Delist.ru

HLA (класс II) и естественный отбор. (10.09.2007)

Автор: Болдырева Маргарита Николаевна

Неэффективный ответ на вакцину против гепатита В

Окончание таблицы 5/

DR8 - -

DR9 - -

DR10 - -

Сравнение двух таблиц (4 и 5), помогает заметить, что что варианты гена DRB1, ассоциированные с развитием аутоиммунных заболеваний (*01, *03, *04) являются также и маркерами результативной борьбы с серьезными инфекционными заболеваниями. В доступной литературе не нашлось данных о положительной роли генов DRB1*08,*09 и *10 в устойчивости или в преодолении инфекций. Скорее всего это связано с тем, что указанные варианты гена DRB1 явлются редкими для большинства популяций мира [Terasaki P.I., Gjertson D.W.1997], также и очень небольшим количеством работ, посвященных теме поиска ассоциаций генов HLA класса II и инфекционнх заболеваний. Варианты гена DRB1, ассоциированные с устойчивостью к развитию аутоиммунных заболеваний - DR2 (*15,*16), DR5 (*11,*12), DR6(*13,*!4) и *07 в то же время являются маркерами чувствительности к ряду серьезных инфекций.

Роль инфекций в этиологий аутоиммунных заболеваний (сахарного диабета 1 типа). Хотя до сих пор сложная природа аутоиммунных расстройств остается до конца невыясненной, большое значение в этиологии аутоиммуных заболеваний и, в частности, сахарного диабета 1 типа отводят микроорганизмам, таким как вирус краснухи [Forrest J.M. et al, 1971, Rubinstein P. et al, 1982, Ou D., et al., 2000]; энтеровирусы [Helfand R.F. et al, 1995; Sadeharju K. et al, 2001; Hyoty H., 2002; Jaeckel E. et al, 2002], цитомегаловирус [Pak C.Y. et al, 1988;[Nicoletti F. et al,1990; Roep B.O. 2002], ротавирусы [Honeyman M.C. et al, 2000], вирус кори [Hyoty H. et al, 1988], гепатита А [Makeen A.M. , 1992], вирус Эпштейна-Барр [Jun H.S. and Yoon J.W., 2004]. Множественность триггерных микроорганизмов (бактерий и вирусов), которые могут провоцировать начало аутоиммунных заболеваний относится не только к сахарному диабету 1 типа, но и к другим аутоиммунным заболеваниям, таким как рассеянный склероз (dирусы: corona, measles, mumps, EBV, herpes), миокардит (сoxsackie B3, streptococci), первичный билиарный цирроз (E.coli, S. cerevisial ), целиакия (Adenoviruses, микробы кишечника), анкилозирующий спондиллит (S. flexnery, Yersinia entrocolitica, K. Pneumoniae) [Oldstone M.B.A., 1998].

Механизмы микробной индукции аутоиммунных заболеваний. На сегодняшний день существует несколько гипотез относительно потенциальных механизмов аутоиммунных заболеваний или иммунопатологий, индуцированных микрорганизмами, включая «молекулярную мимикрию», «случайную активацию» и «персистенцию вирусной инфекции». Молекулярная мимикрия подразумевает наличие иммуногенного эпитопа, совпадающего у микроба и хозяина [Fujinami R.S. et al., 1983; Atkinson M.A. and MacLaren N.K., 1993; Oldstone M.,1998; Ebringer A. and Wilson C., 2000;]. «Случайная активация» (bystander activation) может возникнуть, когда вирусные инфекции вызывают значительную активацию антиген-распознающих клеток. Эти активированные антиген-распознающие клетки могут потенциально активировать примированные аутореактивные Т клетки, которые могут затем инициировать аутоиммунное заболевание [Duke R.C., 1989; Smyth M.J. and Sedgwick J.D., 1998]. Персистенция вирусной инфекции, которая может приводить к иммуно-опосредованному повреждению, [Fujinami R.S. et al, 2006].

