Imunogenetika Marie Černá Přednáška No 635-T

Imunitní systém patří mezi základní mechanismy udržující stálost vnitřního prostředí organismu Jeho funkcí je zachování integrity organismu na základě rozpoznání škodlivého od neškodného, a touto cestou chrání organismus proti poškození zevního i vnitřního původu.

Studuje zákonitosti dědičnosti rozpoznávání antigenů. Imunogenetika Studuje zákonitosti dědičnosti rozpoznávání antigenů.

Antigen = jakýkoli faktor: biologický / chemický, přírodní / umělý, tělu vlastní / cizorodý který vyvolá imunitní odpověď.

Imunita Vrozená imunita Získaná imunita První linie – integrita kůže a mukózy Druhá linie – nespecifická obrana - buněčná složka - humorální složka Získaná imunita

Vrozená imunita První linie – integrita kůže a mukózy – mechanismy obrany: mechanické (pohyb řasinek) chemické (mastné kyseliny, pH 3-5, lysozym) mikrobiální (normální mikrobiální flora)

Vrozená imunita Druhá linie – vlastní nespecifická obrana - buněčné komponenty: fagocytující buňky „natural killers“ (NK) buňky - humorální komponenty: komplementový systém interferony

Získaná imunita Specifická obrana pouze u obratlovců - buněčné složky: T - lymfocyty B - lymfocyty - humorální složky: protilátky produkované B - lymfocyty Indukce imunologické paměti

Získaná imunita plasmatické buňky cizí antigen lymfoblasty protilátky T efektorové lymfocyty plasmatické buňky cizí antigen lymfoblasty B lymfocyty T lymfocyty humorální imunita buněčná imunity

Získaná imunita Obratlovci reagují selektivně na široké spektrum cizích antigenů. Velká variabilita specifických imunitních reakcí je zakódována v genomu. Specifická selektivní odpověď je výsledkem somatické rekombinace a přestavby genů (antigenové receptory – TCR a Ig) a také rozsáhlého genového polymorfismu (antigen-prezentující molekuly – HLA).

Receptory B lymfocytů a T lymfocytů Přídatné řetězce

Antigenní receptory Imunoglobuliny (Ig) – humorální (buněčné) L – lehký řetězec – 2 izotypy  +  H – těžký řetězec – 5 izotypů μ, δ, γ, ε, α Receptory T lymfocytů (TCR) – buněčné α řetězec (nebo δ řetězec) β řetězec (nebo γ řetězec) Každý řetězec obsahuje: - konstantní oblast - variabilní oblast s V, (D), J subsegmenty – místo vazby antigenu

chromozom č.:

Imunoglobuliny (Ig) 2 těžké, 2 lehké řetězce

Genetická diverzita Geny jsou přestavěny, v průběhu aktivace lymfocytů, rozdílně a specificky pro každou buňku – somatická rekombinace Alelická exkluze: Každá protilátka (receptor T lymfocytu) obsahuje kombinaci 2 řetězců (H+L, α+β) jednoho typu – aktivní geny pouze na 1 chromozomu (transkripce z 1 alely/haplotypu)

Genetická diverzita Kombinace V, D a J segmentů: V 1-100 „variable“ segment D 1-20 „diversity“ segment (rozmanitost) J 1-10 „joining“ segment (připojení) Nepřesnost spojování těchto segmentů Náhodné vmezeření nukleotidů do oblasti spojení segmentů Somatické mutace v J segmentu

Somatická rekombinace IgH lokus: V-D-J kombinace C- pro M,D,G,E,A konstantní oblast – určuje třídu Ig V1 V100 D1 D20 J1 J2 J3 J4 J5 C V100 J1 J2 J3 J4J5 C1 V100 J1-10 C1-10 V  D J C Ig L kappa Ig L lambda IgL lokus: V-J kombinace

Receptory T lymfocytů (TCR)

Receptory T lymfocytů (TCR)

Genetická diverzita Ig a TCR genů Mechanismus Imunoglobuliny H řetězec L řetězec TCR a b Variabilní domény 250 – 1 000 250 75 25 Počet D segmentů 12 0 0 2 Počet J segmentů 4 4 50 12 Počet kombinací 65 000 - 250 000 1 825 Celková diverzita 1011 1016

Antigen presentující systém ve vazbě na TCR Hlavní histokompatibilní komplex (MHC): skupina genů na jednom chromozomu. Tento genový komplex byl objeven po zjištění, že histokompatibilita, tj. schopnost přijímat štěp (transplantát), závisí na tom, zda dárce a příjemce sdílejí stejný MHC haplotyp. MHC antigeny u člověka: Lidské leukocytární antigeny - poprvé detekovány na leukocytech

HLA komplex obsahuje 3 třídy genů (I, II, III) jeden z nejvíce polymorfních lokusů v lidském genomu (5 500 alel) dědí se vcelku jako haplotyp

HLA komplex 6

HLA třída I a třída II transmembranové proteiny prezentují antigeny pro TCR receptory na T- lymfocytech - TCR receptor rozpozná pouze antigen s MHC molekulou součást buněčné imunitní odpovědi třída I – sérologicky definované antigeny obsahuje geny, každý gen kóduje jeden α řetězec – klasické: A, B, C – na všech jaderných buňkách rozeznávány cytotoxickými CD8+ T-lymfocyty – neklasické: E, F, G – na určitých tkáních (placenta) rozeznávány NK buňkami – působí inhibičně třída II = oblast D – antigeny definované na buněčné úrovni lokusy: DP, DQ, DR, každý lokus obsahuje α + β řetězce na antigen prezentujících buňkách (makrofágy, B lymfocyty) rozpoznávány helpery CD4+ T-lymfocyty

