HLA sistem leukocitnih antigena

MHC klasa I jesu proteini functionalnog receptora na većini jedarnih tjelesnih ćelija.

HLA region hromosoma 6

MHC klasa I

Definicija

HLA sistem leukocitnih antigena (skr. od human leukocyte associated antigen) obuhvata kompleks proteina na površini ćelije koji su odgovorni za reguliranje imunskog sistema kod ljudi.

Grupa odgovornih gena za sintezu antigenih supstanci ovog sistema nalazi se na hromozomu 6 i kodira ćelijske proteine koji i imaju i mnoge druge funkcije. HLA geni su ljudska verzija glavnoh kompleksa histokompatibilnosti (MHC, gena i njihovih produkata koji se nalaze u većini kičmenjaka (zbog čega je i najviše proučavan među svim MHC genima).

Proteini kodirani od strane određenih gena su također poznat kao HLA antigeni, kao rezultat historijskog porijekla njihovog naziva: Human Leucocyte Antigene, kao faktora u transplantaciji organa. Glavne HLA supstance su bitni elementi za funkciju imuniteta. Različite klase imaju različite funkcije:

HLA antigeni odgovaraju MHC klasi I:

• HLA-A' , HLA-B, i 'HLA-C, peptidima iz unutrašnjosti ćelije.
  Na primjer, ako je ćelija zaražena virusom, HLA sistem odnosi fragmente virusa na površinu ćelije tako da ga imuni sistem može unišiti. Ovi peptidi se proizvode digestijom proteina koji se nalaze u u proteasomima Općenito, ovi posebni peptidi su mali polimeri, od oko 9 aminokiselina. Strani antigeni MHC klase I privlače T –ćelije ubice (koje se nazivaju CD8 pozitivi ili citotoksične T-ćelija) koje uništavaju strane ćelije. Self-antigeni su supresirani regulacijskim T-ćelijama.

HLA-DQ molekula (magenta i plavo) sa vezom liganda (žuto) na ćelijskoj plazma membrani

HLA − MHC

Molekule HLA koje korespondiraju MHC klasom II:
HLA-DP, HLA-DM, HLA-DOA, HLA-DOB, HLA-DQ i HLA-DR predstavljaju antigene koji su prisutniu u antigen prezentujućim ćelijama kao što su dendritske ćelije, B-limfociti i makrofagi. Stimuliraju umnožavanje t-helper ćelija, koje koji zauzvrat stimuliraju proizvodnju antitijela – proizvodnju B-ćelija za proizvodnju antitijela za taj specifični antigen. Self-antigeni su supresurani regulatornim T ćelijama.

HLA geni koji odgovaraju MHC klasi III kodiraju komponente komplementnog sistema. HLA sistem antigena ima i druge funkcije, a osobito su važni u odbrani od bolesti. Oni su glavni uzrok odbijanja nekomplementarnih transplantacija organa. Oni mogu zaštititi ili ne zaštititi (ako su otkazali) organizam od raka.

HLA može se odnositi i na percepciju ljudi o mirisu drugih, pa mogu biti uključeni i u izbor bračnog partnera. Barem jedna studija je pronašla da je stopa HLA sličnosti između supružnika u izolovanoj zajednici manja od očekivane.

Osim gena koji kodiraju 6 glavnih antigen-prezentirajućih proteina, postoji veliki broj drugih gena koji su uključeni u funkciju imuniteta, a koji su u HLA kompleksu. Raznovrsnost HLA u ljudskoj populaciji je jedan aspekt saniranja bolesti. Naime, već su širom svijeta oformljene meže za doniranje organa, čime se omogućuje da dvije nepovezane osobe, sa identičnim molekulama HLA mogu međusobno transplantirati različite organe. To je moguće samo ako među njima postoji puna podudarnost na svim HLA lokusima.

Funkcije

Proteini koji su kodirani sa HLA lokusa nalaze se na površini ćelija i jedinstveni zu za svaku osobu. U imunom HLA prepoznaje sopstvene (svoje) i tuđe (ne-svoje) ćelije. Svaka sopstvena ćelija ispoljava HLA tip osobe kojoj pripada i, prema tome, nije napadač na ćelije istog organizma.

DR protein (DRA:DRB1*0101 genski produkti) vezan sa ligandom Staphylococcal enterotoxin (podjedinica I-C), izgled odozgo pokazuje sve DR aminokiselinske ostatke unutar 5 Angstrema SEI peptida.

Medicinske implikacije

Kada strani patogen ulazi u tijelo, specifične ćelije zvane antigen-prezentirajuće ćelije (transportera) ga progutaju u procesu koji se zove fagocitoza. Proteini iz patogena se probavljaju u male komadiće (peptid i stavljaju na HLA antigene specifične MHC klase (klasa II). Otkriveni su od strane antigen-prezentirajućih ćelija u T ćelijama, koje onda ispoljavaju razne efekte za otklanjanje patogena.

Kroz sličan proces, proteini (i nativni i strani, kao što su proteini virusa) proizvedeni unutar većine ćelija se ispoljavaju na specifičnoj HLA (MHC klase I) na površini ćelije. Zaražene ćelije mogu se prepoznati i uništiti djelovanjem CD8 + T ćelija. Slika sa strane pokazuje parče otrovnih bakterijskih proteina (SEI peptida) vezanih unutar obavezujućeg žlijeba dijela HLA-DR1 molekule. U ilustraciju ispod, uz drugačiji pogled, može se vidjeti cijeli DQ sa vezanim peptidom u sličnom rascjepu, gledano sa strane. Peptidi vezani za bolesti uklapaju se u te "slotove" kao ruka koja se uklapa u rukavicu. Kada je vezani, peptidi su prezentiraju u T ćelije.

