GENETICA SISTEMULUI IMUN

A.  generalitãti despre sistemul imun

Imunitatea înnãscutã se referã la toate elementele pe care organismul le posedã încã de la nastere si care trebuie sã reprezinte prima linie de apãrare împotriva antigenelor. Aceste elemente includ componente externe si interne începând de la piele (si secretiile acide ale glandelor sudoripare si sebacee), mucoase (si mucusul care le acoperã), reflexul de tuse si strãnut, secretia lacrimalã, miscarea cililor, cresterea temperaturii corporale, oxigenarea de la nivelul plãmânilor, lizinele eliberate de cãtre microorganismele comensale si pânã la componentele sistemului complement, fagocitele sau celulele NK (natural killer - celule care rãspund la unele infectii virale sau prezenta celulelor tumorale). celulele implicate în fagocitozã sau uciderea extracelularã. Nici una 656f59g dintre acestea nu tine cont de tipul antigenului (de specificitatea sa) si intrã în actiune rapid, într-un timp remarcabil de scurt.

Imunitatea adaptativã (specificã, dobânditã[1]) reprezintã apanajul exclusiv al vertebratelor si se bazeazã pe existenta limfocitelor. Rãspunsul acestor celule este mai lent si este dobândit doar prin contactul cu antigenul; în plus, rãspunsul este caracteristic, specific doar acelui antigen. Acest lucru este posibil datoritã unui fenomen extraordinar care înzestreazã limfocitele cu receptori pentru antigene.

B.  Mecanismele genetice care stau la baza generãrii diversitãtii IMUNOGLOBULInelor

În organism este descris un numãr mare de molecule care contin una sau mai multe regiuni homologe cu domeniile globulare ale imunoglobulinelor. Împreunã ele alcãtuiesc "superfamilia imunoglobulinelor". Cu sigurantã cã aceastã formã de organizare a peptidelor reprezintã o manierã de evolutie cãtre o structurã mai stabilã, mai avantajoasã pentru organism. Prezenta domeniilor globulare în atât de multe molecule diferite sugereazã cã genele care le codifica s-au format, cel mai probabil, dintr-o genã ancestralã comunã, care a fost ulterior multiplicatã (si modificatã în acelasi timp), iar apoi distribuitã în genom. Cei mai proeminenti membri ai superfamiliei imunoglobulinelor (pe lângã imunoglobuline) sunt reprezentati de: Iga, Igb, TCR, lanturile g d si e ale CD3, CD4, CD8, HLA I, HLA II.

[3], un numãr imens de molecule, care depãseste cu mult numãrul de gene pe care genomul uman îl poate pune la dispozitie. Se pune firesc întrebarea: cum este posibila sinteza numarului imens de imunoglobuline. O prima teorie (germ-line theory - teoria liniei germinale) estima cã doar aproximativ 15% dintre genele unui genom haploid sunt alocate codificarii imunoglobulinelor, fãrã sã poatã oferi însã nici o explicatie pentru modalitatea formarii, cu un numãr limitat de gene, a unui numãr atât de mare de structuri diferite. Alte teorii ulterioare (somatic variation theories - teoriile variatiei somatice) sustineau cã, într-adevãr, din totalul genelor din genom, doar un numãr limitat erau alocate sintezei imunoglobulinelor, dar ca, prin recombinãri si mutatii, acestea erau capabile sã ducã la diversitate. Din pãcate însã, nici aceste teorii nu au reusit sã rãspundã la întrebarea ridicatã de studiile structurale, care au evidentiat cã moleculele de anticorpi manifestã nu numai diversitate la capãtul N-terminal dar si constantã cãtre capãtul C-terminal. Astfel, a apãrut pentru prima oarã (Dreyer si Benett, 1965) ideea cã existã gene separate pentru regiunea variabilã si respectiv regiunea constantã, iar aceste gene reusesc sã fuzioneze formând o secventã continuã. Mai mult decât atât, Dreyer si Benett au intuit ceea ce astazi este demonstrat si anume cã pentru partea variabilã existã disponibile sute de gene, în timp ce pentru partea constanta este necesara doar una.

