa peptida yang dapat berikatan dengan reseptor sel T.

Apa itu antigen yang imunogen?

• Walaupun antigen dapat berikatan dengan antibodi yang spesifik untuknya, tapi tidak berarti seluruh antigen dapat memicu terbentuknya antibodi (memicu respon imun humoral) atau memicu aktivasisel T (respon imun selular).

• Antigen yang dapat memicu respon imun disebut imunogen.

• Antigen yang tidak imunogenik dapat menjadi imunogenik jika terlebih dahulu dipecah-pecah menjadi molekul organik kecil (hapten) kemudian digandengkan dengan protein (carrier protein).

Properties of antigen recognized by T lymphocytes

• Most T lymphocyte recognize only peptides. (B cells: peptide,protein, nucleic acid,

polysacharides, lipid and small chemicals)• T cell are spesific for amino acid sequential of

peptides. (B cell: conformational determinants of antigen in

their native tertiary (folded) configuration.• T cell recognize and respon to foreign peptide

antigen only when the antigen are attached to the surface of APCs.

(B cell: soluble antigen and cell surface antigen)

Properties of antigen recognized by T lymphocytes

• T cell from any one individual recognize foreign peptide antigens only when these peptides are bound to and displayed by the MHC molecule of that individual (self MHC restriction).

• CD4 helper T cells recognize peptides bound to class II MHC molecules, whereas CD8 T cells recognize peptides bound to class I MHC molecules.

• CD4 class II-rstrictd T cells recognize peptids derived mainly from extracellular protein that are internalized into the vesicles of APCs, whereas CD8 class I-restricted T cell recognize pepides derived from cytosolic

Faktor-faktor apa yang membuat antigen dapat memicu respon imun?

• Antigen harus bersifat asing• Ukuran antigen• Formasi molekul antigenic determinant (epitop)• Aksessibilitas antigen• Rute pemaparan antigen• Dosis antigen• Frekuensi pemaparan antigen.• Pemberian bersama adjuvants

Gambar 6-1. Pembagian antigen berdasar banyaknya jenis dan jumlah epitop pada satu molekul: A. Unideterminan, univalen yaitu satu jenis epitop dan jumlahnya hanya satu juga. B. Unideterminan, multivalen yaitu satu jenis epitop tapi jumlahnya banyak. C. Multideterminan, univalen yaitu banyak jenis epitop tetapi hanya ada satu untuk tiap epitop. D. Multideterminan, multivalen yaitu banyak jenis epitop dengan jumlah yang banyak dari masing-masing epitop.

A.

B.

C.

D.

epitop

denaturasidenaturasi

denaturasi

Determinan antigenik

Non determinan antigenik

Tidak ada determinan antigenik

Determinan antigenik baru

Determinan antigenik tidak terakses

Determinan antigenik

LINEAR DETERMINANT CONFORMATIONAL DETERMINANT

Determinan antigenik terakses

A B C D

Gambar 6-2. Formasi determinan antigenik dalam protein native . A. Formasi linear (linear determinan) B. Formasi linear terakses oleh antibodi akan berperan sebagai determinan antigenik pada saat masih protein native maupun sesudah denaturasi. C. Formasi konformasi (conformational determinant) akan berperan sebagai determinan antigenik pada saat masih protein native dan kehilangan peran sebagai determinan antigenik setelah denaturasi karena formasi konformasi tidak ada lagi. D. Protein native tidak memiliki determinan antigenik tetapi akibat proteolisis pada saat denaturasi akan terbentuk determinan antigenik baru.

Apa itu antigen ekstraseluler• Antigen ekstraseluler yaitu antigen yang berada diluar dari sel inang

yang dapat berasal dari kuman, parasit atau virus dapat berupa protein, polisakarida dan lemak. Antigen ekstraseluler ini bisa masih utuh sebagai komponen kapsul kuman berupa polisakarida atau lemak, bisa juga sudah merupakan komponen kuman yang sudah terpisah-pisah, atau bahan lain yang memasuki tubuh seperti allergen (protein atau bahan kimia).

• Antigen ekstraseluler dapat difagositosis untuk dihancurkan dengan enzim lisozim dalam fagolisosom. Antigen ekstraseluler pada kapsul mikroba dapat memicu juga aktivasi komplemen.

