A hisztokompatibilitási rendszer sejtbiológiája és genetikája

Klinikai Immunológia Budapest, 2020.02.27Rajczy Katalinrajczy.katalin@gmail.com

• Szinte minden sejt felszínén jelen van.

• Az MHC-gének kb. 400 millió évvel ezelőtt a porcos halakbanjelentek meg.

• Felfedezése: egérben (1937), emberben (1953)

• Nagymértékű polimorfizmus jellemzi

• Emberben Humán Leukocita Antigén (HLA) az elnevezése

• Fontos immunfolyamatokban van szerepe

A fő szöveti összeférhetőségi génkomplex(Major Histocompatibility Complex) MHC

Miért olyan fontos a HLA rendszer?

• Az emberi faj túlélésének egyik legfontosabbmeghatározó tényezője (a saját és a nem-saját felismerése)

• Központi szerepet játszik az immunválaszelindításában

• Első helyen áll az immunológiai és nemimmunológiai betegségekkel szembenifogékonysággal való asszociációban

Jean Dausset (1916–2009)

‘A HLA rendszer atyja’

A HLA rendszer megismerése

A HLA gének a 6. kromoszómán

A humán MHC régió

hla.alleles.org

Az MHC proteinek két típusa:

II. osztály

HLA-DR, -DQ, -DP

Immunsejtek felszínén

Indukálható más sejteken is (endotél sejtek)

I. osztály

HLA-A, HLA-B, HLA-C

Minden sejt felszínén*

*Not on red blood cells

A HLA I. és II. osztályú molekulák szerkezete

Polimorf pozíciók

A peptidkötő zseb felülnézete

Polimorf pozíciók

A peptidkötő zseb felülnézete

Az antigénkötő zseb aminósav-szekvenciája

HLA Class I GenesHLA Class I

Gene A B C

Alleles 5,907 7,126 5,709

Proteins 3,720 4,606 3,470

0 alleles 308 244 243

hla.alleles.org 2019.09.20

HLA Class II

Gene DRA DRB DQA1 DQB1 DPA1 DPB1

Alleles 29 3,331 229 1,795 168 1,537

Proteins 2 2,357 98 1,194 65 1,006

0 alleles 0 141 6 77 3 80

Az ismert HLA allélek száma folyamatosan növekszik

Miért van szükség ennyi allélre?- megváltozik az antigénkötő zseb szerkezete

A polimorf oldalláncok megváltoztatják a peptidkötő zseb jellegzetességeit

-> többféle peptid felismerése lehetséges populációs szintenThe HLA FactsBook Author(s):Steven G.E. Marsh, Peter Parham and Linda D. Barber

Az emberi sokféleség evolúciója; a migráció és a szelekció hatása

• A genetikai változások hozták létre a modern HLA alléleket az evolúció ideje alatt

• Az emberek migrációja Afrikából

• Egyedi variációk kiválogatódása a patogének hatására

• Egyedi variációk véletlenszerű vesztése

Genus „Homo” appears~2.5 million years ago

Példa két allél előfordulása alapján

egy allél, amelyet Afrikából hoztak az Észak-Európát benépesítő emberek

egy allél, amely mutációval jöhetett létre az Ázsiát benépesítő embereknél

Az allélek és haplotípusok megoszlása követhető a világban

HLA-A*02:05 B*52:01 DRB1*15:02

A HLA-A allélek öröklődése

a családban

➢ 4 lehetséges genotípus a gyermekeknél➢ lehet heterozigóta vagy homozigóta ➢ 1:4 eséllyel örökli két testvér ugyanazt a két allélt

HLA haplotípusok

Apai 6. kromoszómaAnyai 6. kromoszóma

Haplotípus: az allélek kombinációja egy kromoszómán

A haplotípusokelkülönülése a

családban

Identikus két testvér, ha mindkét haplotípusban egyeznekHaploidentikus két személy, ha egy közös haplotípusuk van

Rekombinánshaplotípusok a

családban

Rekombináció: a számfelező osztódás fázisában a génszakaszok kicserélődése homológ kromoszómák között.:

Esély az egyező testvérre1 – (0.75)n n = testvérek száma

testvérek száma esély (%)

1 252 443 584 685 766 827 878 909 92

10 94

A HLA antigének/allélek nevezéktana

HLA - A * 24 : 02 : 01 : 01

Locus Asterisk Allele family(serological where possible)

Aminoacid difference

Non-coding(silent)polymorphism

Intron,3’ or 5’

polymorphism

N = nullL = lowS = Sec.A = Abr.

