Moderne Komplementanalytik Methoden und Indikationen Michael Kirschfink, Institut für Immunologie, Universität Heidelberg

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1 Moderne Komplementanalytik Methoden und Indikationen Michael Kirschfink, Institut für Immunologie, Universität Heidelberg Einführung Physiologie, Pathophysiologie and klinische Relevanz Analytik des Komplementsystems

2 Das Immunsystem spezifisch/angeboren unspezifisch/erworben zellulär T-Lymphozyten B-Lymphozyten Makrophagen NK-Zellen humoral Antikörper Komplement

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5 C3b

6 Komplementreaktion Klassischer Weg Immunkomplex C1 Y Y Lektin- Weg MBL MASP I MASP II C4, C2 Alternativweg Fremdoberfläche C3b C3 C3a C5 C6, C7 C8, C9n C5b-9 C5a

7 DC Aktivierung und Rekrutierung von Entzündungszellen Lyse Regulation der spez. Immunantwort Opsonisierung IC RES Phagocytose

8 Komplement als Mediatorsystem der Entzündungsreaktion

9 Plasma MCP/CD46 DAF/CD55 CR1/CD35 CD59 C1-Inhibitor C4 bp Faktor H Faktor I Clusterin S-Protein Carboxypeptidase N

10 Pathophysiologische Bedeutung des Komplementsystems Indikationen für Komplementanalytik

11 Primäre Immundefekte 7,4% 6,1% 2,5% 23,8% 31,9% 7,4% 5% 3,2% 17,6% 66,3% 2% 13,6% 70,8% EUROPE N = ,8% JAPAN N = ,8% AUSTRALIA N = 500 2% 9% 26% 5% LATIN AMERICA N = % 4,9% 7,4% 4,9% Humoral 28,7% SOUTH AFRICA N = ,1% Cellular / Combined Phagocytic Complement Other

12 I) Defekte des Komplementsystems C1-C8, B, P, MBL rezidivierende bakterielle Infekte C1, C2, C4 systemischer Lupus erythematodes C5-C8, P, MBL Neisserieninfekte C1 Inhibitor hereditäres Angioödem Faktor H -- hämolytisch-urämisches Syndrom, (FI, MCP, C3) MPGN CD55, CD59 paroxysmale nächtl. Hämoglobulinurie

13 C1 Inhibitor-Defekt Hereditäres Angioödem = Quinke Ödem Ursache? Analytik: CH50, C4, C1q, C1Inh (F+P) (anti-c1inh)

14 Komplement als Mediatorsystem der Entzündungsreaktion

15 II) Erkrankungen mit gesicherter Komplementbeteiligung Infektionserkrankungen--Sepsis ARDS/MOF/SIRS Vaskulitiden Nephritiden Ischämie/Reperfusionsschaden Angioödem, Capillary Leak Syndrome Autoimmunerkrankungen (v.a. SLE, RA) Transplantatabstoßung Transfusionsreaktionen Erkrankungen des ZNS (MS, GBS)

16 Komplement- Diagnostik sens. SchafsE C1-Inhibitor Prot/Fkt!! Y Y C1 klassischer Weg Mannan MBL,,MASPs Kaninchen/ Hühner E Alternativweg C3nef keine Lyse CH50 Einzelkomponenten C3 C5 C5b-9 AH50 C6, C7 C8, C9n C3a, C3d keine Lyse Einzelkomponenten SC5b-9

17 Algorhythmus der Komplementdiagnostik Primärer Defekt? Einzelfaktorenanalyse (Serum) Komponenten / Regulatoren: C1-C9, B, D, P, MBL C1-INH, fh, fi, SCPN - Protein - Funktion Gesamtfunktion Klassischer Weg Alternativer Weg Lektin Weg Auto-Antikörpernachweis Aktivierung? Komplementaktivierungsanalyse (EDTA-Plasma) Spaltprodukte: C3a, C3d, C4d, Ba, Bb Proteinkomplexe: C1r,s:C1-INH (klassischer Weg) C3b(Bb)P (alternativer Weg) sc5b-9 (terminale Sequenz) Familienanalyse C3-Nephritisfaktor (Serum) Auto-anti-C1q Auto-anti-C1-INH Auto-anti-Faktor H