Заключение. В материалах предыдущих разделов было показано, что одни и те же варианты HLA генов ассоциированы с разными аутоиммунными заболеваниями, поэтому можно предположить, что варианты DRB1*01, *03, *04, *08, *09, *10 определяют предрасположенность к развитию типа иммунного ответа, который при определенных условиях (например наличие в генотипе двух вариантов из этого числа) может стать патологическим аутоиммунным. Сравнение DRB1 маркеров чувствительности и устойчивости к развитию аутоиммунными и инфекционными заболеваниям позволило высказать предположение, что одни и те же варианты гена DRB1 ассоциированы как с развитием разных аутоиммунных заболеваний, так и с устойчивостью также к разным серьезным инфекционным заболеваниям и наоборот, одни и те же варианты гена DRB1 ассоциированы как с устойчивостью к развитию разных аутоиммунных заболеваний, так и с чувствительностью также к разным серьезным инфекционным заболеваниям. Развитие конкретного заболевания определяется как типом ответа хозяина и конкретным возбудителем, который может либо вызвать инфекционный процесс, либо стать триггером развития аутоиммунного заболевания, определяя, наряду с другими факторами (другими генами), развитие конкретного аутоиммунного заболевания. Усложняет ситуацию возможность развития внешне похожих, но противоположных по сути, процессов, приводящих к патологическим изменениям в организме. На мысль об этом наводит приведенный выше механизм развития аутоиммунного патологического процесса в результате «персистенции вирусной инфекции» [Fujinami R.S. et al, 1988]. Обобщая сказанное, можно предположить, что микроорганизм, в зависимости от генетического фона хозяина способен с одной стороны спровоцировать аутоиммунный процесс, который повреждает ткани, нарушает функцию и приводит к аутоиммунному заболеванию, а с другой – вызвать инфекционный процесс, могущий привести организм к гибели или длительно, персистировать, повреждая ткани и также приводя к нарушению функции. Генетический фон хозяина, например, могут определять гены иммунного ответа человека - HLA.

7.«Функциональный» генотип. Гипотеза преимущества «функциональной» гетерозиготности.

Для обобщения всех найденных в литературе фактов и результатов собственных исследований необходимо вернуться к некоторым данным, изложенным ранее.

Что такое «функциональный» генотип и «функциональная» гетерозигота? В табл.6 приведены значения относительного риска развития СД1 суммарно по всем обследованных популяциям.

Таблица 6. Относительный риск развития или устойчивости к СД1 в зависимости от наличия «маркерного» генотипа

11 популяци-онных групп, (548 СД1/1547 Контроль) Маркер/Маркер Маркер/Немаркер Немаркер/Немаркер

ОР p ОР p ОР p

7,6 1,2x10-79 0,59 1,1x10-7 0,12 1,2x10-51

Колонка «маркер/маркер» (или «функциональная» гомозигота) означает наличие в генотипе двух любых вариантов гена DRB1 из числа DRB1*01,*03,*04,*08,*09,*10; «не маркер/не маркер (или также «функциональная» гомозигота) означает наличие в генотипе двух любых вариантов гена DRB1 из числа DRB1*07,*13,*14,*15,*16; маркер/немаркер означает наличие в генотипе по одному варианту из двух вышеуказанных групп, то есть «функциональная» гетерозигота, поскольку речь идет об оценке суммарного эффекта нескольких вариантов гена DRB1, то есть речь идет о «функциональном» генотипе, т.к. в одну группу объединены несколько разных вариантов гена DRB1 со сходным эффектом. Ранее по представленным результатам было сделано заключение, что предрасположенность к развитию СД1 определяется наличием в генотипе индивидуума двух HLA DRB1 «маркеров». Отсутствие в генотипе одного из DRB1 «маркеров» и, особенно, полное их отсутствие, делает развитие СД1 маловероятным. Учитывая данные литературы, можно распространить вывод о существенном значении генотипа, сделанный при изучении HLA ассоциаций с СД1, на все аутоиммунные заболевания, предполагая, что гены HLA класса II являются одной из генетических составляющих аутоиммунного процесса в целом. Имея в виду данные литературы, можно также предположить, что генотип, состоящий из двух вариантов HLA DRB1 генов, ассоциированных с развитием аутоиммунной патологии одновременно будет ассоциирован с выраженной устойчивостью к инфекционным и паразитарным агентам (см.табл. 4 и 5). А генотип, состоящий из двух вариантов HLA DRB1 генов, ассоциированных с устойчивостью к развитию аутоиммунной патологии в целом, одновременной будет ассоциирован с выраженной чувствительностью к инфекциям, в том числе хроническим(см. табл 4 и 5). Вероятно именно этим двойным эффектом одних и тех же вариантов гена DRB1 можно объяснить широкую распространенность среди различных популяций в мире DRB1*03 и *04, являющихся «классическими» маркерами аутоиммунных заболеваний (также являющихся причиной и репродуктивных проблем), что, казалось бы, должно было привести к их исчезновению из пула DRB1 генов. То же самое касается DRB1*15, с которым ассоциирована чувствительность к целому ряду серьезных инфекций (см табл. 5), и который также является одним из самых частотных в мире (по материалам результатов типирования 71 популяции из разных стран Африки, Азии, Европы, Америки и Австралии) [Terasaki P.I., Gjertson D.W.1997].

