HLA alueen geenit ja niiden funktiot Maisa Lokki, dosentti Transplantaatiolaboratorio Haartman Instituutti 29.1.2014
Vieras versus oma Immuunijärjestelmä puolustaa elimistöä haitallisia organismeja vastaan tunnistamalla ne vieraaksi Immuunijärjestelmä tunnistaa sokeri- ja peptidiantigeeneja Immuunijärjestelmässä poistetaan omia rakenteita tunnistavat komponentit Omaa elimistöä vastaan kohdistuva immuunivaste aiheuttaa autoimmuunitauteja
Elinsiirroissa immuunijärjestelmä tunnistaa siirretyn elimen vieraaksi ja pyrkii tuhoamaan sen. Elinsiirtoja tehty satoja vuosia: ihonsiirtoja, eläinkokeita, 1954 ensimmäinen onnistunut munuaisensiirto identtiseltä kaksoselta (USA) HLA-järjestelmän löytyminen perustui 1900-luvun alussa hiirillä tehtyihin transplantaatiokokeisiin (tuumoritx) (Peter Gorer & George Snell) 1958 HLA järjestelmä (Jean Dausset, Jon van Rood, Rose Payne) löytyi tutkimalla leukosyyttejä agglutinoivia seerumeita, ensimmäinen tunnistettu HLA-antigeeni eli molekyyli (myöh. osoittautui HLA- A2) (Dausset & Snell 1980 Nobel palkinto) 1967 ensimmäinen havainto, että HLA-antigeenit liittyvät tauteihin( Hodgkinin tauti), 1973 AS
ELINSIIRROT SUOMESSA 2005-2013 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 Munuainen 18.12.1964- Maksa 1982- Sydän 1985- Keuhko 1990-189 199 177 175 180 150 173 210 166 49 52 56 50 48 47 53 53 43 21 22 18 22 13 21 18 17 12 15 26 23 15 13 12 11 14 9 Sydänkeuhko 1988- - 1 - - - - 4 1 - Haima 2010- Ohutsuoli 2010-10 8 1 2 1 2-1 Yhteensä 285 310 275 265 254 230 259 295 230 http://www.scandiatransplant.org/ http://www.lahjaelamalle.net/ Munuais- ja maksaliitto ry
Munuaissiirten elinikää alentavia tekijöitä: kylmäiskemia-aika hitaasti toimiva siirrännäinen multispesifiset vasta-aineet HLA epäsopivuus
HLA-järjestelmän lääketieteellinen merkitys Elinsiirrot Siirtoa ennen arvioidaan potilaan ja luovuttajan ABO-sopivuus ja HLA-tekijöiden samankaltaisuus/sopivuus. Siirrännäinen: auto-, allo- tai ksenografti Kadaver-luovuttaja: munuais-, sydän-, maksa- ja haimasiirto Sisarus-tai rekisteriluovuttaja: luuydin / kantasolusiirto HLA-välitteiset immuunimekanismit, jotka liittyvät graftin toimintakykyyn: Host vs Graft reaktio: suora, epäsuora Graft vs Host Mikrokimerismi (toleranssi) Autoimmuunitauti (virus)infektiot Taudit HLA-geenit voivat suojata tai altistaa taudeille autoimmuunitaudit, infektiotaudit, syöpätaudit Rokotteet
HLA (Human Leukocyte Antigen) on immuunijärjestelmän perusta opittu ja luonnollinen immuniteetti Anil Palikhe, PhD Academic Dissertation 2008.
