background image

Lecture 5: Ag recognition molecules                                               Dr Dhafer A. Alghezi 

 

 

Antigen recognition molecules: 

2) T-cells receptor (TCR): It represents another antigen recognition molecule. TCR is 

a molecule found on the surface of T cells, or T lymphocytes  that are responsible for 

recognizing  fragments  of  the  antigen  as  peptides  bound  to  major  histocompatibility 

complex (MHC) molecules. 

 

Structure of TCR

TCR is a heterodimeric molecule comprising an alpha (α) chain and a beta (β) 

chain  or  gamma  and  delta  chains  linked  by  a  disulphide  bond.  In  humans,  the  great 

majority of cells generate an alpha (α) chain and a beta (β) chain TCR, whereas in 5% 

of T cells the TCR consists of gamma and delta (γ/δ) chains. Each polypeptide chain 

consists of two extracellular Ig-like domains anchored in the plasma membrane by a 

transmembrane peptide which has a short cytoplasmic tail. 

The overall feature of the structure shows  that  the  α  and  β  chains  fold into a 

structure that resembles the Fab-region of Ab. The N-terminal domains of the α and β 

polypeptides are known as CDRs or hypervariable region. These are clustered together 

to form an MHC-Ag-binding site which is analogous to the Ag-binding site on Ab.  

TCR  is  associated  physically  with  a  series  of  polypeptides,  called  CD3.  The 

CD3 component shows no diversity. CD3 contains four invariant polypeptides, called 

gamma, delta, epsilon, and sigma. The structure of the CD3-TCR complex is (alpha, 

beta) 2, gamma, delta, (epsilon) 2, (sigma) 2. The negatively charged CD3-chains are 

essential  for  the  assembly  of  the  TCR  complex  with  positively  charged  chains.  The 

CD3 sigma gene is on a different chromosome from the CD3 alpha, delta, and epsilon-

gene complex. 

The intracytoplasmic section of sigma chain is called immunoreceptor tyrosine 

activation motifs (ITAM a) target for phosphorylation by specific protein kinases and 

it's essential for T-cell activation. ITAM is also  present in  Ig-alpha and beta (CD79) 

which are involved in B-cell activation and with CD16 which involved in the activation 

of macrophage and NK-cells. 

The α, βTCR is present on more than 95% of the peripheral T-cells and on the 

majority  of  TCR-expressing  thymocytes.  By  contrast,  T-cells  expressing  the  gamma 

delta-TCR  often  have  defined  anatomical  locations,  they  are  abundant  in  various 

epithelia, such as the epidermis (in mice) intestinal epithelium, uterus and tongue. They 


background image

Lecture 5: Ag recognition molecules                                               Dr Dhafer A. Alghezi 

 

 

produce a lower level of some cytokines than alpha-beta T-cells; they may be involved 

in the control and modulation of responses mediated by alpha-beta T-cells. 

 

 

 

B & T cell receptors have several similarities: 

❖  Even  though  the  TCR  is  a  heterodimer,  the  TCR  chains  has  constant  and 

variable regions 

❖  TCR germ line DNA for each of the chains is organized into multigene families 

with multiple V region segments (with rearrangement of V, J – for α& γ chains 

and V, D, J for β & δ chains) with one or more C region gene segments. 

❖  The mechanisms for T cell V region gene segment rearrangement are similar to 

B cells rearranging Ig germline DNA 

❖  The  mechanisms  generating  TCR  diversity  are  similar  to  those  seen  in 

generating Ab diversity.  

❖  It's structurally related since both are folded into domains. 

T cell receptor differs from the B cell receptor in different ways: 

❖  The T cell does not secrete its receptor like the B cell does so any assessment 

of receptor structure and specificity has to rely on complex cellular assays. 

❖  TCR has one antigen binding site, whereas, Igs have at least two. 

❖  T  cell  can  recognize  and  bind  antigens  just  when  are  presented  by  MHC, 

whereas, Ig can recognize free antigens.  

❖  TCR can be activated by protein antigens (not CHO antigens). In contrast, Ig 

can recognize intact molecules proteins, carbohydrates, and lipids.  

 

 


background image

Lecture 5: Ag recognition molecules                                               Dr Dhafer A. Alghezi 

 

 

Genes of TCR: 

The alpha and gamma loci have sets of V and J-genes (like an Ig - light chain) and beta 

and delta loci have set of V, D, and J-genes (like Ig-heavy chain). Diversification of the 

TCR gene occurs by recombination between V, D, and J segments. Extensive diversity 

is generated in the joining process, as not only are VDJ-arrangement possible, but also 

V-J and VDDJ-joins. 

 

Major  histocompatibility  complex  molecules  (MHC)  or  Human  Leukocyte 

Antigens (HAL) 

The human MHC, which is known as the human leukocyte Antigen (HLA) -system 

is a cluster of genes that are located on a short arm of the chromosome 6. The molecules 

presented  Ag  to  T-cells  are  mostly  encoded  within  the  MHC.  This  gene  complex 

containing more than 100 separate gene loci. MHC I&II are highly polymorphic cell-

surface structures. The remaining genes in the complex are very diverse. They including 

some  that  encode  complement  system  molecules  (C4,  C2,  and  factor-B),  some 

cytokines  (TNF),  enzyme,  heat-shock  proteins  and  some  molecules  involved  in  Ag 

processing, they have collectively been called MHC III gene products. 

 

A)  MHC I 

The  HLA  or  H2  (MHC  of  mice)  molecules  are  heterodimers  formed  by  two 

nonidentical polypeptide chains: an α chain and β chain. In MHC I, there are HLA-A, 

HLA-B and HLA-c loci.  

