HLA-DR

Class II HLA-DR Region Genes

Onlangs werd het onderzoek naar klasse II HLA-DR regio genen geëvalueerd. Sterke linkage disequilibrium bestaat tussen HLA-DRB1∗1501 (coderend voor HLA-DR2b), HLA-DRB5∗0101 (coderend voor HLA-DR2a), en HLA-DQB1∗0702 (coderend voor HLA-DQ6) waardoor de toewijzing van genetisch risico aan een individuele locus en allel zeer moeilijk is. Niettemin hebben krachtige genetische studies erop gewezen dat HLA-DRB1∗1501 de sterkste genetische determinant van het MS-risico is, met name bij personen van Noord-Europese afkomst. Dit allel werd geassocieerd met een vroeger begin van de ziekte en een ernstiger ziekteverloop, vooral bij vrouwen. In een bloedverwantschap met consistent hoge penetrantie over vier generaties, identificeerden koppelingsstudies alleen HLA-DRB1∗1501 als een kandidaat-vatbaarheidsallel. Andere HLA-DRB1 allelen zijn verantwoordelijk voor een bescheiden deel van het MS-risico in andere populaties (odds ratio ∼1.7 tot 2.2). Complexe epistatische interacties tussen HLA-DRB1-allelen veranderen het MS-risico. Bijvoorbeeld, overerving van HLA-DRB1∗01 met HLA-DRB1∗1501 vermindert het relatieve MS-risico tot ≤1 (dominant negatieve epistase), terwijl overerving van HLA-DRB1∗08 met HLA-DRB1∗1501 het relatieve MS-risico verhoogt tot ≥6 (synergistische epistase). De sterke associatie tussen HLA-DRB1∗1501 en het risico op MS vraagt om een nauwkeurige studie van de controle van HLA-DRB1∗1501 genexpressie en de functie van HLA-DR2b proteïne in de context van pathofysiologische processen die verdacht worden in de ziekte van MS.

Nieuw genetisch en biologisch bewijs suggereert dat 1,25(OH)2D3 een positieve invloed kan hebben op HLA-DRB1∗1501 genexpressie, wat een nieuw paradigma inluidt voor gen-omgeving interacties bij de bepaling van het risico op MS. Een scan van DNA sequenties binnen en upstream van de DRB1, DQA1, en DQB1 genen onthulde een potentiële VDRE onmiddellijk 5′ van de DRB1∗1501 transcriptionele start site. Deze sequentie, 5′-GGGTGGAGGGGTTCA-3′, was aanwezig zonder variatie in 322 DRB1∗1501 homozygote individuen, en afwezig in 98% van de individuen die de niet-MS-geassocieerde allelen DRB1∗04, DRB1∗07, en DRB1∗09 droegen. Biochemische methoden detecteerden specifieke binding van het VDR-eiwit aan een oligonucleotide met deze sequentie. Bovendien verhoogde 1,25(OH)2D3 de expressie van een VDRE-verslaggever gen construct en het HLA-DR2b eiwit in DRB1∗1501 homozygote B lymfoblastoïde cellen in bescheiden mate (1.6-voudig). Deze sequentie werkte dus als een zwak VDRE in vitro. Ter vergelijking, de twee VDRE in de Cyp24a1 gen promoter deden de expressie van het reportergen vervijfvoudigen in reactie op 1,25(OH)2D3 . Bevestiging van de potentiële VDRE zal bewijs vereisen dat vitamine D3 status, 1,25(OH)2D3 en de VDR een positieve invloed hebben op HLA-DR2b expressie in vivo in weefsels die MHC klasse II moleculen tot expressie brengen en relevant zijn voor MS.

Een vervolgstudie identificeerde potentiële VDRE in additionele genen die van belang zijn voor auto-immuunziekten. Genoom-brede VDR bezetting, gedefinieerd door chromatine immunoprecipitatie met massaal parallelle sequencing (ChIP-seq), werd onderzocht in B lymfoblastoïde cellijnen voor en na 1,25(OH)2D3 behandeling. Vervolgens werden microarrays gebruikt om de transcript abundantie te meten en regio’s met een hoge VDR bezetting en transcriptionele reacties op 1,25(OH)2D3 behandeling werden geselecteerd voor verdere studie. Tenslotte werden deze regio’s van belang gekruist met genomische loci van belang voor auto-immuunziekte, zoals gedefinieerd door genoomwijde associatie studies. Deze analyse bracht een aantal auto-immuun gen loci aan het licht die mogelijk transcriptioneel gereguleerd worden door 1,25(OH)2D3 en de VDR, bijvoorbeeld IRF8 dat relevant is voor MS en PTPN2 geassocieerd met de ziekte van Crohn en type 1 diabetes.