Гипотеза преимущества «функциональной» гетерозиготности.

Чрезвычайный полиморфизм генов HLA на популяционном уровне, который характерен только для системы MHC - феномен, который, очевидно, связан с его биологической функцией и поддерживается механизмами естественного отбора. «Классические» гены HLA класса II, в соответствии с современными представлениями, кодируют рецепторы специализированных клеток, которые «представляют» пептиды преимущественно экзогенного происхождения CD4+ хелперным Т-клеткам, в результате чего инициируется адаптивный иммунный ответ. Экзогенные пептиды – это, главным образом, белки разнообразных микроорганизмов, с которым индивидуум постоянно сталкивается в течение жизни. Белки микроорганизмов, попадая в антиген-представляющие клетки путем фагоцитоза или эндоцитоза, определенным образом деградируются ферментами в специализированных структурах клетки, эндосомах. Образовавшиеся пептиды, длиной, как правило 8-15 аминокислот, затем встраиваются в просторную пептид-связыающую «щель» молекулы II класса HLA, в которой они фиксируются в определенных точках, и в таком виде появляются на поверхности антиген-представляющей клетки. При необычайном разнообразии генов MHC на популяционном уровне (на сегодняшний день известно 464 аллеля гена DRB1), каждый конкретный индивидуум максимально имеет набор из двух аллелей каждого из «классических» полиморфных генов II класса, которые осуществляют АГ-представляющую функцию - DRB1, DQA1, DQB и DPB1, то есть 8 аллелей. Этот максимально возможный для конкретного организма набор аллелей обеспечивает представление всего спектра микробных антигенов, обеспечивая развитие иммунного ответа индивидуума на постоянно изменяющееся инфекционное окружение. Таким образом, каждый из аллелей «классических» генов HLA обеспечивает «представление» огромного количества разнообразных пептидов. Этому способствует с одной стороны пространственная структура пептид-связывающей «щели», более просторная по сравнению с I классом. С другой стороны работы по перекрывающимся спектрам связывания пептидов разными вариантами генов II класса MHC, наводят на мысли о том, что большинство пептидов должно содержать ограниченное количество «типовых» сайтов для связывания молекулами II класса. Эти «типовые» сайты, могут формироваться в эндосомах (о чем есть предположения) и, например, соответствовать «типовым» сайтам связывания собственных пептидов (если учесть общее происхождение классов I и II). Типовое связывание обеспечивает ответ на основную массу АГ. Различия в спектрах связывания пептидов разными аллелями если и могут быть, то не должны быть существенными. Роль молекул HLA – удерживать пептиды в определенном положении для того, чтобы АГ-распознающие рецеторы Т-клеток могли связаться с выступающими за пределы АГ связывающией щели участками пептидов. Менее специфичное связывание пептидов с молекулами II класса - более экономное, специфичность же распознавания и иммунного ответа определяется Т-клеточным распознаванием пептид/MHC комплекса [Kruger A и соавт.2005]. В таком случае наблюдаемый полиморфизм HLA генов – это, скорее, не направленный отбор «удачных» вариантов, который должен привести к снижению вариабельности, а на всякий случай сохранение всех новых измененных вариантов до тех пор пока они все еще связывают достаточный спектр пептидов (может быть прежде всего своих). Главное – создать широкие возможности для отбора.

Основным среди генов II класса, генов иммунного ответа, если судить по исследованиям его значения в развитии заболеваний, ассоциированных с иммунной системой, является ген DRB1. Все многочисленные аллели этого гена разделены, в зависимости от их последовательностей, на 14 групп. В соответствии с современными представлениями, селективное преимуществом должны обладать особи, несущие в генотипе разные варианты генов MHC. Если аллельные варианты, составляющие генотип, будут относиться к разным аллелям внутри одной группы – это будет менее выгодно для индивидуума, чем если они будут относиться к разным группам аллелей, поскольку различия нуклеотидных последовательностей между аллелями внутри группы существенно меньше, чем между группами. Наличие в генотипе субъекта аллелей, наиболее отстоящих друг от друга, то есть относящихся к разным группам, позволит HLA генам II класса «представлять» более разнообразный спектр инфекционных антигеных пептидов. Поскольку выживание организма в условиях инфекционного и паразитарного окружения, главным образом зависит от иммунной системы, а гены HLA класса II непосредственно участвуют в развитии иммунного ответа на чужеродные АГ, они могут, таким образом, являться мишенью естественного отбора, а популяционное разнообразие вариантов генов MHC класса II, в частности гена DRB1, следствием этого отбора.