The class  I heavy chain  consists of three extracellular domains,  designated alpha1, 

2&3,  a  transmembrane  region  and  a  cytoplasmic  tail.  The  alpha  2&3  domains  have 

intrachain  disulphide  bonds.  The  alpha  3  domain  is  structurally  homologous  to  Ig-

constant domains, and contains a site which interacts with CD8 on cytotoxic T-cells. 

β2-microglobulin  is  post  synthetically  and  noncovalently  associated  with  the  major 

polypeptide chain. 

The most polymorphic areas of the molecule are located within and on the edges of a 

groove formed at the junction of the helical α1 and β2 domains. This groove is usually 

occupied  by  a  short  peptide  (10–11  residues),  usually  of  endogenous  origin.  The  α3 

domain shows much less genetic polymorphism and, together with β2-microglobulin, 

is like a frame supporting the deployment in space of the more polymorphic α1 and α2 


background image

Lecture 5: Ag recognition molecules                                               Dr Dhafer A. Alghezi 

 

 

domains.  In  addition,  the  α3  domain  has  a  binding  site  for  the  CD8  molecule 

characteristic of cytotoxic T cells.  

Class I protein:  

It is a glycoprotein found on the surface of all nucleated cells. The peptides which 

bind to MHC I molecules come from proteins synthesized within the cell, which are 

broken down and transported via TAP (transporter associated with antigen processing) 

to the endoplasmic reticulum, thus peptide of an appropriate size to occupy the MHC 

I-binding groove.  

 

 

B)  MHC II 

The Class II genes in human are DP, DQ & DR. MHC II is a heterodimer of heavy α 

and light (β) glycoprotein chains. The α and β chains have the same overall structures. 

An extracellular portion comprising two domains (α1&2 or β1&2) is connected by a 

short sequence to a transmembrane region and the cytoplasmic domain.  

There are many differences between the primary structure of both MHC I& II. First, 

class II gene products are not associated with β2-microglobulin. Each polypeptide chain 

has two extracellular domains (α1 and α2; β1 and β2). The NH2 terminal ends of the 

α1 and β1 domains contain hypervariable regions. Both chains are encoded by genes in 

the MHC region on chromosome 6. The class II groove is more open than that of class 

I, so that longer peptides can be accommodated. As the class II groove is not closed at 

the ends, peptides bound to MHC II molecule extend out of the ends of the groove. The 

B2-domain  does  contain  a  binding  site  for  CD4.  Thus  CD4  and  CD8  are  important 


background image

Lecture 5: Ag recognition molecules                                               Dr Dhafer A. Alghezi 

 

 

eliminates in Ag presentation, because they are involved in the recruitment of kinases, 

which signal T-cell activation. 

 

 

Class II protein:  

It’s a glycoprotein found in certain cells such as macrophage, B cells, dendritic cells 

of  spleen  and  Langerhans  cells  of  skin.  It’s  an  exogenous  protein  that  comes  from 

outside  the  cells.  Peptides  bind  to  MHC  II  come  from  proteins  which  have  been 

internalized by the cell and then degraded. These peptides are less uniform in size and 

may be trimmed once they have bound to the MHCII-molecule. 

 

Invariant Chain (Ii, CD74) 

The invariant chain (Ii) is a polypeptide involved in the formation and transport of 

MHC class II protein. The cell surface form of the invariant chain is known as CD74. 

In the endoplasmic reticulum (ER), a region of Ii interacts with the binding groove to 

prevent binding of endogenous peptides. This region acts as “chaperone” to allow the 

MHC class II molecule + Ii to leave the ER.  The Ii is cleaved by cathepsin S (cathepsin 

L  in  cortical  thymic  epithelial  cells),  leaving  only  a  small  fragment  called  CLIP 

remaining bound to the groove of MHC class II molecules. The rest of the Ii is degraded. 

CLIP blocks peptide binding until HLA-DM interacts with MHC II, releasing CLIP and 

allowing other peptides to bind. The stable MHC class-II with antigen complex is then 

presented on the cell surface. Without  CLIP, MHC class  II  aggregates,  disassemble, 

and/or denature in the endosomes, and proper antigen presentation is impaired. 

 


background image

Lecture 5: Ag recognition molecules                                               Dr Dhafer A. Alghezi 

 

 

Interaction of the TCR with MHC and antigen: 

 

The first and second complementarity determining regions (CDRs) of the TCR 

α and β chains are positioned over residues near the N and C-terminal  of the presented 

polypeptide, and the third CDR, each chain lying at the centre of the TCR-binding site, 

are positioned over the central residues of the peptide which protrude from the groove.  

Residues from each of the CDR are positioned to interact with residues from the MHC 

molecule. 

 

Each T-cell may express 100000 receptors and each APCs has a similar number of 

MHC molecules. CD4 or CD8 can help stabilize the interaction of the TCR and MHC-

peptide. 

The  affinity  of  Ag-MHC  for  the  TCR  is  very  important  because  it  determines  the 

degree to which that the T-cell becomes activated. Each lymphocyte binds to just one 

Ag using its TCR. 

 

The biological importance of MHC 

❖  Antigen recognition by T cells  

       CD8 T cells…………… MHC I molecules 

       CD4 T cells……………...MHC II molecules 

❖   It’s also important in autoimmune diseases which occur in people who carry 

MHC genes such as HLA- B27 in Ankylosing spondylitis.  

❖   Success of organ transplantation is determined by the compatibility of MHC 

genes of donor and recipient.  

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 88 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل