HLA System, klinische Bedeutung

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1 HLA System, klinische Bedeutung Gregor Bein Zentrum für Transfusionsmedizin und Hämotherapie Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH Institut für Klinische Immunologie und Transfusionsmedizin Justus-Liebig-Universität Gießen JUSTUS-LIEBIG UNIVERSITY GIESSEN Title MEDICAL FACULTY HLA-System - Klinische Bedeutung 1. Biologische Funktion der HLA-Moleküle 2. Nachweis von HLA-Antikörpern und Antigenen 3. Klinische Bedeutung in der Organtransplantation 4. Klinische Bedeutung in der allogenen Stammzelltransplantation (Krankheitsassoziationen) HLA-System und klinische Bedeutung 1. Biologische Funktion der HLA-Moleküle 2. Nachweis von HLA-Antikörpern und Antigenen 3. Klinische Bedeutung in der Organtransplantation 4. Klinische Bedeutung in der allogenen Stammzelltransplantation 1

2 Adaptive Immunantworten Aktivierung, Proliferation Antigen + APC + T Anergie, Suppression Ignoranz Struktur HLA-Klasse I Molekül Struktur HLA-Klasse II Molekül 2

3 Peptid-Präsentation durch HLA-Moleküle HLA Moleküle präsentieren Peptidantigene Antigen-Prozessierung und Präsentation MHC-Klasse II: Exogene Peptide 3

4 Antigen-Prozessierung und Präsentation MHC-Klasse I: Endogene Peptide Erkennung von Peptidantigenen durch den T-Zell-Rezeptor Peptide binden über Anker-Aminosäuren an HLA-Moleküle 4

5 Peptide binden über Anker-Aminosäuren an HLA-Moleküle HLA Moleküle: polymorphe AS-Positionen Zusammenfassung: Antigenpräsentation HLA-Klasse II Moleküle Exogene Peptide: Aufnahme von Antigenen zur Initiierung einer adaptiven Immunantwort Expression auf Antigen-präsentierenden Zellen Präsentation an CD4+ T-Zellen (T Helfer Zellen) HLA-Klasse I Moleküle Endogene Peptide: Anzeige intrazellulärer Infektion Expression auf fast allen kernhaltigen Zellen (nicht auf Erythrozyten) Präsentation an CD8+ T-Zellen (zytotoxische T Zellen) 5

6 Shiina T Tissue Antigens 64:631 (2004) Polymorphismus und Polygenie tragen zur Diversität der HLA-Moleküle eines Individuums bei Haplotyp HLA-Allele: Kodominante Expression 6

7 HLA-Nomenklatur 2010 (hla.alleles.org) Genort Breite Spezifität ( Antigen ) Exonvariante (stumm) Suffix* HLA- A * 24: 02: 01: 02 L Molekularbiologische Typisierung Allel (Proteinvariante) Intronvariante (stumm) - Doppelpunkt als Trennzeichen - Führende Nullen - Bis zu drei Stellen (e.g. A*02:101) - w wir vom HLA-C-Genort entfernt: e.g. C*01:03 *Suffix: N Null allele L Low expression S Secreted, not on cell surface Q Questionable expression HLA-Nomenklatur: P - Gruppen HLA alleles that encode for identical peptide binding domains (P groups) (exon 2 and 3 for HLA class I and exon 2 for HLA class II A*01:01P A*01:01:01:01/A*01:01:02/A*01:01:03/A*01:01:04/A*01:01:05/ A*01:01:06/A*01:01:07/A*01:01:08/A*01:01:09/A*01:01:10/ A*01:01:11/A*01:01:12/A*01:01:13/A*01:01:14/A*01:32/A*01:37/ A*01:45 HLA-Nomenklatur: G - Gruppen HLA alleles that share identical nucleotide sequences for the exons encoding the peptide binding domains (G groups) (exon 2 and 3 for HLA class I and exon 2 for HLA class II A*01:01:01G 01:01:01:01/01:01:01:02N/01:04N/01:22N/01:32/01:34N/ 01:37/01:45 7