• Antigen ekstraseluler dapat pula memicu aktivasi limfosit B memproduksi antibodi

• Patogen yang difagositosis oleh sel dendritik akan diproses secara enzimatik menjadi peptida akan dipresentasikan kepada sel T helper agar menjadi aktif membantu sel B menghasilkan antibodi untuk eliminasi antigen ekstraseluler serta membantu makrofag membunuh patogen yang sudah difagositosis (Gambar 6-3).

Gambar 6-3. Proses pengenalan sampai eliminasi antigen ekstraseluler. Antigen ekstraseluler adalah antigen mikroba patogen yang masih berada di luar sel akan dikenal oleh berbagai sel-sel imun (fagosit, sel dendritik dan limfosit B) dan komplemen untuk dieliminasi. Fagosit memfagositosis mikroba untuk dibunuh. Sel dendritik memfagositosis dan menghancurkan mikroba untuk memunculkan antigen peptida guna diperkenalkan kepada sel T helper agar aktif memberikan help factor kepada limfosit B dan makrofag. Limfosit B mengikat antigen menggunakan reseptor IgM dan IgD sehingga terpicu menjadi sel B efektor menghasilkan antibodi, dengan atau tanpa help factor dari sel T helper. Komplemen terpicu langsung oleh antigen ekstraseluler atau oleh antibodi yang telah mengikat antigen yg ada pada membran mikroba sehingga teraktifkan untuk membunuh mikroba dan memicu respon inflamasi.

Antigen ekstraseluler (protein, polisakarida dan lemak)

FAGOSIT (makrofag dan neutrofil)

SEL T HELPER

Eliminasi patogen pemilik antigen ekstraseluler

LIMFOSIT B

SEL DENDRITIK

Fagositosis

Antigen peptida

KOMPLEMENAntibodi

Gambar 6-4. Proses pengenalan sampai eliminasi antigen intraseluler. Sel dendritik memfagositosis dan menghancurkan mikroba ekstraseluler untuk memunculkan antigen peptida guna diperkenalkan kepada sel T helper dan sel T sitotoksik (cross presentation). Sel T helper memberikan help factors kepada sel T sitolitik dan makrofag. Makrofag saling membantu sitokin dengan sel Natural Killer dan sel T helper. Makrofag, sel T sitolitik dan sel Natural Killer aktif membunuh sel yang mengandung antigen intraseluler.

Antigen ekstraseluler (protein, polisakarida dan lemak)

MAKROFAG SEL T HELPER

Eliminasi sel yang mengandung antigen

intraseluler

SEL T SITOTOKSIK

SEL DENDRITIK

fagositosis

Antigen peptida

SEL NATURAL KILLER

Mikroba ekstraseluler memasuki sel menjadi antigen intraseluler

• Antigen intraseluler yang berada dalam sitosol sel inang adalah protein yang dapat berasal dari kuman, virus dan sel tumor.

• Adanya antigen dalam sitosol sel dapat terjadi karena kuman menginfeksi sel (kuman intraseluler) atau terfagositosis oleh makrofag (kuman ekstraseluler) yang setelah kuman dihancurkan dalam lisosom makrofag ada antigen kuman masuk ke dalam sitosol sel makrofag.

• Sel terinfeksi virus mengandung protein virus (protein yang dibuat oleh sel terinfeksi virus yang disandi oleh gen virus) yang berada dalamsitosol sel inang.

• Sel tumor juga menghasilkan produk, misalnya protein yang dapat berperan sebagai antigen karena berbeda dengan protein self akibat adanya mutasi gen pada sel kanker bersangkutan.

• Antigen dalam sitosol akan dimasukkan dalam retikulum endoplasmik untuk berikatan dengan MHC kelas I selanjutnya dipresentasikan di permukaan sel terinfeksi sehingga dapat dikenal dan sel terinfeksi dapat dieliminasi oleh sel T sitotoksik.

Apa itu antigen intraseluler

Bagaimana antigen dapat dikenal oleh sistem imun?

• Pengenalan antigen oleh sistem imun adalah hal yang sangat penting untuk terjadinya respon imun terhadap antigen bersangkutan.

• Diperkirakan bahwa tubuh siap mengenal lebih dari 10 juta jenis antigen yang dimiliki oleh berbagai patogen.

