Imunodeficience Anna Šedivá Ústav imunologie FN Motol a UK 2.LF

Evoluce imunity procaryota, bakterie 1.5 eucaryota 0.5 mnohobuněčné organismy miliardy let

Evoluce imunity procaryota restrikční enzymy opbratlovci lymfatické tkáně a orgány histokompatibilní komplex u savců bezobratlí antimikrobiální látky lectiny, lysozym fagocytóza

Evoluce imunity, infekce a imunita An ancient evolutionary origin of genes associated with human genetic diseases Tomislav Domazet-Lo and Diethard Tautz Max-Planck Institut für Evolutionsbiologie Accepted for publication September 19, 2008 Several thousand genes in the human genome have been linked to a heritable genetic disease. The majority of these appear to be non- essential genes (i.e. are not embryonically lethal when inactivated) and one could therefore speculate that they are late additions in the evolutionary lineage towards humans. Contrary to this expectation, we find that they are in fact significantly over-represented among the genes that have emerged during the early evolution of the metazoa. Using a phylostratigraphic approach, we have studied the evolutionary emergence of such genes at 19 phylogenetic levels. The majority of disease genes was already present in the eukaryotic ancestor and the second largest number has arisen around the time of evolution of multicellularity. Conversely, genes specific to the mammalian lineage are highly underrepresented. Hence, genes involved in genetic diseases are not simply a random subset of all genes in the genome, but are biased towards ancient genes.

Imunitní systém B T CD4 plasm.b. T CD8 obecné obranné mechanismy vrozená imunitazískaná imunita

Imunodeficience imunodeficience nádory alergie autoimunita primární vrozené poruchy, způsobené mutacemi genů pro jednotlivé složky imunitního systému sekundární poruchy imunity nasedající na základní onemocnění

Primární imunodeficience B T CD4 plasm.b. T CD8 vrozená imunitazískaná imunitaobecná obrana nepohyblivost řasinek deficity baktericidních složek deficity fagocytózy deficity komplementu deficity protilátkové deficity buněčné a kombinované

Primární imunodeficience základní dělení na deficity humorální(asi 70%) buněčné a kombinované(asi 20%) fagocytární(asi 10%) deficity komplementu(méně než 1%) incidence1: (deficit IgA) 1: (SCID)

Primární imunodeficience Další dobře definové ID 17.67% Syndromy autoimunity a imunodysregulace 1.31% „Autoinflammatory syndromes“ 1.03% Neklasifikované PIDs 2.42% Protilátkové deficience 53.96% Deficience T buněk 8.86% Fagocytární deficience 12.73% Deficience komplementu 2.01% poruchy vrozené imunity

Vývoj imunity dítěte vývoj imunokompetentních buněk je spojen s hematopoezou, jež začíná v 1.měsíci embryogenese protilátky plodu jsou přeneseny od matky úloha FcRn cytokiny

DIFERENCIÁLNÍ DIAGNOSTIKA VROZENÝCH IMUNODEFICITŮ protilátkové buněčné a fagocytární komplementové kombinované častost výskytu cca 70% 20% 10% 1% začátek po 6.měsíci po narození po narození různý příznaků až do dospěl. až do cca 2 let v dětství i dosp. příznaky IHCD neprospívání omfalitis SLE IDCD IDCD adenitidy DLE otitidy průjmy pyodermie pyogenní inf. artritidy dermatitidy otitidy otoky původci opouzdřené viry,pneumocysty stafylokoky Neisserie nemocí mikroby plísně plísně echoviry mykobakterie enterobakterie

DIFERENCIÁLNÍ DIAGNOSTIKA VROZENÝCH IMUNODEFICITŮ protilátkové buněčné a fagocytární komplementové kombinované reakce na enterovirové všechny živé BCG nekonstantní očkování vakcíny vakcíny vakcína přežívání do dospělosti úmrtí obvykle i do dosp. různé v dětství příčina kardiovaskul. infekce infekce různé smrti komplikace tumory komplikace echovirové autoimunity infekce klinické m.Bruton- SCID chronická hereditární jednotky XLA granulomatóza, angioedém, ( příklad ) CVID LAD syndrom deficity jedn. IgA def. složek

Humorální imunodeficience řada onemocnění základní jednotky: přechodná hypogamaglobulinémie v dětství Brutonova agamaglobulinémie selektivní deficit IgA deficity podtříd IgG CVID (běžný variabilní imunodeficit) hyper IgM syndrom Wiskott Aldrichův syndrom B lymfocyt T lymfocyt CD40L CD40 T lymfocyt CD40L

Humorální imunodeficience Brutonova agamaglobulinémie B lymfocyt pre B lymfocyt na X chromozom vázaná agamaglobulinémie 1952 Dr.Bruton 1993 gen, btk, Xq