Het mechanisme dat betrokken is bij het DRB1∗1501-geassocieerde MS-risico, en hoe vitamine D het risico zou kunnen veranderen, zijn niet bekend. Het HLA-DRB1 gen codeert voor de HLA-DR2b polypeptide keten van de hetero-dimere MHC klasse II molecule. De MHC klasse II moleculen presenteren peptiden afkomstig van gastheer-(zelf-)eiwitten aan T-lymfocyten tijdens tolerantie-inductie, en presenteren peptiden afkomstig van vreemde (niet-zelf-)eiwitten aan T-lymfocyten tijdens een immuunrespons . Mechanismen van tolerantie-inductie doen zich voor op het raakvlak tussen moeder en foetus, in de embryonale en postnatale thymus, en in volwassen perifere lymfoïde weefsels. Mechanismen die betrokken zijn bij de verdediging van de gastheer komen voor in alle secundaire lymfoïde weefsels. Aangezien vitamine D3 een beschermende factor is, en 1,25(OH)2D3 de expressie van HLA-DRB1∗1501 verhoogt, is de vraag hoe verminderde vitamine D3 en HLA-DRB1∗1501 genexpressie zou kunnen bijdragen aan een pathologisch proces dat relevant is voor MS.

Een mogelijkheid houdt verband met thymische tolerantie. Tijdens de thymopoëse vindt in de thymus van zoogdieren een complexe en kritische stap plaats om potentieel pathogene, eigen-eiwit-specifieke T-helpercellen te elimineren en potentieel eigen-eiwit-specifieke natuurlijke T-regulatorcellen (Treg-cellen) te ontwikkelen. Onvoldoende vitamine D3 en verminderde thymale expressie van HLA-DRB1∗1501 zou kunnen resulteren in een mislukking om CD4+ T-cellen die neurale peptiden, gepresenteerd door HLA-DR2 moleculen, herkennen, uit het zich ontwikkelende T-celrepertoire te zuiveren. Een andere mogelijkheid is dat het de ontwikkeling van natuurlijke Treg met een vergelijkbare specificiteit verhindert. Het geboortemaand-effect bij MS is in overeenstemming met dit model. Een overmaat aan MS-patiënten wordt geboren in de lente (het dieptepunt van de vitamine D3-voorziening) en minder in de herfst (het hoogtepunt van de vitamine D3-voorziening), een asymmetrie die het meest uitgesproken is op hoge breedtegraden en bij individuen met het HLA-DRB1∗1501 allel. Tweelinggegevens zijn ook consistent met dit model. Bij monozygote tweelingen werd de grootste overeenkomst in ziekte waargenomen bij diegenen met Scandinavische/Keltische voorouders (hoge frequentie van DRB1∗1501), een hoge breedtegraad van woonplaats, en een vroeg begin van de ziekte. Ziekte discordantie in de vrouwelijke monozygote tweelingen correleerde met verschillen in blootstelling aan de zon in de kindertijd. Drie studies die een verband leggen tussen blootstelling aan de zon tijdens de jeugd en een verminderd risico op MS zijn ook in overeenstemming met dit model. Sommige structurele gegevens over TCR ondersteunen dit model ook. Analyse van de Ob.1A12 en Ob.2F3 TCR die gekloond werden uit de T-cellen van een MS-patiënt vertoonde kenmerken die verwacht kunnen worden voor TCR die ontsnapt zijn aan thymische deletie. Deze TCR hadden een uitgesproken atypische bindtopologie aan een myeline peptide dat gepresenteerd werd door HLA-DRB1∗1501-gecodeerde HLA-DR2 moleculen. Ze waren asymmetrisch georiënteerd, maakten alleen contact met de N-terminus van het myelinepeptide, en bonden met lage affiniteit. Al met al wijzen deze studies op een risicofactor die samenhangt met de breedtegraad en het seizoen en die een wisselwerking aangaat met HLA-DRB1∗1501 tijdens een biologisch proces dat het meest uitgesproken is bij jongeren. Thymus tolerantie inductie is een mogelijkheid, maar andere verklaringen zijn ook consistent met de gegevens .