1. Formarea lanŢurilor usoare

lantul usor k. Partea variabilã a lantului k (începând de la capãtul N-terminal) are o lungime de 108 aminoacizi si este codificatã de douã gene distincte: gena V (variabilã) codificã primii 95 de aminoacizi si gena J (joining - unire) codificã aminoacizii 96-108.

Analiza genicã a relevat cã în genomul celulelor germinale umane existã aproximativ 40 de gene V_k diferite, fiecare dintre ele putând codifica un segment initial distinct al domeniului variabil k. Aceste gene variabile sunt aranjate în mod liniar, separate prin introni si precedate (în plus fatã de promotori) de o secventã exonicã denumitã Leader (conducãtoare), situatã în aval fatã de promotor si care va codifica un scurt peptid care are rolul de a introduce si ghida lantul ce se sintetizeaza în reticulul endoplasmatic. Acest peptid leader va fi însã clivat de la nivelul lantului sintetizat, înainte sã aibã loc asamblarea lanturilor usoare si grele.

La o oarecare distantã de grupul genelor V, spre capãtul telomeric al ADN-ului, se gãseste grupul celor 5 gene J_k, dupã care, separatã printr-un intron foarte lung, se gãseste singura genã pentru regiunea constantã C_k, care codifica întreaga portiune constantã a lantului k.

2. Formarea lanŢurilor grele

[4]. Grupul genelor C_H (fiecare dintre ele este flancata de introni) este separat de genele J_H printr-un intron lung. În plus, fiecare genã C_H este formatã din mai multi exoni si introni. Fiecare dintre exoni codificã câte un domeniu distinct al regiunii constante. Genele regiunii constante sunt aranjate într-o anumitã ordine, iar acest aranjament secvential nu este întâmplãtor, fiind în directã legãturã cu ordinea exprimãrii claselor de imunoglobuline în cursul diferentierii limfocitului B si a rãspunsului initial în IgM la contactul cu un antigen.

4. Factori care contribuie la generarea

5. Asocierea genei constante si Comutarea de clasã

Mecanismele genetice care stau la baza generãrii diversitãŢii TCR

[10], iar componenta care asigura recunoasterea este asociatã cu molecula constantã CD3 (analogã Iga si Igb, cu rol în transmiterea intracelularã a semnalului) (figura 16.8)

[11]. Repertoriul TCR este, se pare, cel putin la fel de mare ca si al imunogloblinelor, mai ales datoritã unei enorme variabilitãti jonctionale si insertionale (regiune N de aditie, regiune P de aditie). Aceleasi mecanisme reprezintã, în acelasi timp, si un factor de risc, putând conduce la rearanjãri neproductive care fie fac produsul nefunctional, fie fac ca secventa de ADN sa nu mai poatã fi cititã (introducerea unor codoni stop).

[13]. Eliminarea prin procesul de selectie negativã a timocitelor care poartã receptori de mare afinitate pentru molecule MHC self singure sau pentru antigenul self prezentate de MHC, conduce la tolerantã fatã de self. Deoarece procesul are loc în timus, este denumit tolerantã centralã. Sunt astfel practic eliminate fizic un numãr important de limfocite autoreactive .

1. GENELE MHC

În afarã de genele HLA I clasice, existã o multime de gene ce codificã pentru produsi "non-clasici", denumite la om HLA-E, F, G, H, J si X, la care se adaugã o familie recent descoperitã, denumitã MIC (MHC I chain-related): A, B, C, D, E.

Lantul a este format din trei domenii extracelulare (a a si a ), un domeniu transmembranar si un domeniu intracitoplasmatic, fiecare dintre acestea fiind codificate de exoni distincti. b microgobulina interactioneazã cu toate domeniile extracelulare ale lantului a, fiind un element esential pentru plierea corectã a acestuia si stabilitatea sa structuralã. Domeniile a si a reprezintã domeniile variabile ale moleculei si participã la formarea unei structuri speciale, care are forma unei "cupe", formatã dintr-un planseu alcãtuit din 8 foi b plisate antiparalele si 2 margini sub formã de a helix-uri (figura 16.12). Functia cupei este aceea de a prezenta peptide antigenice limfocitelor T citotoxice - CTL).