Humorální imunodeficience Hyper IgM syndrom B lymfocyt T lymfocyt CD40L CD40 forma vázaná na X chromozom gen, Xq26 CD40L T lymfocyty autozomálně recesivní susp. gen 12p13 AID (activation induced cytidinedeaminase) defekt v somatických hypermutacích

Primární protilátkové deficience – vývoj B lymfocytů

Molekuly, jejichž genová mutace je podkladem imunodeficitu v B lymfocytu BCR BLNK BTK CIITA HLA I. TAP1,2 HLA II. SLAM

Buněčné a kombinované imunodeficity řada onemocnění základní jednotky: di Georgeův syndrom SCID retikulární dysgenese deficience ADA deficience gama řetezce interleukinového receptoru, deficit JAK3 PNP deficience deficience MHC II. třídy deficience ZAP-70 Omennův syndrom

SCID porucha adenosin deaminázy deficience ADA, přibližně 25% SCID SCID T-B- deficit RAG2 rekombinázy SCID T-B+ X vázaný 70% deficit  řetězce receptoru pro cytokiny IL-2,IL-4, IL-7, IL-9 a IL-15 autosom.reces. 30% deficit JAK3 kinázy retikulární dysgeneze

SCID

Molekuly, jejichž genová mutace je podkladem buněčného imunodeficitu

Molekuly, jejichž genová mutace je podkladem imunodeficitu v T lymfocytu TCR CD3    ZAP-70 cytokine receptor  JAK-3 WASP p56 lck CD4 CD154 CD40L SLAM NFAT

Deficity fagocytózy řada jednotek základní onemocnění: chronická granulomatóza LAD syndrom 1, 2 deficit myeloperoxidázy deficit G6PD Chédiak-Higashi syndrom neutropenie

Fagocytární imunodeficience Chronická granulomatóza neschopnost fagocytů generovat reaktivní kyslíkové radikály genový defekt jedné či více podjednotek NADPH oxidázy na X chromozom vázaná forma defekt v genu pro gp91-phox - membránově vázaná část molekuly cytochromu b558 autozomálně recesivní forma defekt v genech membránových či cytoplasmatických podjednotek p47-phox, p67-phox, p22-phox fagocytující buňka NADPH oxidáza membránové a cytoplasmatické podjednotky

Fagocytární imunodeficience LAD syndrom deficit adhezivních molekul LAD syndrom I. - deficit leukocytárních integrinů CD 18

Deficity komplementu řada jednotek základní onemocnění: deficity časných složek komplementové kaskády deficity pozdních složek komplementové kaskády angioneurotický edém poruchy v alternativní cestě aktivace komplementu

Nové imunodeficience genetická vnímavost infekcím

Primární imunodeficience - vrozená imunita nové jednotky v oblasti interakce imunitního systému s infekcí Rozpoznání mikroorganismů v buňce probíhá na několika úrovních: TLR systém na membránách TLR na intracelulárních membránách Intracelulární sensory -NLRs, Nod1, Nod2, Ipaf and NALPs -Sensory virových infekcí RIG-I a Mda-5

Primární imunodeficience - vrozená imunita Imunodeficience asociované s herpetickou encefalitidou – TLR3, UNC-93B Imunodeficience asociované s bakteriálními (pneumokokovými) infekcemi – IRAK4 Anhydrotic epidermal dysplasia s virovými i bakteriálními infekcemi - NEMO poruchy v produkci interferonů

Nové imunodeficience mutace vedoucí k vnímavosti na infekce mykobakteriemi a dalšími intracelulárními patogeny Deficity v cestách IL 12 (IL 23) – IFN 

Prenatální diagnostika RA, předchozí sourozenec ID se známým genem, možná molekulární diagnostika

Prenatální diagnostika RA, předchozí sourozenec ID se známým fenotypem, prenatální diagnostika možná z fetální krve

Vyšetření u primárních imunodefitů anamnéza klinické vyšetření laboratorní vyšetření –KO –imunoglobuliny –specifické protilátky –počet, rozložení a funkce lymfocytů –komplement –počet a funkce fagocytárních buněk –genetické vyšetření –další

Vyšetření u primárních imunodefitů Protilátkové deficity Základní testy –Imunoglobuliny, vakcinační protilátky Specifické testy –Vyšetření fenotypu B lymfocytů, podtřídy IgG, vakcinační protilátky proti novým očkováním Výzkumné testy –Fenotypizace B panelu, biopsie uzlin či jiné tkáně, odpověď vůči neoantigenům, in vitro aktivace a buněk a sekrece protilátek, genetická analýza mutací