T-solun aktivoituminen ja jakautuminen tapahtuu erilaisten reseptoritunnistusten seurauksena Thervet et al. 2011
HLA- molekyylit esittelevät antigeenisiä peptidejä T-soluille Solun pinnalla on 100,000-250 000 kutakin HLA I-luokan (A ja B ) proteiinia, HLA-C vähemmän. Solun pinnalla yksi HLA-proteiini pystyy sitomaan 1000-10000 erilaista peptidiä. Tyypillisesti HLA-tekijään (esim. HLA-A1) on liittyneenä >1000 erilaista peptidiä. Epästabiili ilman sitoutunutta peptidiä, yleisimmin sitoutuneena on oma peptidi. HLA-tekijöiden kodominantti periytyminen lisää peptidien esittelyn tehokkuutta. HLA-I-molekyylissä on yksi α-ketju, ligandi TCR CD8+ T-soluissa ja KIR-reseptori NKsoluissa HLA-II-molekyylissä on α ja β ketjut yhdessä, ligandi TCR CD4+ T-soluissa
Elinsiirron indusoimat alloreaktiot (A) Direct: Saajan CD4 ja CD8 T-solut tunnistavat luovuttajan antigeenia esittelevän MHCpeptidimolekyylin vieraana (B) Indirect: Saajan CD4 solut tunnistavat luovuttajasta peräisin olevia peptidejä vieraana (C) Semidirect: Saajan antigeenia esittelevässä solussa on sekä omia että luovuttajan MHC molekyylejä: sekä suora että epäsuora tunnistus
HLA-geenit muovaavat yksilöllistä vastustuskykyämme Antigeenin pilkkomista peptideiksi ja peptidien kulkeutumista ja muovautumista soluissa (autofaagi-prosessissa) säätelevät monet MHC-alueen geenit. Ne ovat eri MHC-geenejä kuin peptidien esittelyyn liittyvät geenit (HSC70, LAMP-2A, HLA-DM). Solunsisäisistä proteiineista pilkotut peptidit esitellään HLA-I-luokan molekyyleissä CD8 T-soluille ja ulkoisista proteiineista pilkotut peptidit HLA-II luokan molekyyleissä CD4 T-soluille Chaperone-mediated autophagy Endosome /Lysosome enzymes Münz, 2009
HLA-I, -II ja -III geenialueet (luokat) Klassiset transplantaatiogeenit I- ja IIalueella. 250 geeniä, joista immuunivasteessa ja tulehdusreaktioissa toimivia 40% III-alueen geenit eivät ole varsinaisia HLA-geenejä (n. 60 geeniä) MHC-alue n. 4 Mb, josta III-luokkaa viidesosa (800 kb). HLA-geenit ovat MHC-alueella (Major Histocompatibility Complex)
Klassisten transplantaatiogeenien periytyminen Kodominantti periytyminen: vanhemmilta perityissä HLA-geeneissä molemmat HLA-alleelit ekspressoituvat HLA I-luokan geenit ekspressoituvat kaikissa tumallisissa soluissa HLA-II-luokan geenit ekspressoituvat B- ja aktivoituneissa T-soluissa
Klassiset transplantaatiogeenit (A,B,C,DRB,DQB,DPB) ovat ihmisgenomin monimuotoisimmat geenit Monimuotoisuus kehittynyt mikrobien aiheuttaman valintapaineen seurauksena Väestössä monenlaisia alleeleita, tehokas vastustuskyky, esim: DRB1: 1411 alleelia, 1047 proteiinia, 27 nolla-alleelia B: 3285 alleelia, 2459 proteiinia, 109 nolla-alleelia HLA-geenit periytyvät yhtenä ryhmänä, haplotyyppinä (HLA-A,B,DR) HLA-alueen geeneillä on poikkeuksellisen suuri kytkentäepätasapaino: tietyt haplotyypit odotettua yleisempiä tai harvinaisempia Väestöryhmissä ja roduissa haplotyyppien yleisyydet vaihtelevat Suomalaisilla on omanlainen haplotyyppijakauma Kantasolusiirroissa vajaalle kolmasosalle potilaista löytyy suomalainen luovuttaja. hla.alleles.org
Figure 3-23
Peptidin sitoutuminen HLA-molekyyliin Antigeenipeptidi-HLA-kompleksi on stabiili, T 1/2 ~ 24 t Yhdenlaisia peptidi-hla-komplekseja on vaihteleva määrä; 1-5000 kompleksia / solu ( yleensä ~100). T-solun aktivaatioon tarvittava määrä vaihtelee; muutama (1?) - pari tuhatta riippuen T-solun affiniteetistä, aktivaatiosta ja antigeeni-hlakompleksia esittelevästä solusta. T-solun aktivaatio on voimakas TX-rejektiossa verrattuna esim. virusinfektion responssiin (Tsolukloonien määrä 10% vs 1% tai vähemmän) TX-rejektiossa vieras peptidi voidaan esitellä sekä vieraassa että omassa HLA-molekyylissä Peptidi-HLA-kompleksi säätelee imusolujen kypsymistä, erilaistumista, aktivoitumista
Rejektiossa aktivoituvat T-solu responssit antigeenitunnistuksen jälkeen Keränen M. 2014, Dissertation
T-solujen aktivoituminen ja erilaistuminen soluja tuhoaviksi tai suojaaviksi on riippuvainen paikallisesta sytokiini -mikroympäristöstä. Lievä Inflammaatio siirteessä Sanchez-Fueyo & Strom, 2011.