HLA - A * 24 : 02 : 01 : 02 : L

A klasszikus HLA gének funkciója

A klasszikus HLA gének: HLA-A, C, B, DRB1, DQB1, és DPB1 termékei alapvető szerepet

játszanak az immunválaszban

Az I. és II. osztályú molekulák a peptideketa sejt különböző részeiben kötik

Antigén (idegen peptid)prezentáció és T sejt felismerés

Az NK sejtek összekapcsolják a veleszületett és adaptív választ

HLA molecules also function as ligands for the Natural Killer (NK) cell surface molecules involved in NK cell responses

Human KIRs Binding Site on the Surface of MHC Class I Molecule

Examples of the role of MHC genes in immune functions

A HLA szerepe: előnyök és hátrányok

Az MHC által kötött peptidek forrása

Saját

• Normál sejtfehérjék

Antigén (nem saját)

• Kórokozók

• Tumor-asszociált fehérjék

• Egyéb idegen fehérjék (oltóanyagok, gyógyszerek)

• Idegen HLA (transzplantáció)

Fertőző betegségek & HLA Effect Of Heterozygosity at HLA

On Progression to AIDS

A kórokozóra adott válasz egyénenként eltérő

HLA-B53 protects against malaria and its frequency is increased in malaria risk areas.

2%

25-40%

1%

HLA és autoimmun betegségek

• 47 évvel ezelőtt számoltak be először róla

• B27 és az Ankylosing Spondilitis (Bewertonet. Al, 1973, Schlosstein et al, 1973)

• több száz betegséget írtak le, amelyekbizonyos HLA genotípusokkal társulnak

• Kérdés, mi a magyarázata azasszociációnak?

Melyek a valószínű mechanizmusok?

1. A HLA molekulák a T sejtek részére történő peptidbemutatásban való szerepe

- a HLA prezentálja a betegséget kiváltó saját peptidet, nem saját peptidet vagy megváltozott saját peptidet

2. T-sejt repertoár befolyásolása (szelekciós folyamat)

3. A HLA biológia további szempontjai

4. Nem a HLA nem játszik közvetlen szerepet, hanem más kapcsolt gének ebben a régióban, pl. a HFE -örökletes haemochromatosis

A HLA tipizálás klinikai felhasználása

o Populációs vizsgálatok

o Betegség-asszociáció

o Farmakogenomics

o Trombocita transzfúzió

o Transzplantáció: donorkiválasztás

- szerv

- vérképzőrendszeri őssejt

A transzplantációs immunológia feladata a transzplantációs folyamatban

HLA típus meghatározása

HLA-ellenes immunizálódás kimutatása:

– Ellenanyagok jelenléte

– Ellenanyagok specifitása

– Tiltott és megengedhető antigének definiálása

– Donorspecifikus ellenanyagok azonosítása

Keresztpróba a donor és recipiens között a kilökődési reakció előrejelzésére

A HLA-ellenes antitestek kimutatása és jelentősége

HLA immunizációt kiváltó tényezők • Terhesség

- Primer válasz: anyai keringésbe szüléskor bekerülő, a magzat apai eredetű HLA antigénjei ellen

- Szekunder immunválasz: a következő terhességek alatt a placentán átkerülő kis mennyiségű magzati antigén ellen

• Transzfúzió

- A vérkészítményben levő fehérvérsejtjek/trombocitákhatására citotoxikus HLA antitestek jöhetnek létre

• Transzplantáció

- Alloimmunizációt befolyásoló tényezők

donor és recipiens közötti hisztokompatibilitási különbség

recipiens immunválaszadó képessége

immunszuppresszió mértéke és minősége

Az ellenanyagkimutatás módszerei

Clin J AM Soc Nephrol 1:404-414, 2006 Mechanism of Alloantibodies

Hiperimmunizált beteg ellenanyagprofilja

A humorális alloimmunitás stádiumai

Clin J Am Soc Nephrol 1: 404, 2006

Az őssejtátültetés folyamata

gyógyszer

donor

Beteg Gyógyultallogén

autológfagyasztás

sugár megtapadás

www.ovsz.hu/ossejtdonacio

Őssejt átültetés indikációi

Jean Dausset, FR

1916 - 2009

1958: A HLA felfedezése

1980

Rose Payne, US

1909 - 1999

Jon van Rood, NL

1926 - 2017

1968 Az első transzplantáció: egypetéjű ikerpárnál

1968 Az első testvérdonoros átültetés

1973 Az első nem rokon donorral történt átültetés

Csontvelőátültetés - Bone Marrow Transplantation

Blut 1975 Dec;31(6):347-54

Bone marrow transplantation for aplastic anaemia

from a HL-A and MLC-identical unrelated donor.

Lohrmann HP, Dietrich M, Goldmann SF, Kristensen T,

Fliedner TM, Abt C, Pflieger H, Flad HD, Kubanek B,

Heimpel H.

Bone-marrow transplantation (BMT) from an unrelated,

HL-A-phenotype-identical, MLC-negative donor was

performed in a 31 year old woman with severe long

lasting aplastic anemia. ...

1990

Az őssejtátültetés fejlődésének idővonala1957-2006

EBMT 2013

1,000,000 átültetés

1971 Anthony Nolan Wiskott-Aldrich szindrómával született

1974 Shirley elindította az Anthony Nolan Csontvelődonor Regisztert

1979 Anthonynak nem lett egyező donora és 7 éves korában meghalt

Az önkéntes donor regiszterek kezdete

Nagyon sok család követte Shirley Nolan példáját

2018 szeptember 11-én a választható donorok száma:

32,360,678 önkéntes donor

961,497 köldökvér-egység

A WMDA partnere 134 szervezet 52 országban, amelyek rendelkezésre bocsájtják a donorok adatait a nemzetközi keresés céljára.