Vyšetření u primárních imunodefitů Buněčné deficity – T lymfocyty Základní testy –Počet lymfocytů, rtg plic (thymus) Specifické testy –Vyšetření fenotypu T lymfocytů, proliferační testy Výzkumné testy –Fenotypizace T panelu, cytotoxické testy, cytokiny a cytokinové receptory, enzymové testy (ADA,PNP), zobrazení thymu a funkce, TREC, testy apoptózy,biopsie uzlin či jiné tkáně, genetická analýza mutací

Vyšetření u primárních imunodefitů Fagocytární deficience Základní testy –KO, NBT test, IgE Specifické testy –Chemoluminiscence, funkce fagocytů, baktericidní testy, chemotaxe Výzkumné testy –Vyšetření adhezivních molekul, vyšetření enzymů (MPO, G6PD, NADPH oxidáza), genetická analýza mutací

Vyšetření u primárních imunodefitů Deficity komplementu Základní testy –CH50, C3, C4 Specifické testy –Aktivační testy Výzkumné testy –Aktivace alternativní dráhy, funkční testy, genetická analýza mutací

Terapie primárních imunodeficiencí Prevence Genetické poradenství Novorozenec s PID Pupečníková krev Okamžité imunol.vyšetření Rtg plic Izolace CMV neg., ozářené krevní produkty prevence Pneumocytové infekce Strava Očkování

Terapie primárních imunodeficiencí Antibiotika Profylaxe Pneumomocystis carinii Trimetoprim-Cotrimoxazol (2x denně, 3x týdně či jiné režimy) Kontinuální antibiotická terapie TMP/SMX denně v poloviční terapeutické dávce Azitromycin plná dávka 3 dny + 11 denní pauza Intraconazol u CGD Profyaktická antibiotika Stomatologické a chirurgické výkony Amoxycilin-gentamycin iv.před a 8 a 18 hodin po výkonu nebo po. různé režimy

Terapie primárních imunodeficiencí IVIG substituční léčba imunoglobuliny intravenosní imunoglobulinysubkutánní imunogloubliny indikace Brutonova agamaglobulinémie CVID hyperIgM syndrom Wiskott-Aldrichův syndrom fagocytární deficience další onemocnění intramuskulární imunoglobuliny hypo a agamaglobulinémie

Terapie primárních imunodeficiencí

Enzymová terapie PEG-ADA Cytokiny IFN gama u CGD, u IFN gama deficience spojené s vnímavostí k mykobakteriím, u hyper IgE syndromu G-CSF u neutropenie Anti-TNF terapie u granulomatózních projevů CVID

Terapie primárních imunodeficiencí Transplantace Orgánové transplantace Transplantace thymu a thymové tkáně Transplantace kostní dřeně HLA identický dárce Haploidentický dárce, T deplece Haploidentická Tx in utero MUD Pupečníková krev

Terapie primárních imunodeficiencí Genová terapie deficit ADA X vázaný SCID (LAD, chronická granulomatosa..)

Genová terapie a | In patients with severe combined immune deficiency (SCID), blocked lymphocyte production leads to immune deficiency. Blood cells are produced by the proliferation and differentiation of pluripotent haematopoietic stem cells (HSCs) through stages of lineage-restricted progenitors, the common lymphoid progenitor (CLP) and the common myeloid progenitor (CMP).These yield mature blood cells, including B cells (B), T cells (T), natural-killer cells (NK), granulocytes (Gran), monocytes (Mono), platelets (Plat) and erythrocytes (RBCs). Inherited mutations of genes that are needed for the production, survival or function of lymphocytes can cause severe combined immune deficiency (SCID), with absent or non-functional B, T and NK cells. b | The block to immune-cell production that occurs in patients with SCID leads to expansion of the progenitor-cell pool (CLPs). The number of CD34+ haematopoietic stem and progenitor cells obtained from the bone marrow of the youngest infant with X-linked SCID was relatively high for their size. This finding indicates that the pool of progenitor cells could be expanded in patients with X-linked SCID because of the absence of the c-chain, which is required for cytokine signalling and differentiation of CLP. c | Gene correction of haematopoietic and progenitor cells leads to immune reconstitution. In gene therapy for X-linked SCID, a retroviral vector was used to transfer the normal human c cDNA into HSCs that were isolated from the patient's bone marrow. Expression of c restores the cytokine response and allows differentiation of CLP to B, T and NK cells, yielding immune reconstitution. The success in immune reconstitution in these patients might be due to the large pool of progenitor cells that were available for transduction, and to the high level of engraftment of the genetically altered cells, due to the absence of endogenous mature lymphocytes.

