MHC抗原提示の分岐：CTLは何を攻撃するのかMHC Antigen Presentation: What Does a CTL Attack?

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. キラーT細胞（CTL）は、体の中のどんな細胞を攻撃すると思いますか。ウイルスそのもの、感染した細胞、感染していない細胞のうちどれでしょう。Which cells in the body do you think killer T cells (CTLs) attack: the virus itself, infected cells, or uninfected cells?💡 T細胞は、細胞の表面にあるMHCという「台」にのせられた抗原の断片を見て判断します。T cells decide by looking at fragments of antigen placed on a "stand" called MHC on the cell surface.
2. ヘルパーT細胞がはたらかないと、CTLやB細胞の応答はどうなると思いますか。What do you think happens to the CTL and B cell responses if helper T cells do not work?💡 ヘルパーT細胞の名前の「ヘルパー」が、だれを何で助けるのかを考えよう。Think about whom the "helper" in the name helps, and with what.

2動かしてみようTry it

1. 初期設定（A. ウイルス感染率 40%、B. 抗原提示量 60%、C. サイトカイン量 60%）で「リセット」→「開始」を押し、左の組織で感染細胞（#番号・赤）がMHC I（1本柄）に抗原A◆をのせる様子、右のリンパ節で樹状細胞1がMHC II（2本柄）に抗原AをのせてヘルパーTに提示する様子を見る。With the default settings (A. Virus infection rate 40%, B. Antigen presentation 60%, C. Cytokine amount 60%), press "Reset" then "Start". In the tissue on the left, watch infected cells (numbered, red) put antigen A ◆ on MHC I (1 stalk); in the lymph node on the right, watch dendritic cell 1 put antigen A on MHC II (2 stalks) and present it to the Helper T.
2. 樹状細胞2（抗原B■をMHC IIで提示）がヘルパーTに接したときと、樹状細胞1が接したときで、ヘルパーTの反応とログの内容を比べる。Compare the Helper T's reaction and the log messages when dendritic cell 2 (antigen B ■ on MHC II) touches it and when dendritic cell 1 touches it.
3. CTLが細胞を1個ずつ調べる様子を追い、ログで「攻撃しない」とされた細胞（未感染・型不一致・遊離ウイルスなど）と「破壊」された細胞を見分ける。上の表示で「破壊」「無毒化」の数も読む。Follow the CTLs as they check cells one at a time, and use the log to tell apart cells marked "no attack" (uninfected, MHC mismatch, free virus, etc.) from those "destroyed". Also read the "Destroyed" and "Neutralized" counts in the status line.
4. 「B. 抗原提示量」を 20%（閾値30%未満）にして「リセット」→「開始」し、速度x4で進めて、ヘルパーTとCTLがどうなるか確かめる。Set "B. Antigen presentation" to 20% (below the 30% threshold), press "Reset" then "Start", run at Speed x4, and see what happens to the Helper T and the CTLs.
5. B を 60% に戻し、「C. サイトカイン量」を 0%、20%、100% にしてそれぞれ「リセット」→「開始」し、約60秒時点の活性CTLの数・破壊・無毒化の数を比べる。Return B to 60%, set "C. Cytokine amount" to 0%, 20% and 100%, pressing "Reset" then "Start" each time, and compare the number of active CTLs, destroyed cells and neutralized viruses at about 60 s.