18 K50% Funktionsanalyse im hämolytischen Test

19 ELISA für Komplementdefekte Klassischer wweg Lectinweg Alternativweg C4 C2 C3 C4 C2 C3 C1qrs C5 C6 C7 C8 C9 MBL/MASPs C5 C6 C7 C8 C9 P D C3 B C5 C6 C7 C8 C9 IgM Mannan LPS

20 Komplement- Parameter der Entzündungsdiagnostik im Gewebe/auf Zellen klassischer Weg C1q C4d Y Y C1 Alternativweg P C3 C3b, C3d Methoden: - Immunhistochemie - Cytofluorometrie C5 C6, C7 C8, C9n C5b-9 C5b-9 PNH: CD55 CD59

21 Fall: SLE und C1q Defekt Kirschfink et al, 1993, Petry, Kirschfink et al, 1995

22 Fall: SLE und C1q Defekt

23 Factor H binding to tissue

24 Haemolytisch-Uraemisches Syndrom (HUS) D+ Typische Form Shiga-Toxin E. coli O157:H7 Kinder, Diarrhö assoziiert D- Atypische Form Genetisch; sporadisch and familiär Erwachsene, Nicht Diarrhoe-ass. Mikroangiopathie Thrombocytopenie Akutes Nierenversagen Analytik: CH50, APH50, C3, C3d FH, FI, MCP

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26 Multiple Genetische Defekte bei ahus Faktor H (~20 %) Warwicker et al. 1999, Neumann/Zipfel 2003, Noris et al. 2003) MCP Mutationen Richards et al. 2003, Noris et al Faktor I Mutationen Dragon Durey et al Faktor B Mutationen C3 Mutationen Rodriguez de Cordoba et al Dragon Durey et al CFHR1/CFHR3 Defekte Zipfel et al Autoantikörper gegen Faktor H Dragon Durey et al. 2005, Jósi et al. 2007, Jószi et al Mutationen bei ~ 60 % der ahus Patienten

27 ahus Effekt von Dialysis und anti-c5 Antikörper (Eculizumab) Therapie 8000 Dialysis Eculizumab SC5b-9 (ng/ml) CH50 (%) 0 0 SC5b-9 (ng/ml) CH50 (%)

28 MPGN und Komplementdysregulation C3 Nephritisfaktor FaKtor H-Defekt (Maus, Schwein, Hund, Mensch) Autoantikörper gegen Faktor H C3 Mutation (fh Bindungsstelle) C3b Analytik: CH50, APH50, C3, C3d, C3NEF, FH

29 Electron microscopic immunogold localization of Factor H along the glomerular basement membrane (GBM) of a normal human kidney specimen revealing a transmembrane gradient of Factor H across the GBM with maximum Factor H concentration on the blood side and minimum Factor H concentration on the urine side of the GBM.

30 C4Nef C3Nef

31 C3 Nef in MPGN Patienten Schwertz et al, 2001

32 Komplementprofil in MPGN Patientsen Schwertz et al, 2001

33 MPGN mit Faktor H Defekt I C518R C941Y II R127L III C431S IV C673S V K224 Pigs L493V I1166R Factor H Plasma Mutation Domain Comment Reference I II III IV V pigs MPGN II Absent C518R C941Y CCP 9 CCP 16 FHL-1 present Ault et al, 1997 MPGN II absent R127L CCP 2 Dragon Durey et al MPGN I absent C431S CCP 4 Dragon Durey et al MPGN I absent C7673S CCP 11 Dragon Durey et al MPGN II present DK224 CCP 4 Licht et al MPGN II absent L493V I1166R CCP 9 CCP 20 Hegasy et al <<

34 A B Patient A Father Patient B Mother 222 S Q K I I S Q K I I allele I: 737 tct cag --- att att tct cag aag att att allele II: tct cag --- att att tct cag --- att att Deletion of Lysin224 im Faktor H E I S I S Q I I P Y S K G E N N I E V R D WFR P P Q S E SG L Y P K T K S V N A M D G G Y R E E S Y E C D?K224 Y H

35 MPGN: Deletion des Lys Komplementprofile

36 C3 Glomerulopathien Figure 3 Schematic representation of the expanding spectrum of renal diseases associated with an abnormal control of the

37 MPGN und AMD Faktor H-SCR7: Tyr402His = Riskofaktor für AMD

38 Gerinnungs-/. Kininsystem. klassischer Weg Inhibition Y Y C1 C1-Inhibitor anti-c5 srcr1 C3 C5 C5b-9 C5a anti-c5a Alternativweg C3b Serinproteinase- Inhibitoren ientzündung

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