Proteinele endogene sunt degradate de o proteaza endogena (LMP) în fragmente peptidice care apoi sunt transportate de catre un transportor special (TAP) la suprafata celulei si fixate de molecule de clasa I care prezinta peptidul antigenic limfocitelor Tc (CTL) (figura 16-13).

b) Genele de clasa II sunt grupate în câteva subregiuni care codifica antigene de suprafata celulara - HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR. În general, fiecare subregiune contine una sau mai multe gene a si b pentru lanturile corespunzatoare ale moleculelor HLA de clasa II,    exprimate de obicei în macrofage, limfocitele B, limfocitele T activate, dar în anumite conditii si de catre alte tipuri celulare. În afarã de genele HLA II clasice au fost identificate, atât la om cât si la soarece, gene HLA II non-clasice (HLA-DM, DN, DO). Functia acestor produsi este de reglare a moleculelor clasice. Tot în regiunea HLA II a fost identificatã prezenta genelor LMP2 si LMP7 - care codificã douã dintre subunitatile proteasomului (cu rol în procesarea proteinelor endogene), a genelor TAP1, TAP2, DM care codificã subunitãti ale transportorului de peptide antigenice

Lanturile sunt asociate între ele necovalent, fiecare fiind alcãtuit din câte 2 domenii extracelulare (a si a b si b ), un domeniu transmembranar si unul intracelular. Domeniile a si b reprezintã domeniile variabile ale moleculei si, împreunã, participã la formarea unei cupe asemãnãtoare celei a moleculei HLA I. Moleculele de clasa II sunt sintetizate în reticulul endoplasmic si apoi eliberate în endosomi; ele au fixata o proteina Ii care este îndepartata ( de catre proteina DM) pentru a fixa peptidul antigenic, produs în endosomi prin digestia antigenelor exogene (figura 14-2 Thompson). Moleculele de clasa II sunt apoi exprimate pe suprafata celulelor implicate în raspunsul imun pentru a prezenta peptidul antigenic limfocitelor T helper

Aceste alele diferã, la nivelul secventei ADN, cu procente cuprinse în medie între 5 si 10% si, ca urmare, produsii genelor exprimati de diferiti indivizi prezintã diferente structurale unice. Nu întâmplãtor, aceste diferente se regãsesc în special la nivelul domeniilor variabile, implicate în formarea cupelor si astfel în legarea antigenului. Sursa diversitãtii moleculelor HLA este diferitã de cea a moleculelor de imunoglobuline sau TCR, mecanismele care conduc la obtinerea polimorfismului, a acestui numãr impresionant de variante alelice pentru genele HLA, fiind dintre cele mai diverse: mutatii punctiforme, recombinãri genetice, conversii genice, crossing-over homolog dar inegal etc.

Chiar dacã sunt implicate în legarea antigenului, interactiunea HLA-peptid antigenic nu este una strict specificã, asa cum este cea dintre Ig/TCR si antigen. S-a demonstrat, de exemplu, cã douã variante alelice diferite ale aceleiasi molecule HLA I pot prezenta mai mult de 2000 de peptide diferite; în plus, fiecare tip de moleculã HLA leagã un set diferit de peptide. În aceastã manierã pot fi prezentate simultan pe suprafata celulei respective un numãr enorm de peptide antigenice diferite si activate astfel un numãr corespunzãtor de limfocite T diferite.

Posibilitatea sau imposibilitatea prezentãrii unui anumit antigen dicteazã astfel raspunsul fatã de acesta si, ca urmare, rezistenta sau susceptibilitatea la boalã. Deci diferite haplotipuri HLA au o eficienta diferita în inductia raspunsului imun la diferiti antigeni.Aceasta ar explica de ce puterea de aparare a fiecarui organism la diferite agresiuni ale patogenilor este diferita de la o persoana la alta.

S-a demonstrat cã moleculele HLA pot fi implicate în lume animala si într-o serie de fenomene ne-imunologice (diferentierea structuralã, atingerea greutãtii corporale optime, productia de ouã, alegerea partenerului etc), multe din aceste fenomene având o bazã hormonalã. Moleculele MHC de clasa I ar putea functiona si ca niste componente ale unor receptori hormonali sau factori de crestere.