На индивидуальном уровне естественный отбор действует только на протяжении репродуктивного периода жизни, в результате чего потомство могут оставить только дожившие до репродуктивного возраста особи, способные оставить жизнеспособное потомство. Одним из вариантов балансирующей селекции является гетерозиготное предпочтение, при котором гетерозиготные индивидуумы по какому-либо гену имеют большую жизнеспособность, чем гомозиготные по любому из генов. Примером могут наши данные о сниженном числе гетерозигот среди мужчин из пар, имеющих детей по сравнению с мужчинами из пар с повторными необъяснимыми прерываниями беременности и контролем. Одним из способов накопления MHC гетерозигот является сексуальное предпочтение, отличающихся по генам MHC партнеров, которое наблюдается преимущественно в дикой природе.

Аутоиммунные процессы в последние годы привлекают исследователей в качестве возможной причины репродуктивных проблем, главным образом, у женщин. Установлена связь определенных вариантов генов MHC II класса, являющихся генами предрасположенности к развитию аутоиммунных патологических процессов, с повторными выкидышами и преждевременным прекращением функции. Возникает вопрос, почему варианты HLA генов, ассоциированные с серьезными, без лечения приводящими к гибели, аутоиммунными заболеваниями, к тому же ограничивающими репродуктивную способность, не исчезли из генома человека и более того, широко распространены в различных популяциях? Работы по установлению ассоциаций HLA II генов с развитием инфекций дают основание предположить, что варианты, ассоциированные с развитием аутоиммунных заболеваний, одновременно ассоциированы с устойчивостью к развитию ряда тяжелых инфекций и наоборот, варианты, ассоциированные с устойчивостью к развитию аутоиммунных заболеваний одновременно ассоциированы с чувствительностью к развитию инфекций, а развитие конкретного заболевания, может, например, определяться триггерным возбудителем и другими генами организма хозяина, расположенными, в том числе, и вне системы HLA.

Таким образом, микроорганизмы могут быть причиной удаления «функциональных» гомозигот со слабым ответом на инфекцию и «функциональных» гомозигот со слишком сильным ответом, который может закончиться патологическим аутоиммунным процессом, приводящим либо к гибели, либо к ограничению репродуктивных возможностей. Можно предположить также, что «функциональная» гетерозигота, в которую входит 1 вариант, ассоциированный с чувствительностью к аутоиммунным заболеваниям (и устойчивостью к инфекциям) и 1 вариант HLA гена, ассоциированный с устойчивостью к аутоиммунным заболеваниями (и чувствительностью к инфекциям), может обеспечить средний уровень ответа на микроорганизмы, являясь наилучшим вариантом в средне-стабильных условиях окружающей среды. Слишком сильный ответ (генетически ассоциированный с развитием аутоиммунных заболеваний) приводит к самоповреждению, но может спасать, например, в период пиковых нагрузок во время эпидемий, слишком слабый (генетически ассоциированный с устойчивостью к развитию аутоиммунных заболеваний) достаточен при благоприятных условиях жизни, но недостаточен при атаке «серьезными» микроорганизмами и в момент «пиковых»» нагрузок на иммунную систему (в отсутствие медицинской помощи).

Может быть тот факт, что в мире с определенной периодичностью происходят пандемии, которые уносят жизни многих людей, связано как раз с тем, что в благоприятный период с низким уровнем инфекционной нагрузки, в популяции происходит накопление «функционально» гомозиготных субъектов со слабым уровнем иммунного ответа, так как из репродуктивного пула постоянно убираются субъекты с аутоиммунными нарушениями (избыточно сильным ответом). В период пандемий может происходить массовая гибель людей с низким уровнем иммунного ответа, в то время как субъекты с высоким уровнем ответа, вероятно, могут выживать. При этом все разнообразие генов HLA сохраняется и начинается новый циклический этап накопления «слабых» генов в популяции. Такая балансирующая система отбора «функциональных» гетерозигот, вероятно, должна хорошо реагировать на изменение факторов внешней среды в дикой природе. Воздействие человека на направление отбора также вероятно. Например, борьба с инфекциями при помощи антибиотиков может приводить к накоплению генов определяющих «чувствительность» к развитию инфекции.