HLA třída III většinou sérové proteiny součást humorální imunitní odpovědi + další geny bez vztahu k imunitnímu systému Systém molekul komplementu: C2, C4, faktor B Cytokiny: tumor nekrosis faktor (TNF) Heat shock proteins (HSP) Enzymy: 21-hydroxyláza (mutace genu = kongenitální adrenální hyperplazie) Gen pro hemochromatózu

HLA třída I (β2 mikroglobulin je kódován na chromozomu 15) Extracelulární část alfa řetězce obsahuje 3 domény: 1 2 3 (β2 mikroglobulin je kódován na chromozomu 15) Polymorfní 1 a 2 domény vážou antigenní peptidy.

HLA třída II Extracelulární části beta a alfa řetězců obsahují 2 domény: β1 β2 a 1 2 Polymorfní β1 a 1 domény vážou antigenní peptidy.

Polymorfismus alel HLA komplexu oblast třída I třída II klasická neklasická DR DQ DP gen A B C E F G DRA DRB DRB1 DQA1 DQB1 DPA1 DPB1 počet alel 965 1543 626 9 21 46 3 855 762 35 107 28 138

Haplotyp = haploidní genotyp = skupina alel na jednom chromozomu - každý rodič má dva haplotypy a jeden z nich předává svému dítěti Geny jsou úzce vázány => alely se dědí společně Alely jsou kodominantní

Důležitost HLA: transplantace buněčná imunita prediktivní medicína JEAN DAUSSET (1916-2009) 1980 Nobelova cena v oboru Fyziologie a medicíny za objev HLA 1952 – aglutinace bílých krvinek indukovaná sérovými protilátkami 1958 – první leukocytární antigen Důležitost HLA: transplantace buněčná imunita prediktivní medicína antropologie

Transplantace a MHC MHC kompatibilita – transplantát je přijat donor + příjemce mají stejné MHC antigeny/alely MHC inkompatibilita – štěp je odmítnut donor + příjemce mají různé MHC antigeny/alely Reakce štěpu proti hostiteli (u transplantace kostní dřeně při neshodě v MHC) Imunosuprese příjemce => T lymfocyty dárce reagují proti buňkám příjemce

Transplantační zákony 1. H1H1 H1H1 2. H1H1 X H2H2 3. H1H1 x H2H2 X X F1: H1H2

Transplantace a HLA Orgány nebo tkáně Imunologické vyšetření: virologické (HIV,HBV,CMV) ABO a Rh kompatibilita cross match - křížová zkouška: - HLA protilátky příjemce (po transfuzích nebo porodech) proti HLA molekulám dárce

Transplantace a HLA Kostní dřeň Ledviny (a pankreas) kompletní HLA shoda na všechny geny (A,B,C, DR,DQ,DP) Ledviny (a pankreas) křížová reakce - negativní poloviční HLA shoda na 3 geny (třída I - A, B, třída II - DR) Játra, plíce, srdce

Transplantace a HLA Registr dárců kostní dřeně Čekací listina příjemců ledvin

Prediktivní medicína HLA asociace s autoimunitními chorobami  

Antropologie Populační studie Američtí indiáni mají významný stupeň restrikce HLA polymorfismu Severoameričtí – běloši - 27 DR alel Severoameričtí Indiáni - 20 DR alel Argentinští Indiáni - 8 DR alel Brazilští Indiáni - 5 DR alel

Krevní skupiny

Krevní skupiny : A, B, AB, O chromozom 19 - antigen H = prekurzor (hh Bombay alela) chromozom 9 - antigeny A, B skupina genotyp Aglutinin v séru A AA, Ai anti B B BB, Bi anti A AB - ii anti A, anti B podskupiny A 1-5 podskupiny B 1-2

Krevní skupina AB A a B žádné AB, A, B, 0 A B A a AB A a 0 B a AB Antigeny Protilátky Dárcem pro Příjemcem od AB A a B žádné AB, A, B, 0 A B A a AB A a 0 B a AB B a 0

Rh systém chromozom 1 Rh antigeny DD, Dd, dd (C, E) Rh + 83% Rh - 17% Inkompatibilita matky a plodu matka Rh- (dd) otec Rh+ (DD, Dd) dítě Rh+ (Dd) Protilátky ( IgG) z mateřského séra procházejí placentou a lyzují červené krvinky plodu! MN system Krevní skupiny: M genotypy: MM N NN MN MN

Literatura Klinická genetika, překlad 6. vydání Thompson & Thompson Triton, 2004 Kapitola 14: Genetika imunitního systému Hlavní histokompatibilitní komplex (MHC), Imunoglobuliny, Antigenní receptory T-buněk stránky 268 – 275,278

Literatura Medical Genetics at a Glance, second edition, Dorian J. Pritchard & Bruce R. Korf Blackwell Publishing, 2008 (Základy lékařské genetiky, Galén, 2007) Part 2: Medical genetics 42 pages 102 – 103