3. SISTEMUL HLA si asocierea cu diverse afecŢiuni

[16]. Un risc relativ de 1 înseamnã cã alela HLA vizatã este prezentã, la individul afectat, cu aceeasi frecventã ca în populatia generalã. Un risc relativ (substantial) mai mare decât 1 avertizeazã însã asupra potentialei susceptibilitãti a individului de a dezvolta o anumita afectiune. Astfel, o persoanã care posedã alela HLA-B27 prezintã o probabilitate de 90 de ori mai mare sã dezvolte spondilitã anchilozantã decât o persoanã care nu are aceastã alelã (tabelul 16.1).

Alelele HLA asociate

Riscul relativ

Spondilita anchilozantã

B27

Sindromul Goodpasture

DR2

Enteropatia glutenicã

DR3

Hemocromatoza ereditarã

A3

B14

A3/B14

Diabetul zaharat insulino-dependent

DR3/DR4

DQ8

Scleroza multiplã

DR2

Miastenia gravis

DR3

Narcolepsia

DR2

Artrita reactivã (Yersinia, Salmonella, Gonococcus)

B27

Sindrom Reiter

B27

Artrita reumatoidã

DR4

Sindromul Sjögren

Dw3

Lupusul eritematos diseminat

DR3

Tiroidita subacutã

B35

Psoriazisul vulgar

Cw6

Boala Grave

DR3

Hiperplazia congenitalã

suprarenalianã (deficienta de

21-hidroxilazã)

Bw47

Pemfigusul vulgar

DR4

Carcinomul cervical cu celule

scuamoase

DQw3

D.   IMUNODEFICIENŢELE

T- B+ în care este afectatã fie gena de pe cromosomul X care codifica lantul g al receptorilor pentru interleukinele-2, 4, 7, 9 si 15, fie gena care codifica Jak 3 tirozin-kinaza, o moleculã responsabilã pentru transducerea intracelularã a semnalului receptionat de acesti receptori (transmitere recesiv autosomalã);

T- B- în care se manifestã fie o deficientã în ADA (adenosin dezaminazã)[17], fie deficiente ale recombinazelor RAG;

T+ B+ în care limfocitele nu se pot activa în special ca urmare a absentei moleculelor MHC (sindromul limfocitelor goale).