• Pengenalan antigen ini dapat berlangsung melalui reseptor antigen pada berbagai sel pertahanan seperti sel dendritik dan makrofag (TLR, reseptor mannose, reseptor scavanger), sel B (IgM dan IgD pada membran sel B) dan sel T (T cell receptor, TCR) serta reseptor yang terlarut dalam plasma sebagai protein plasma yaitu lektin (mannose binding lectin dan fikolin) yang akan mengaktifkan komplemen.

• Salah satu persyaratan untuk pengenalan antigen adalah bertemunya reseptor-reseptor antigen tersebut dengan antigen, artinya ada akses sistem imun terhadap antigen.

• Setelah ada akses sistem imun maka pengenalan terjadi secara langsung dan tidak langsung. Pengenalan antigen secara langsung berarti reseptor-reseptor antigen bersangkutan (reseptor dendritik, makrofag, sel B dan lektin) langsung mengikat antigen.

• Pengenalan antigen secara tidak langsung berarti reseptor antigen bersangkutan (yaitu TCR) hanya dapat mengikat antigen jika dipresentasikan terlebih dahulu oleh sel-sel imun yang lain.

• Antigen bersangkutan terlebih dahulu ditangkap dan diproses oleh sel-sel lain ,kemudian dipresentasikan kepada sel T.

• Sel-sel yang dapat berfungsi mempresentasikan antigen kepada sel T (Sel Th dan CTL) agar bisa dikenal oleh TCR disebut Antigen Precenting Cells (APC).

• Yang termasuk dalam kelompok APC ini adalah sel dendritik, makrofag dan sel B.

• Sel dendritik mempresentasikan antigen kepada sel T naïf (Sel Th dan CTL), sedangkan makrofag dan sel B kepada sel T helper efektor.

• Berdasarkan mekanisme pengenalan antigen tersebut di atas, maka antigen ekstraseluler dapat diakses dan diikat oleh semua reseptor antigen yang ada pada sel-sel imun karena mereka bisa bersama-sama dalam cairan ekstraseluler (cairan antar sel dan darah) kecuali TCR.

• Walaupun antigen bertemu dengan TCR dalam cairan ekstraseluler, namun tidak bisa diikat sehingga antigen ekstraseluler tak dapat memicu respon imun oleh sel T secara langsung karena harus terlebih dahulu dipresentasikan oleh APC.

• Yang berespon terhadap antigen ekstraseluler adalah sel dendritik, makrofag dan sel B sedangkan sel T tidak berespon terhadap antigen ekstraseluler.

• Sebaliknya sel B tidak berperan terhadap antigen intraseluler tetapi sel T berperan terhadap antigen intraseluler.

Pemerosesan antigen untuk presentasi ke sel T

• Pemrosesan antigen untuk dipresentasikan ke sel T berarti mikroba, sel atau bahan lain dihancurkan terlebih dahulu untuk mendapatkan antigen dalam bentuk peptida,

• kemudian dimuat dalam molekul MHC untuk dipresentasikan kepada sel T ( molekul MHC kelas I untuk CTL dan molekul MHC kelas II untuk sel T helper).

• Pemrosesan antigen diperlukan untuk dapat memicu aktivasi sel T karena TCR hanya bisa berikatan dengan peptida sehingga hanya antigen dalam bentuk peptida yang berkompleks dengan MHC yang dapat memicu aktivasi sel T.

• Pemrosesan antigen terjadi melalui proses degradasi enzim sehingga menjadi bentuk peptida yang sesuai dengan daya muat MHC (antigen binding cleft) dan spesifitas TCR.

Gambar 6-5. Pemrosesan patogen jalur endositik dan presentasi peptida dengan MHC II. Patogen ekstraseluler difagositosis oleh APC lalu dihancurkan dengan enzim lisozim dalam fagolisosom untuk memisahkan peptida-peptida patogen. Peptida selanjutnya berikatan dengan MHC-II yang datang di fagolisosom dari retikulum endoplasmik. Kompleks peptida–MHC II kemudian dipresentasikan di permukaan APC agar dapat dikenal oleh sel T helper yang memiliki TCR spesifik untuk peptida bersangkutan dan molekul CD4 untuk mengikat MHC II.