Выводы:

Установлено частотное распределение гена DRB1 и гаплотипов DRB1-DQA-DQB1 в 20 исследованных популяциях России и стран СНГ, на основании этих данных определено генетическое родство исследованных популяций между собой, а также по отношению к другим народам мира.

Установлено отрицательное значение гомозиготности (на уровне групп аллелей) по гену DRB1 для репродуктивного успеха у мужчин. У женщин из пар с привычным невынашиванием беременности увеличена частота гена DRB1*04, у мужчин – снижена частота гена DRB1*01.

Определены HLA DRB1 маркеры сахарного диабета 1 типа для 11 популяционных групп, различной этнической и расовой принадлежности.

Предложена концепция «функционального» генотипа: «функционально» гомозиготного по сильному типу ответа, состоящего из любых двух вариантов гена DRB1*01, *03, *04, *08, *09, *10; «функционально» гомозиготного по слабому типу иммунного ответа, состоящего из любых двух вариантов гена DRB1*07, *11, *12, *13, *14, *15; *16, и «функционально» гетерозиготного, состоящего из вариантов гена DRB1, входящих в две указанные группы.

Установлено, что HLA генетическая предрасположенность к развитию сахарного диабета 1 типа связана в основном с «функционально» гомозиготными по сильному типу генотипами. Носители «функционально» гомозиготных по слабому типу иммунного ответа имеют чрезвычайно низкий риск развития СД1.

В результате анализа собственных и литературных данных было сделано предположение о двойной физиологической функции вариантов, ассоциированных с аутоиммунными заболеваниями – ассоциация с хорошим ответом на инфекции и наоборот, вариантов, ассоциированных с устойчивостью к развитию патологического аутоиммунного процесса – с чувствительностью к развитию тяжелых инфекций.

Сформулирована гипотеза преимущества «функциональной» гетерозиготности, в соответствии с которой в благоприятных условиях на популяционном уровне происходит накопление «средних» и «слабых» по уровню иммунного ответа генотипов при постоянном удалении «сильных» генотипов, предрасполагающих (при наличии и других необходимых факторов) к аутоиммунным заболеваниями, приводящим к гибели и ограничению репродукции. Носители «слабых» генотипов не выживают в период выраженных инфекционных нагрузок и при неблагоприятных условиях жизни. Средний, «функционально» гетерозиготный генотип, обеспечивающий достаточно высокий уровень защиты от инфекций при умеренном риске развития аутоиммунной патологии – наиболее выгоден для индивидуума, при этом в популяции сохраняются варианты генов HLA, ассоциированные как со «слабым», так и с «сильным» ответом.

Список работ по теме диссертации

Алексеев Л.П., Хаитова Н.М., Дмитриева Н.Г., Болдырева М.Н. и др. Иммуногенетическое обследование семей с близкородственными браками. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1988, №31, c.60-62.

Alexeev L.P., Boldyreva M.N., Trofimov D.Yu. et al. Computor-assisted HLA DNA typing with optimized sets of oligonucleotide probes. Materials of 11th International Immunology and Diabetes Workshop, November, 1991, p.110, Yokohama, Japan.

Алексеев Л.П., Ундрицов И.М., Болдырева М. Н. и др. Разработка метода мультиплексного генотипирования на модели HLA-локуса человека. II всесоюзная конференция «Генная и клеточная инженерия», Москва,1992, с.25.

Alexeev L., Undritsov I., Boldyreva M. et al. DQA, DQB genotypes and IDDM susceptibility. Congress of Immunology, Budapest, 1992, p.300.

Alexeev L., Boldyreva M., Trofimov D. et al. HLA polymorphism in different population groups of former USSR. Proceedings of the international Symposium on HLA in health and diseases, New Delhi, 1993, p.25-30.

Alexeev L., Undritsov I., Trofimov D., Boldyreva M. New variant of SSP-DRB1 genotyping. International Conference “The major histocompatibility complex in medicine”, Adelaide, Australia,1994, abs.40.

Алексеев Л.П., Ундрицов И., Болдырева М. и др. Аллельный полиморфизм генов II класса HLA у 4 популяций различной расовой принадлежности. Иммунология,1994, №5, c.18-21.

загрузка...