3確かめようCheck

1. ヘルパーT細胞が活性化したのはどんなときでしたか。樹状細胞2のときはどうでしたか。When did the Helper T become activated? What happened with dendritic cell 2?→ 樹状細胞1がMHC IIに抗原Aをのせて提示したとき（提示量60%≥閾値30%）に活性化した。樹状細胞2はMHC IIに無関係な抗原Bをのせていたので、ログに「抗原が一致しないため反応せず」と出て活性化しなかった。It was activated when dendritic cell 1 presented antigen A on MHC II (presentation 60% ≥ threshold 30%). Dendritic cell 2 carried the unrelated antigen B on MHC II, so the log said "antigen does not match, so no response" and it was not activated.
2. CTLが破壊したのはどんな細胞で、攻撃しなかったのはどんなものでしたか。Which cells did the CTLs destroy, and what did they not attack?→ 破壊したのは、MHC Iに抗原Aを提示している感染細胞だけで、1個ずつ接着してパーフォリン・グランザイムで破壊した。未感染細胞（MHC I＋自己ペプチドのみ）、MHC型不一致の細胞、遊離ウイルス（MHCをもたない）、感染直後でまだ抗原をのせていない細胞は攻撃しなかった。They destroyed only infected cells presenting antigen A on MHC I, binding to them one at a time and using perforin and granzyme. They did not attack uninfected cells (only MHC I + self peptide), MHC-mismatched cells, free viruses (which have no MHC), or cells just infected that had not yet put antigen on MHC I.
3. 抗原提示量を20%にすると、どうなりましたか。What happened when antigen presentation was set to 20%?→ ログに「提示量20%＜閾値30%→認識できず未活性化」と出て、ヘルパーTは活性化しなかった。そのためサイトカインが出ず、活性CTLは0、B細胞も未分化のままで、48秒たっても破壊0・無毒化0、遊離ウイルスは14個に増えた。The log said "presentation 20% < threshold 30% → not recognized, stays inactive", and the Helper T was not activated. So no cytokines were released, there were 0 active CTLs, and the B cell stayed undifferentiated; after 48 s there were 0 destroyed and 0 neutralized, and free viruses had grown to 14.
4. サイトカイン量を 0%、20%、100% にすると、結果はどう違いましたか。How did the results differ with cytokine amounts of 0%, 20% and 100%?→ 0%ではヘルパーTが活性化しても支援が出ず、CTLもB細胞も応答しなかった。20%では約60秒で活性CTL 2/2、まだ感染細胞が残った。100%ではCTLが4個に増え、約60秒で感染細胞0・遊離ウイルス0とすべて排除された（数は実行ごとに少し変わる）。At 0%, even though the Helper T was activated, no help was sent and neither CTLs nor the B cell responded. At 20%, there were 2/2 active CTLs at about 60 s and infected cells still remained. At 100%, the CTLs increased to 4 and by about 60 s infected cells and free viruses were both 0, all cleared (numbers vary a little each run).

4考えようThink further

1. CTLが感染細胞だけを1個ずつ破壊し、まわりの細胞を巻き込まないことは、体にとってなぜ大切なのでしょうか。Why is it important for the body that CTLs destroy only infected cells, one at a time, without harming nearby cells?→ ウイルスは細胞の中で増えるので、感染細胞を壊すことで増殖の場をなくせる。一方、健康な細胞まで壊すと組織が傷つく。MHC Iにのった抗原の断片で感染細胞を見分けることで、必要な細胞だけを除くことができる。Viruses multiply inside cells, so destroying infected cells removes the place where they multiply. Destroying healthy cells too would damage the tissue. By recognizing infected cells from the antigen fragments on MHC I, only the cells that need removing are eliminated.
2. ヘルパーT細胞が感染して数が減るHIV感染症（エイズ）では、免疫がはたらきにくくなります。このシミュレーションの結果をもとに理由を説明しよう。In HIV infection (AIDS), helper T cells are infected and their numbers fall, so immunity weakens. Explain why, based on the results of this simulation.→ サイトカイン量0%やヘルパーTが活性化しない条件のように、ヘルパーTの支援がないとCTLは活性化せず、B細胞も形質細胞にならない。そのため細胞性免疫と体液性免疫の両方が弱くなり、ふだんは問題にならない病原体にも感染しやすくなる。As in the runs with cytokine 0% or with an inactive Helper T, without helper T support the CTLs are not activated and the B cell does not become a plasma cell. Both cell-mediated and humoral immunity weaken, so the body becomes vulnerable even to pathogens that are normally harmless.

よくある誤解Common misconceptions

• 「キラーT細胞はウイルスそのものを直接攻撃する」という誤解。CTLが攻撃するのは、MHC Iでウイルス抗原を提示している感染細胞であり、遊離ウイルスは抗体が無毒化する。"Killer T cells attack the virus itself directly." CTLs attack infected cells presenting viral antigen on MHC I; free viruses are neutralized by antibodies.
• 「MHC IもMHC IIも同じで、どのT細胞にも提示される」という誤解。MHC IはCTL（CD8）に、MHC IIはヘルパーT（CD4）に認識され、受け手が決まっている。"MHC I and MHC II are the same and present to any T cell." MHC I is recognized by CTLs (CD8) and MHC II by helper T cells (CD4); each has a specific partner.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)