TCR

Fagositosis (endositosis)

Patogen ekstraseluler

Fagolisosom Ikatan Peptida-MHC II

Presentation

APC Retikulum endoplasmik

SEL T HELPER

(NAIF)

MHC-II

CD4

kostimulator

presentasi Peptida-MHC II

Peptida-peptida asal patogen

Gambar 6-6. Pemrosesan patogen jalur endositik dan sitositik dan presentasi peptida dengan MHC I. Patogen ekstraseluler difagositosis oleh APC lalu dihancurkan dengan enzim lisozim dalam fagolisosom untuk memisahkan peptida-peptida patogen. Peptida-peptida berdifusi masuk sitosol untuk ditransfer masuk retikulum endoplasmik. Peptida selanjutnya berikatan dengan MHC-I yang sudah ada dalam retikulum endoplasmik. Kompleks peptida-MHC I kemudian dipresentasikan di permukaan APC agar dapat dikenal oleh sel T sitotoksik yang memiliki TCR spesifik untuk peptida bersangkutan dan molekul CD8 untuk mengikat MHC I. Presentasi ini bertujuan untuk mengaktifkan sel T sitotoksik naif menjadi sel T sitotoksik efektor.

TCR

Fagositosis (endositosis)

Patogen ekstraseluler

Fagolisosom

Ikatan Peptida-MHC I

Presentation

APCRetikulum endoplasmik SEL T

SITOTOKSIK (NAIF)MHC I

CD8

kostimulator

presentasi Peptida-MHC I

Peptida-peptida asal patogen

Gambar 6-7. Pemrosesan patogen intraseluler jalur sitosolik dan presentasi peptida dengan MHC I. Patogen intraseluler dihancurkan dengan enzim proteosom dalam sitosol untuk memisahkan peptida-peptida dari patogen. Peptida-peptida selanjutnya ditransfer masuk retikulum endoplasmik untuk berikatan dengan MHC I yang sudah ada dalam retikulum endoplasmik. Kompleks peptida-MHC I dipresentasikan di permukaan sel terinfeksi agar dapat dikenal oleh sel T sitotoksik yang memiliki TCR spesifik untuk peptida bersangkutan dan molekul CD8 untuk mengikat MHC I. Presentasi ini bertujuan agar sel T sitoksik efektor mengenal sel terinfeksi atau sel mengandung antigen intraseluler untuk dieliminasi.

Peptida asing dalam sitosol

Ikatan Peptida-MHC I

Presentasi Peptida-MHC I

SEL T SITOTOKSIK (EFEKTOR)

MHC-IEndoplasmic Reticulum SEL TERINFEKSI

Patogen intraseluler

TCR

CD8

kostimulator

ANTIGEN PRESENTING CELLS ARE REQUIRED FOR T CELL ACTIVATION.

FUNCTION OF DIFFERENT ANTIGEN PRESENTING CELLS

DENDRITICCELLS

DENDRITICCELLS (BLUE)

FOLLICLE(GREEN)

DENDRITIC CELLS (RED)

CULTUREDDENDRITICCELLS

SEM OFA DENDRITIC CELL

COMPARATIVE FEATURES OF CLASS II AND CLASS I MHC PATHWAYSOF ANTIGEN PROCESSING AND PRESENTATION.

COMPARATIVE FEATURES OF CLASS II AND CLASS I MHC PATHWAYSOF ANTIGEN PROCESSING AND PRESENTATION.