Terapie primárních imunodeficiencí Imunomodulace U primárních imunodeficitů se prakticky nepoužívá, velmi omezený význam bez dokumentovaného efektu Thymové hormony Transfer faktor Isoprinosin Levamizol Peptidy a lipidy Rostlinné extrakty

Imunodeficience asociované se zvýšeným IgE patogeneze – různá podle jednotlivých nosologických jednotek Hyper IgE syndrom Omennův syndrom Wiskott Aldrich syndrom CGD SCID Hyper IgE syndrom Omennův syndrom Wiskott Aldrich syndrom laboratoř - vysoké IgE nalézané u primární ID klinika - projevy „atopie“ u primární ID

Hyper IgE syndromy sporadický a AD: multiorgánové postižení s abnormalitami měkkých tkání, kosterního systému AR-HIES: virové infekce, neurologické komplikace, chybí postižení kostry a zubů, nemusí být plicní cysty Etiologie: regulační porucha na úrovni T lymfocytů, abnormality chemokinů,? opakované stafylokokové abscesy, opakované ataky pneumonie s tvorbou cyst, vysoké hladiny IgE >2000 IU/ml Terapie: prevence a léčení infekcí, antibiotická a antimykotická terapie, léčba ekzému, drenáž abscesů, antistafylokoková profylaxe, interferony, substituce imunoglobulinů, nízké dávky CyA Individuální přístup

Hyper IgE syndrom Minegishi YMinegishi Y, Saito M, Tsuchiya S, Tsuge I, Takada H, Hara T, Kawamura N, Ariga T, Pasic S, Stojkovic O, Metin A, KarasuyamaSaito MTsuchiya STsuge ITakada HHara T Kawamura NAriga TPasic SStojkovic OMetin A Dominant-negative mutations in the DNA-binding domain of STAT3 cause hyper-IgE syndrome. Nature, Aug 2007 Holland SMHolland SM, Deleo FR, Elloumi HZ, Hsu AP, Uzel G, rodsky N, Freeman AF, Demidowich A, Davis J, Turner ML, Anderson VL, Darnell DN, Welch PA, Kuhns DB, Frucht DM, Malech HL, Gallin JI, Kobayashi SD, Whitney AR, Voyich JM, Musser JM, Woellner C, Schäffer AA, Puck JM, Grimbacher B.Deleo FRElloumi HZHsu APUzel Grodsky N Freeman AFDemidowich ADavis JTurner MLAnderson VL Darnell DNWelch PAKuhns DBFrucht DMMalech HLGallin JI Kobayashi SDWhitney ARVoyich JMMusser JMWoellner C Schäffer AAPuck JMGrimbacher B STAT3 Mutations in the Hyper-IgE Syndrome. NEJM Sep 2007

Omennův syndrom Infiltrace tkání a orgánů oligoklonálními T lymfocyty hepatosplenomegalie, lymfadenopatie, erytém, alopecie, eosinofilie, zvýšené IgE Terapie: HSCT s vysokým rizikem PID s oligoklonální expanzí T lymfocytů na podkladě mutací v RAG (recombinase activating gene) nebo Artemis porucha regulačních mechanismů

Wiskott Aldrich syndrom Na X-vázaná imundeficience s trombocytopenií, ekzémem a různým stupněm postižení protilátkové a buněčné imunity Mutace ve WAS proteinu WASP je hlavně exprimován v hematopoetických buňkách a reguluje reorganizaci cytoskeletu buňky v odpovědi na různé podněty včetně signalizace přes TCR. WASP je také lokalizován v imunologické synapsi mezi T lymfocyty a antigen prezentujícími buňkami, NK buňkami a cílovými buňkami. Terapie: HSCT, genová terapie? porucha regulačních mechanismů

Chronická granulomatóza Primární imunodeficience způsobená defekty v systému NADPH oxidázy. fagocyt NADPH oxidáza X – vázaná forma gp91-phox Autozomálně recesivní forma p47-phox, p67-phox, p22-phox Zvýšené IgE - ?

Nethertonův syndrom Trichorrhexis Invaginata Vzácné AR onemocnění, postižení kůže s dominancí ichtyózy, typické postižení vlasů – bamboo hair, atopie, potravinové alergie. Mutace 5q32 – SPINK5 (serine protease inhibitor, Kazal type-5) LEKTI – inhibitor serinových proteáz

Sekundární imunodeficience reverzní transkriptáza proteázy inhibitory reverzní transkripce inhibitory proteáz Virus HIV virová RNA transkripce do DNA CD4 V celosvětovém měřítku sekundárním imunodeficiencím dominuje onemocnění virem HIV a malnutrice.

Rozdělení sekundárních imunodeficiencí

Terapie imunodeficiencí Imunomodulace U primárních imunodeficitů se prakticky nepoužívá, velmi omezený význam bez dokumentovaného efektu Thymové hormony Transfer faktor Isoprinosin Levamizol Peptidy a lipidy Rostlinné extrakty

imunoterapie