Immunosuppressiivisten lääkeaineiden vaikutuskohdat Thervet et al. 2011
HLA-järjestelmän lääketieteellinen merkitys Elinsiirrot Siirtoa ennen arvioidaan potilaan ja luovuttajan ABO-sopivuus ja HLA-tekijöiden samankaltaisuus/sopivuus. Siirrännäinen: auto-, allo- tai ksenografti Kadaver-luovuttaja: munuais-, sydän-, maksa- ja haimasiirto Sisarus-tai rekisteriluovuttaja: luuydin / kantasolusiirto HLA-välitteiset immuunimekanismit, jotka liittyvät graftin toimintakykyyn: Host vs Graft reaktio: suora, epäsuora Graft vs Host Mikrokimerismi (toleranssi) Autoimmuunitauti (virus)infektiot Taudit HLA-geenit voivat suojata tai altistaa taudeille autoimmuunitaudit, infektiotaudit, syöpätaudit Rokotteet
Esimerkki kudossopeutuvuuden (HLA-A,B,DRB) arvioinnista elinsiirroissa: Munuaissiirto (host vs graft D) Potilas HLA-A1,25 B17,18 DR1,13 MissMatch grade eli sopivuus: A+B DR eroavuudet suunnassa luovuttaja potilas Veli HLA-A2,25 B18, 18 DR1,15 Veli: 1-1 keskinkertainen Puoliso HLA-A1,3 B17,18 DR7,15 Puoliso: 1-2 huono Äiti HLA-A25,25 B40,18 DR1,7 Äiti: 1-1 keskinkertainen
Esimerkki kudossopeutuvuuden (HLA-A,B,C,DRB,DQB,DPB) arvioinnista elinsiirroissa: Luuydinsiirto (graft vs host D) Potilas: HLA-A1,25 B17,18 DR1,13 Veli: HLA-A2,25 B18, 18 DR1,15 HLA-A1,25 B17,18 DR1,13 Puoliso: HLA-A1,3 B17,18 DR7,15 MissMatch grade eli sopivuus: A+B DR eroavuudet suunnassa potilas luovuttaja Veli: 2-1 ei sovi Puoliso: 1-2 ei sovi HLA-A1,25 B17,18 DR1,13 Lapsi: HLA-A1,1 B17,17 DR7,13 Lapsi: 2-1 ei sovi
HLA-tutkimuksissa voidaan käyttää monenlaisia menetelmiä HLA-tyypitys ristikokeet (siirto, seuranta) HLA-vasta-ainetestaus (multispesifiset potilaat) PCR (SSP, RT, oligohybridisaatio,etc.) Sekvenointi Serologia (sytotoksisuustesti) Virtaussytometria Soluviljely-stimulaatiotestit
HLA-tyypitys: PCR (SSP, RT, oligohybridisaatio, sekvensointi, etc.
HLA-tyypitys: sytotoksinen testi, oligohybridisaatio