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抗原提示は、 T 細胞免疫応答の引き金となる重要な免疫プロセスです。T細胞は細胞表面に提示された断片化された抗原のみを認識するため、抗原断片がT 細胞受容体によって認識される前に抗原処理が行われなければなりません。具体的には、主要組織適合性複合体 (MHC)に結合した断片が抗原提示細胞の表面に輸送され、このプロセスは提示と呼ばれます。ウイルスや細菌に感染した場合、抗原提示細胞は、MHC 分子によって抗原から派生した内因性または外因性のペプチド断片を提示します。抗原の挙動が異なる 2 種類の MHC 分子があります。MHCクラス I分子 (MHC-I) は細胞質からのペプチドに結合し、エンドサイトーシス小胞内で内在化後に生成されたペプチドはMHC クラス II (MHC-II)に結合します。 [ 1 ]細胞膜は、細胞内と細胞外という 2 つの細胞環境を分離します。 1 つの T 細胞は、同じ細胞上に提示される何千もの他のペプチドの中から、単一のペプチドの固有の配列の数十から数百のコピーしか認識できません。これは、1 つの細胞内の MHC 分子が非常に広範囲のペプチドに結合できるためです。[ 2 ] [ 3 ]特定の MHC/HLA タイプによって免疫系に提示される抗原 (の断片) を予測することは困難ですが、関連する技術は向上しています。[ 4 ]
細胞傷害性T細胞（ Tc、キラーT細胞、または細胞傷害性Tリンパ球（CTL）とも呼ばれる）はCD8共受容体を発現し、他の細胞のプログラム細胞死を誘導することに特化したT細胞集団である。細胞傷害性T細胞は、生体の恒常性を維持するために、体内のすべての細胞を定期的にパトロールしている。ウイルスや細胞内細菌、または形質転換した腫瘍細胞の存在などによって引き起こされる病気の兆候に遭遇すると、潜在的に有害な細胞を破壊するプロセスを開始する。[ 1 ]体内のすべての有核細胞（血小板を含む）は、クラスI主要組織適合性複合体（MHC-I分子）を発現する。これらの細胞内で内因的に生成された抗原はMHC-I分子に結合し、細胞表面に提示される。この抗原提示経路により、免疫系は、改変された自己（変異）タンパク質または外来タンパク質のペプチドを発現する形質転換細胞または感染細胞を検出することができる。[ 5 ] [ 6 ]
提示過程では、これらのタンパク質は主にプロテアソーム内の細胞質プロテアーゼによって小さなペプチドに分解されますが、他の細胞質タンパク質分解経路も存在します。次に、ペプチドは、熱ショックタンパク質と抗原処理関連トランスポーター（TAP）の作用により小胞体（ER）に分配され、 ATP依存性輸送機構によって細胞質ペプチドがER内腔に輸送されます。MHC-I アセンブリには、カルネキシン、カルレティキュリン、Erp57、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ（PDI）[ 7 ]、タパシンなど、いくつかのERシャペロンが関与しています。具体的には、TAP、タパシン、MHSクラス1、ERp57、カルレティキュリンの複合体は、ペプチドローディング複合体（PLC）と呼ばれます。[ 8 ]ペプチドは、MHCクラスI分子のα1ドメインとα2ドメインの底部にある2つのαヘリックス間のMHC-Iペプチド結合溝にロードされます。タパシンから放出された後、ペプチド-MHC-I複合体（pMHC-I）はERから出て、エキソサイトーシス小胞によって細胞表面に輸送されます。[ 9 ] [ 10 ]
ナイーブ抗ウイルスT細胞（CD8+）は、形質転換細胞や感染細胞を直接排除することはできません。抗原提示細胞（APC）のpMHC-I複合体によって活性化される必要があります。ここで、抗原は、ウイルス感染細胞と非感染細胞から直接（上記のように）または間接的に（クロスプレゼンテーション）提示されます。 [ 11 ] pMHC-IとTCRの相互作用後、共刺激シグナルおよび/またはサイトカインの存在下で、T細胞は活性化され、末梢組織に移動し、細胞傷害性を誘導することによって標的細胞（感染細胞または損傷細胞）を殺します。
クロスプレゼンテーションは、MHC-I分子が細胞外抗原を提示できる特殊なケースであり、通常はMHC-II分子によってのみ提示されます。この能力は、CD8+ T細胞を直接刺激する組織内の形質細胞様樹状細胞など、いくつかの抗原提示細胞（APC）に見られます。このプロセスは、APCが直接感染していない場合、局所リンパ節にAPCを移動させることなく、局所的な抗ウイルスおよび抗腫瘍免疫応答を即座に引き起こすために不可欠です。[ 6 ]
細胞外空間からの抗原、そして時には内因性の抗原[ 12 ]はエンドサイトーシス小胞に包まれ、MHC-II分子によってCD4を発現するヘルパーT細胞に細胞表面に提示される。樹状細胞、B細胞、マクロファージなどのAPCのみが表面にMHC-II分子を大量に発現するため、MHC-II分子の発現はMHC-Iよりも細胞特異的である。
APCは通常、外来抗原をエンドサイトーシスによって取り込むが、ピノサイトーシス、マクロオートファジー、エンドソームミクロオートファジー、またはシャペロン介在オートファジーによっても取り込む。[ 12 ]最初のケースでは、取り込まれた後、抗原はエンドソームと呼ばれる小胞に包まれる。この抗原提示経路には、初期エンドソーム、後期エンドソームまたはエンドリソソーム、およびリソソームの3つの区画が関与しており、リソソームでは抗原がリソソーム関連酵素（酸依存性加水分解酵素、グリコシダーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ）によって加水分解される。このプロセスは、pHの段階的な低下によって促進される。エンドソーム内の主なプロテアーゼはカテプシンであり、その結果、抗原はオリゴペプチドに分解される。
MHC-II分子は、タンパク質不変鎖（Ii、CD74）とともにERからMHCクラスIIローディングコンパートメントへ輸送される。非古典的MHC-II分子（ HLA-DOおよびHLA-DM ）は、CD74の一部（ CLIPペプチド）とペプチド抗原との交換を触媒する。ペプチド-MHC-II複合体（pMHC-II）は細胞膜へ輸送され、処理された抗原はリンパ節のヘルパーT細胞に提示される。[ 9 ]
APCは、走化性シグナルを介してリンパ組織へ移動する過程で成熟し、貪食能力を失い、抗原提示によってT細胞とコミュニケーションする能力が高まります。[ 13 ] CD8+細胞傷害性T細胞と同様に、APCはナイーブTヘルパー細胞を完全に活性化するためにpMHC-IIと追加の共刺激シグナルを必要とします。
髄質胸腺上皮細胞（mTEC）では、オートファジーを介して、内因性抗原の処理とMHC-II分子上での提示を行う代替経路が存在する。これは、T細胞の中心性免疫寛容、特に自己反応性クローンのネガティブセレクションにおいて重要である。ゲノム全体のランダムな遺伝子発現は、 AIREの作用と、MHC-IおよびMHC-II分子上に提示された発現分子の自己消化によって達成される。
B細胞表面のB細胞受容体は、MHC分子によって小さな断片に分解されて提示されたペプチドの直線配列ではなく、構造的な性質を持つ無傷の天然で未消化の抗原に結合します。無傷の抗原の大きな複合体は、リンパ節で濾胞樹状細胞によって免疫複合体の形でB細胞に提示されます。したがって、比較的低いレベルのリソソーム酵素を発現する一部のAPCは、B細胞に提示する前に捕捉した抗原を消化する可能性が低くなります。[ 14 ] [ 15 ]