Boala

Gena

Localizare cromosomic

Defectul genic/patogenia bolii

Num rul L_T

Num rul L_B

Nivelul Ig

OMIM

Defecte combinate ale limfocitelor T si B

Imunodeficienta

combinat sever

(SCID) legat de X

IL2RG

Xq13.1

Defectul lantului γ al

receptorului pentru

IL-2

Redus

Normal sau crescut

Redus

SCID autosomal

recesiv tipul T-

negativ/B-pozitiv

JAK3

19p13.1

Defecte ale semnaliz rii

intracelulare pe calea

JAK

Redus

Normal sau crescut

Redus

Deficienta

adenozin

dezaminazei

ADA

20q13.11

Tulburare selectiv la

nivelul limfocitelor a

metabolismului purinic

Scade progresiv

Scade progresiv

Redus

Deficienta

nucleozid

fosforilazei

NP

14q13.1

Tulburarea

metabolismului purinic

la nivelul limfocitelor

Scade progresiv

Normal

Normal sau redus

Sindromul

limfocitelor goale

tip II

MHC2TA

RFX5

16p13

1q21.1-q21.3

Mutatii ale factorilor de

transcriptie ce regleaz

expresia genelor MHCII

CD4 reduse

Normal

Normal sau redus

Imunodeficienta

dat de defectul

selectiv al

limfocitelor T

ZAP70

2q12

Blocarea matur rii

limfocitelor T

CD8 reduse

Normal

Normal

Imunodeficienta

combinat sever

f r limfocite B

RAG1

RAG2

11p13

Blocarea dezvolt rii

limfocitelor; absenta

rearanjamentelor

receptorilor L_T si L_B

Redus

Absent

Absent

Sindromul Omenn

RAG1

RAG2

11p13

Rearanjamente

deficitare ale

receptorilor L_T si L_B

Redus

Redus

Redus

Imunodeficienta cu

hiper IgM, tip 1

TNFSF5

Xq25-q26

Defecte ale ligandului

CD40 exprimat pe

suprafata L_T; blocarea

comut rii isotipului L_B

Normal

Normal

IgM crescut; IgA, IgG redus

Sindromul

DiGeorge

multiple

22q11.2

Defecte ale dezvolt rii

timusului; anomalii

cardiace, faciale,

paratiroidiene

Normal sau redus

Normal

Normal sau redus

Deficite ale sintezei anticorpilor

Agamaglobulinemia

legat de X

(sindromul Bruton)

BTK

Xq21.3-q22

Defecte ale tirozin

kinazei Bruton

specifice L_B

Normal

Foarte redus

Redus sau absent

Agamaglobulinemia

autosomal recesiv

IGHM

14q32.3

Defecte ale expresiei

lantului m pe suprafata

celulelor B

Normal

Absent

Absent

Boli ale fagocitelor

Boala

granulomatoasã

cronicã

CYBB

CYBA

NCF1

NCF2

Xp21.1

16q24.1

7q11.23

1q25

Defecte ale enzimelor

sistemului citocrom

oxidazei care conduc la

anomalii ale fagocitozei

Normal

Normal

Normal

Deficienta

adeziunii

leucocitelor

CD18

21q22.3

Defecte ale CD18 sau

alte molecule de pe

suprafata leucocitelor

necesare pentru

motilitate, aderentã si

endocitozã

Normal

Normal

Normal

Sindromul

Chediak-Higashi

CHS1

1q42-q44

Defecte ale asamblãrii

lizozomilor ce conduc

la granule citoplasmatice gigantice

Normal

Normal

Normal

Boli ale sistemului complement

Deficiente ale unor

componente

individuale

multiple

multiple

Deficientele C1, C2,

C4, C3 sunt asociate

cu boli autoimune si

infectii piogene;

deficientele C3, C5-9

si properdinei asociazã

infectii cu Neisseria

Normal

Normal

Normal

multiple

Alte sindroame distincte cu defecte imune

Sindromul

Wiskott-Aldrich

WAS

Xp11.23

Defecte ale

citoscheletului ce

determinã eczemã,

trombocitopenie,

infectii recurente

Normal sau redus

Normal

Uneori IgM redus

Ataxia

telangiectazia

ATM

11q22-q23

Defecte ale reparãrii

ADN; ataxie, cancere,

neurodegenerare

progresivã,

radiosensibilitate

Normal

Normal

Normal

Sindromul Bloom

BLM

15q26.1

Defecte ale reparãrii

ADN; neurodegenerare,

cancere,

radiosensibilitate

Normal

Normal

Normal

Sindromul

limfoproliferativ

autoimun tip IA

TNFRSF6

10q24.1

Tulburãri ale apoptozei

L_T si L_B mediatã de

FAS; limfoadenopatie,

autoimunitate

Cresterea L_T CD4-/

CD8-

Crescut

Crescut

BIBLIOGRAFIE CAPITOL 16

INTERNET

Asociatia nationala pentru boli rare (SUA)- NORD : http://www.NORD~rdb.com/~orphan

Kuby's Immunology - Goldsby R., Kindt TJ, Osborne B., W. H. Freeman, New York, 2000; www.whfreeman.com/immunology

Geneclinics - baza de date despre bolile genetice : https://geneclinics.org

Genecards - baza de date genele umane si bolile genetice : : https://www.bighost.area.ba.cnr.it/GeneCards -sau https://www.bioinformatics.weizman.ac.il/cards

Genetest - baza de date despre teste genetice : https://www.genetest/org

OMIM - catalogul bolilor mendeliene la om : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/

Web site-uri de patologie umana:

https://www.emedicine.com

https://www.umm.edu/ency/,

https://healthcenters.healthanswers.com/library/MedEnc,

Bibliografie specifica selectiva

l) x 4(J_l) = 120 de combinatii pentru lanturile usoare l