8 Bekannte Allele an den Genorten HLA-A, B, C, DRB1 Antigenic variants e.g. HLA-A2 (2 digit resolution) HLA-A HLA-B HLA-C HLA-DRB Allelic variants* e.g. HLA-A*0201 (Proteins) Aber, - die Zahl der häufigen Allele (f > 1%) in einer gegebenen Population ist deutlich niedriger - Allele sind nicht zufällig miteinander kombiniert: konservierte Haplotypen e.g. HLA-A1, B8, DR3 * Release 3.4.0, 08 April 2011 HLA-System und klinische Bedeutung 1. Biologische Funktion der HLA-Moleküle 2. Nachweis von HLA-Antikörpern und Antigenen 3. Klinische Bedeutung in der Organtransplantation 4. Klinische Bedeutung in der allogenen Stammzelltransplantation Serologischer Nachweis von HLA-Antigenen und Antikörpern Mikro-Zytotoxizitätstest nach Terasaki (Lymphozytotoxizitäts-Test, LCT-Test) Isolierung von Lymphozyten (Dichtegradientenzentrifugation, Beads) Inkubation mit Antiseren (n 120 für Klasse I) Inkubation mit Kaninchen-Komplement Anfärbung der lysierten Zellen und Fixierung ELISA Luminex 8

9 HLA-Typisierung: Isolierung von PBMC durch Dichtegradienten-Zentrifugation HLA-Typisierung: Mikrozytotoxizitätstest (Terasaki) HLA-Typisierung: Mikrozytotoxizitätstest (Terasaki) Negatives Testergebnis intakte Zellen Positives Testergebnis lysierte Zellen 9

10 No association of kidney graft loss with human leukocyte antigen antibodies detected exclusively by sensitive luminex singleantigen testing: a collaborative transplant study report. Süsal C et al., Transplantation (2011) HLA-Typisierung Molekulargenetische Typisierung von HLA-Allelen Molekulargenetische Verfahren PCR-SSO (Sequence Specific Oligonucleotides) PCR-SSP (Sequence Specific Primers) Sequenzierung (Sequencing Based Typing, SBT) HLA-Polymorphismus HLA-X*01... ACGTGGTCATAATGCTTCCAGACA... HLA-X* C HLA-X* A HLA-X* TT HLA-X* C--A HLA-X* C TT HLA-X* A TT HLA-X* C--A TT HLA-X* T Hypervariable Regionen (HVR) - Public epitopes (fast keine allelspezifischen SNPs) - Genduplikation und konversion (Gen?) - Polymorphismus in cis oder trans (Chromosom?) 10

11 Molekulargenetische HLA-Typisierung: Polymorphismus in cis oder trans? HLA-X* A T HLA-X* C T HLA-X* A G HLA-X* C G SSO, SBT Patient C.T. HLA-X* A T HLA-X* C G Patient T.C. HLA-X* C T HLA-X* A G Molekulargenetische HLA-Typisierung: Polymorphismus in cis oder trans? Wie lösen wir das cis/trans Problem? Familienuntersuchung (Segregation der Haplotypen) Klonierung von PCR Produkten Klonierung von Chromosomen (Hybridoma-Technologie) Trennung der Allele durch allelspezifische Sonden und immunomagnetische Beads Sequence Specific Priming (PCR-SSP)* * Bein 1992, Olerup 1992 HLA-Typisierung: PCR SSP, Prinzip I Extension <--ATCACGTTGGACCGTAAGT-5 ===CAGTGCAACCTGGCATTCA===========TAGTGCAACCTGGCATTCA=== ===GTCACGTTGGACCGTAAGT===========ATCACGTTGGACCGTAAGT=== 5 -CAGTGCAACCTGGCATTCA--> Extension 11

12 HLA-Typisierung: PCR SSP, Prinzip I Extension <--ATCACGTTGGACCGTAAGT-5 ===CAGTGCAACCTGGCATTCC===========TAGTGCAACCTGGCATTCA=== ===GTCACGTTGGACCGTAAGG===========ATCACGTTGGACCGTAAGT=== X 5 -CAGTGCAACCTGGCATTCA--> STOP Molekulargenetische HLA-Typisierung: Polymorphismus in cis oder trans? Sequence-Specific Priming Patient C.T. HLA-X* A T HLA-X* C G PCR 1 + PCR 2 - PCR 3 - PCR 4 + Patient T.C. HLA-X* C T HLA-X* A G PCR 1 - PCR 2 + PCR 3 + PCR 4 + HLA-Typisierung: PCR SSP Agarose-Gelelektrophorese von PCR Produkten 12