1994 World Marrow Donor Association

E.D. Thomas, US

1920 – 2012

John Goldman, GB1938 – 2013

Jon J. van Rood, NL

1926 - 2017

59

Új termékek/ Őssejt-források

• A csontvelőtől (BM) a perifériás vérsejtekig

• A köldökvér-felhasználás bevezetése és csökkenése (UCB)

• A „haplo” átültetés és a sejtterápiák előretörése

Változó trendek

60

• A HLA tipizálás új módszere: NGS

• Az ismert allélek számának rohamos emelkedése

Változó trendek

https://www.genome.gov/images/content/costpermb_2017.jpg

class-I SSO/SSPclass-II SSO/SSPearly Sanger NGS

courtesy of Prof. Steve Marsh (hla.alleles.org)

Honnan jön az önkéntes, nem rokon donor?

Segítség a donorkereséshez:Segítség a donorkereséshez:

A donor kiválasztása őssejtátültetéshez

Első választás: HLA azonos testvér

HLA egyező nem rokon donor

Ha nincs

1-2 HLA tulajdonságban eltérő

nem rokon donor

Köldökzsinórvér(1 vagy több

egység)

Haploidentikus(50%-ban egyező)

családi donor

www.ovsz.hu/csvwww.ovsz.hu/ossejtdonacio

Ha nincs

Az átültetés sikerét befolyásoló tényezők a beteg (recipiens) és a donor oldaláról

HLA egyezés(A, B, Cw, DR, DQ, DP)

NemD/R

Az immunrendszeregyéb génjei

D/R

ÉletkorD/R

R= RecipiensD= Donor

Virológiastátusz

(CMV) D/R

Eredeti betegség (stádium és

súlyossági fok) R

Kondicionálástípusa R

Időtartamdiagnózis -> átültetés

D/R

Őssejt forrása D

Legyen minél

fiatalabb!

Legyen férfi!

Legyen a CMV státusa

egyező a betegével!

Megbízható regiszter, minél

közelebb!

Supporting Global Development

WMDA supports its members to develop and grow, so that moretransplant patients find the most suitable match:

• Improving the donor pool: numbers, typing, age, availability

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

0

2,000,000

4,000,000

6,000,000

8,000,000

10,000,000

12,000,000

14,000,000

All donors

year

North America

South America

Africa/Australia/Pacific

East Asia

West Asia

Europe

A nemzeti és a külföldi betegek részére biztosított őssejtkészítmények száma

Őssejtátültetés a klinikai gyakorlatban Nem rokon donorral történt átültetések Magyarországon 1990-2018 (n: 881)

2 0

61

62

6 5 4 59 8

12

21 2327

4246

4953 54

68

59

81

73 7471

75

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

www.ovsz.hu/ossejtdonacio67

Őssejtátültetések nem rokon donorral őssejtforrás és betegcsoport szerint 2018-ban

perifériás vér 9

csontvelő17

köldökvér1

perifériás vér 47

csontvelő1

Gyermek betegek Felnőtt betegek

www.ovsz.hu/ossejtdonacio

4513

9

3111

Az őssejtet adományozó nem rokon donorok megoszlása származási ország szerint 2018-ban

német

lengyel

amerikai

izraeli

svéd

olasz

holland

www.ovsz.hu/ossejtdonacio

Őssejtetadományozott

19 donorunk

Nemzetközi regiszter

34 millió donorMagyar regiszter:

7114 donor

Betegeink őssejtetkaptak:

897 donortól

www.ovsz.hu/ossejtdonacio

71

General information for patients and carersconsidering haematopoietic stem cell

transplantation (HSCT) for severe autoimmunediseases (ADs):

A position statement from the EBMT AutoimmuneDiseases Working Party (ADWP), the EBMT Nurses

Group, the EBMT Patient, Family and Donor Committee and the Joint Accreditation Committee

of ISCT and EBMT (JACIE)

Helen Jessop1●Dominique Farge2,3,4,5●Riccardo Saccardi6●TobiasAlexander7●Montserrat Rovira8●Basil Sharrack9●Raffaella Greco10●NicoWulffraat11●John Moore12●Majid Kazmi13●Manuela Badoglio14●Gillian

Adams15●Bregje Verhoeven15●John Murray16●John A. Snowden

Bone Marrow Transplantation 2019 https://doi.org/10.1038/s41409-019-0430-

Mechanism of immune re-setting with autologous HSCT in autoimmune diseases

Summary of major categories and types of autoimmune diseases treated with HSCT in the EBMTregistry, as per August 2018

EBMT activity—autologous HSCT for MS, other immune-mediated neurological diseases and other autoimmune diseases by year, 1994–2018

(N = 2766)