Bestimmung von Sequenzmotiven natürlicher Peptidisolate aus MHC-Klasse I und II-Molekülen

Abstract

Die Bindungsmotive von 18 verschiedenen MHC-Klasse-I und von fünf verschiedenen MHC-Klasse-II-Molekülen (HLA-DR17 und vier HLA-DR4-Subtypen) wurden durch multiple Sequenzanalyse MHC-extrahierter Peptidpools identifiziert. Zur Aufklärung der strukturellen Voraussetzungen für die Bindung natürlicher Liganden an HLA-DR17-Moleküle wurde ein nicht-radioaktiver Peptidbindungsassay etabliert. Die Peptidbindungsstudien zeigten, dass ein Ligand zur optimalen Interaktion mit der Peptidbindungsgrube eine minimale Länge von 13 Aminosäuren aufweisen muss. Diese sogenannte Peptidbindungssequenz lässt sich weiter unterteilen: In ein nonameres Kernpeptid und zwei die Kernsequenz flankierende Regionen. Die sequenzabhängigen Kontaktstellen befinden sich auf einem Nonamer mit definierten Abständen in den relativen Positionen 1, 4, 6 und 9. Die Anker P1 und P9 sind verschieden stark degeneriert, wobei der Anker P1 ausschließlich von hydrophoben/aromatischen Aminosäuren besetzt wird. Die konservierten Aminosäuren in den relativen Position P4 und P6 bestimmen die Allelspezifität der Peptidbindung. Die Interaktion zwischen MHC-Klasse-II-Molekülen und Klasse II-assoziierten Peptide der invarianten Kette (CLIPs) wurde umfassend charakterisiert und mit der Wechselwirkung konventioneller Liganden verglichen. Die Interaktion der CLIPs lässt sich identisch zu der natürlicher Liganden in einen sequenzabhängigen und einen sequenzunabhängigen Beitrag unterteilen. Das Ergebnis erlaubt das eindeutige Lokalisieren der Bindungsstelle von CLIPs in der Peptidbindungsgrube analog zu antigenen Peptiden.

The binding motives of 18 different MHC class I and five different MHC class II molecules (HLA-DR17 and four HLA-DR4-subtypes) have been identified by multiple sequence analyses. A non-radioactive peptide binding assay was established to study the interaction of natural ligands and HLA-DR17 molecules in detail. Truncation and substitution analysis showed that a minimal sequence of 13 amino acids is sufficient for excellent binding. This peptide binding sequence can be further subdivided: A nanamer core peptide and two flanking residues at either end of the core peptide. The specific contact sites are located on the nanamer peptide with defined distances in relative positions 1, 4, 6 and 9. The contact sites in position P1 and P9 show different degrees of degradation, whereby the anchor residue P1 is taken (occupied) by hydrophobic/aromatic residues exclusively. The conserved residues in relative position P4 and P6 determine (modify) allele specific binding. The interaction between MHC class II molecules and class II-associated invariant chain peptides (CLIPs) was characterized extensively and compared to that of natural conventional ligands. The interaction of CLIPs can be subdivided, like the interaction of natural ligands, into a sequence specific and a non-specific contribution. Our data provide compelling evidence that CLIP peptides bind into the binding groove of class II molecules, analog to antigenic peptides.