13 HLA-Typisierung: PCR SSP Ethidiumbromid gefärbtes Gel, UV Licht (254 nm) HLA-Typisierung: PCR SSP direkte Sequenzierung T+ T+ C+ C+ Kontrolle HLA-Gen X C T G A T A C T G A T A C C C G A T A Homozygot T Heterozygot Homozygot C HLA-System und klinische Bedeutung 1. Biologische Funktion der HLA-Moleküle 2. Nachweis von HLA-Antikörpern und Antigenen (Gewebetypisierung) 3. Klinische Bedeutung in der Organtransplantation 4. Klinische Bedeutung in der allogenen Stammzelltransplantation 13

14 Erkennung von Peptidantigenen durch den T-Zell-Rezeptor Direkte Aktivierung von T-Zellen durch allogene Antigen-präsentierende Zellen Hyperakute Abstoßung 14

15 Akute Abstoßung Chronische Abstoßung 15

16 HLA-System und Organtransplantation Das wichtigste Transplantationsantigen? 16

17 Aufgaben der klinischen Immunologie in der Organtransplantation Empfänger: ABO-Blutgruppe (2x) Erythrozytäre Antikörper (passenger lymphocyte syndrome) HLA-Typisierung (HLA-A, B, DRB1) HLA-Antikörpersuche- und Identifizierung (alle 3 Monate) Achtung! Antikörper lebenslang berücksichtigen Infektionsstatus Cross match vor Transplantation Spender: ABO-Blutgruppe (2x) Erythrozytäre Antikörper (passenger lymphocyte syndrome) HLA-Typisierung (HLA-A, B, DRB1) Infektionsstatus HLA-System und klinische Bedeutung 1. Biologische Funktion der HLA-Moleküle 2. Nachweis von HLA-Antikörpern und Antigenen (Gewebetypisierung) 3. Klinische Bedeutung in der Thrombozytentransfusion 4. Klinische Bedeutung in der allogenen Stammzelltransplantation 17

18 Allogene Stammzelltransplantation Transplantatabstoßung Graft-versus-host-disease (GVHD) Graft-versus-leukemia effect (GVL) Rezidivrate nach syngener und allogener Transplantation hämatopoetischer Stammzellen Appelbaum FR, Nature (2001) Klinische Bedeutung der HLA-Kompatibilität in der allogenen Stammzelltransplantation Probleme klinischer Studien Fallzahlen gering Verschiedene Krankheitsbilder mit unterschiedlichen immunologischen Komplikationen Infolge des hohen Kopplungsungleichgewichts in der HLA-Region ist die isolierte Untersuchung eines Genortes kaum möglich. Bsp.: DRB1, DQB1 Ein Allel-mismatch kann in verschiedenen Populationen völlig unterschiedliche Bedeutung haben 18

19 Allel-mismatch in verschiedenen Populationen A* Kaukasier A* Japaner High-resolution donor-recipient HLA matching contributes to the success of unrelated donor marrow transplantation Lee SJ et al., Blood 110:4576 (2007) Single allele or antigen mismatches at HLA-A, -B, -C, and -DRB1 Lee SJ et al., Blood 110:4576 (2007) 19

20 Survival of patients with early disease depending on degree of HLA matching (8/8, 7/8, and 6/8) for HLA-A, -B, -C, and -DRB1 Lee SJ et al., Blood 110:4576 (2007) Mortalität in Abhängigkeit eines einzelnen HLA-mismatch (adjustiert für Alter und ethnische Herkunft, n = 4796) Petersdorf EW et al., Tissue Antigens 69 suppl 1:25 (2007) National Marrow Donor Program HLA Matching Guidelines for Unrelated Adult Donor Hematopoietic Cell Transplants Genort Suchstrategie Matching Auflösung A ja empfohlen hoch B ja empfohlen hoch C ja empfohlen hoch DRA nein nein DBR1 ja empfohlen hoch DRB3, DRB4, DRB5 ja nicht bekannt DQA1 nein nein DQB1 ja unklar DPA1 nein nein DPB1 nein unklar Bray RA et al., Biol Blood Marrow Transplant 14(9 Suppl):45 (2008) 20

21 Suche nach HLA-identischen Fremdspendern Zentrales Knochenmarkspender Register Deutschlands, Wenn kein passender Spender gefunden wird? HLA-A, -B, -C and -DRB1 sind gleich zu werten Ein Allel-mismatch ist besser als ein Antigen-mismatch Die Allel-mismatches sollten minimiert werden 21