ROUTES OFANTIGEN ENTRY

ROLE OF DENDRITIC CELLS IN ANTIGEN CAPTURE AND PRESENTATION

PATHWAY OF ANTIGEN PROCESSING AND PRESENTATION

PRESENTATION OF EXTRACELLULAR AND CYTOSOLIC ANTIGEN

THE CLAS II MHC PATHWAY OF ANTIGEN PRESENTATION

ANTIGEN PROCESSING REQUIRE TIME AND CELLULAR METABOLISMAND CAN BE MIMICKED BY IN VITRO PROTEOLYSIS

THE FUNCTION OF CLASS II MHC-ASSOCIATED INVARIANT CHAINS AND HLA-DM

MORPHOLOGY OF CLASS II MHC-RICHENDOSOMAL VESICLES

THE CLASS I MHC PATHWAY OF ANTIGEN PRESENTATION

ROLE OF TAP IN CLASS I MHC ASSOCIATED ANTIGEN PRESENTING

T CELLS SURVEY APCs FOR FOREIGN PEPTIDES

PRESENTATION OF EXTRACELLUAR AND CYTOSOLIC ANTIGENS TO DIFFERENT SUBSETS OF T CELLS

IMMUNODOMINANCE OF PEPTIDES

RINGKASAN• Sel T hanya mengenal antigen dalam

bentuk peptida yang dipajang oleh MHC self pada permukaan APCs. CD4 T cellls (helper T cell) mengenal antigen yang dipajang oleh MHC II (class II MHC-restrected recognation) dan CD8 T cells (CTL) mengenal antigen yang dipajang oleh MHC I (Class I MHC-restrected recognation).

RINGKASAN• Spesialis APCs seperti sel dendritik, makrofag

dan sel B, menangkap antigen protein ekstraseluler, internalisasi antigen, prosessing antigen dan kemudian memajangnya bersama MHC II untuk diperkenalkan kepada sel T CD4. Sel dendritik merupakan APC paling efisien untuk inisiasi respon primer oleh naïve T cell, macrofag dan sel B mempresentasikan antigen kepada sel T helper yang sudah berdifferensiasi untuk terlaksananya fase effektor imunitas humoral dan selular. Semua sel berinti dapat mempresentasikan peptida bersama MHC I yang diperoleh dari protein sitosolik seperti virus dan antigen tumor kepada sel T CD8

RINGKASAN• Antigen processing artinya merubah native

protein menjadi peptida yang terikat dengan MHC. Proses terdiri atas pemasukan protein eksogenous dalam vesikel APC atau sintese antigen pada sitosol, degradasi proteolitik protein menjadi peptida, pengikatan antigen peptida pada mol MHC dan pemajangan kompleks MHC-peptida pada permukaan APC untuk dikenal oleh sel T. Jadi, baik protein intraseluler maupun ekstraseluler menjadi bahan bagi antigen processing pathway ini. Protein asal self dan foreign akan menempuh proses ini dan keduanya dipajang oleh mol MHC untuk surveilance oleh sel T.

RINGKASAN• Untuk presentasi antigen terikat MHC II, protein

ekstraseluler dimasukkan dalam endosomes untuk dihancurkan oleh enzim proteolitik (lisozim). Kemudian dari ER datang MHC II (yg masih tersegel oleh li dan tertutup oleh CLIP) memasuki vesikel endosome untuk bertemu dengan peptida dalam endosome. Didalam endosome, “segel” MHC II dibuka dengan enzim proteolitik yang mendegradasi li, “penutup” MHC II yaitu CLIP dibuka dengan “tang” DM yang bentuknya sama dgn MHC-II (HLA-DM). Setelah itu barulah peptida dapat berikatan dgn MHC II untuk selanjutnya dipajang dipermukaan APC.

RINGKASAN• Untuk presentasi antigen terikat MHC I, protein

intraseluler (sitosolik protein) mengalami degradasi proteolitik dalam proteosome, menhgasilkan peptida yang dapat berikatan dengan MHC I. Peptida itu dimasukkan kedalam ER oleh transporter TAP. MHC I yang baru dibuat di ER menjemput peptida dari TAP, mengikatnya kemudian membawanya bersama ke app. Golgi untuk selanjutnya dipajang dipermukaan sel.

RINGKASAN• MHC restrected antigen presentation pathway seperti ini

menjamin hampir semua sel dalam tubuh diskrining untuk kemungkinan adanya antigen asing dalam dirinya. Juga menjamin protein dari mikroba ekstraseluler diproses untuk menjadi peptida agar dapat dikenal oleh sel T CD4 yang akan mengktipkan respon imun mengeliminasi antigen ekstraseluler itu. Demikian juga protein yang disentese oleh mikroba intraseluler (sitosolik) dijamin diproses menjadi peptida yang akan berikatan dengan MHC I agar dikenal oleh sel T CD8 untuk mengeliminasi mikroba intraseluler. Jadi daya imuitas suatu antigen protein asing tegantung pada kemampuannya menjalankan antigen-processing pathway yang akan menghasilkan peptida dari protein itu untuk berikatan dengan self MHC.

Thank you