T ćelije zahtijevaju prezentaciju preko MHC molekula za priznavanje stranih antigena – uvjet koji je poznat kao MHC ograničenje. Ove ćelije imaju receptore koji su slični receptorima B ćelija, a svaka ćelija prepoznaje samo nekoliko klasa II-peptidne kombinacije. Čim T ćelije prepozna peptid unutar molekula MHC klase II, može stimulirati B-ćelija koje također prepoznaju istu molekulu u receptoru B ćelija. T-limfociti, dakle, pomažu B ćelijama da stvaraju antitijela na iste strane antigene. Svaki HLA molekula može vezati mnoge peptida, a svaka osoba ima 3 vrste HLA i može imati 4 izoforme DP, 4 izoforme DQ i 4 izoforme DR (2 DRB1, i 2. DRB3, DRB4 ili DRB5) za ukupno 12 izoformi. U takvim heterozigotima, proteini koji su vezani za bolesti, teško mogu izbjeći detekciju.

Svaka ćelija ispoljava neki drugi tip "ne-ja" i HLA prepoznaje uljeza, kojeg odbacuje imuni sistem organizma, što je rezultiralo i odbacivanjem strane ćelije. Ovo je posebno važno u slučaju transplantiranog tkiva, jer bi to moglo dovesti do transplantacijskog odbacivanja. Zbog važnosti HLA u transplantaciji, HLA lokusi su neke od najčešćih postupaka tipizacije, pri čemu se primjenjuju serologija i PCR amplifikacija.

HLA i autoimune bolesti

HLA alel	Bolest sa povećanim rizikom	Relativni rizik (%)
HLA-B27	Ankilozirajući spondilitis	12
	Postgonokokni artritis	14
	Akutni prednji uveitis	15
HLA-B47	Kongenitalna adrenalna hiperplazija, uzrokovana 21-hidroksilaznom deficijencijom	15
HLA-DR2	Sistemski lupus erythematosus	2 do 3
HLA-DR3	Autoimuni hepatitis	14
	Primarni Sjögren sindrom	10
	Diabetes mellitus tip 1	5
	Sistemski lupus erythematosus	2 do 3
HLA-DR4	Reumatoidni artritis	4
	Diabetes mellitus tip 1	6
HLA-DR3 i -DR4 kombinirano	Diabetes mellitus tip 1	15
HLA-DQ2 i HLA-DQ8	Coelijakijska bolest	7

HLA genotipizacija

HLA genotipizacija je neizostavan postupak u svim suvremenim transplantacijskim zahvatima, jer HLA sistem ima ekstremno značajnu ulogu u imunom odgovoru organizma – putem T–ćelija. HLA sistemski proteini su visoko polimorfne membranske molekule, koje mogu vezati antigene i predati ih T–ćelijama. Te proteinske molekule su inkodirane genima MHC regiona, diferenciranim u tri klase:

• klasa I (HLA–A, HLA–B i HLA–C);
• klasa II (HLA–DR, HLA–DQ i HLA–DP);
• klasa III (uglavnom sadrže gene komplementarnih proteina i citokina).

U klasu I se također svrstavaju i lokusi HLA–E, HLA–F, HLA–G, HLA–H, HLA–J, HLA–K i HLA–L, ali većina njih nije značajna kao peptidni "prezenter".

Klinički značaj HLA se posebno ispoljava prilikom tipizacije tkiva za potencijalnu transplantaciju. Polazni preduvjet za uspješnu tranplantaciju organa ili tkiva je što veći stupanj podudarnosti kompletnih MHC lokusa donatora (donora) i primaoca (recipijenta), čime se preveniraju mogući rizici za odbacivanje transplantata. Pouzdano je dokazana asocijacija određenih HLA genotipova sa više od 30 bolesti. Prema tome, individualna pripadnost određenim genotipovima ovog sustava može indicirati (povećanu) predispoziciju za takve bolesti.

HLA genotipizacija počinje izolacijom genomske DNK iz uzoraka krvi potencijalnog donora i primatlja. Nakon toga se amplificiraju (SSP–PCR) grupno–specifični regioni (SSP –sequence–specific primers = sekvenciono–specifični prajmeri; PCR – Polymerase Chain Reaction) koje promatramo. PCR produkti se vizualiziraju na agaroznom gelu (gel elektroforeza) ili direktnom DNK analizom sekvenci. Komparativnom analizom dobijenih rezultata procjenjuje se stupanj "genetičke imunološke sličnosti" potencijalnog donatora i primaoca organa ili tkiva. Ta procjena je neposredni pokazatelj “genetičke podobnosti” davaoca da uspješno donira i primaoca da uspješno prihvati transplantat. Za tako usmjerenu HLA genozipizaciju najčešće se koriste HLA–A, HLA–B, HLA–C (iz klase I), te HLA–DRB1, HLA–DQB1 i HLA–DPB1 (iz klase II).

HLA i autoimunost

HLA tipovi su naslijedivi, a neki od njih su povezani i sa autoimunim poremećajima i drugim bolestima. Osobe sa određenim HLA antigenom češće da razviju određene autoimune bolesti, kao što su tip I dijabetesa, ankilozirajući spondilitis, celijakije, sistemski eritemski lupus, miastenija gravis, miozitis, Sjögrenov sindrom i narkolepsija.

HLA tipizacija je dovela do nekih poboljšanja i ubrzanja u dijagnostici celijakije i dijabetesa tipa 1. Međutim, da bi i DQ2 tipizacija bila korisna, to zahtijeva ili visoku rezoluciju B1 * tipizacije (rješavanje * 02: 01 iz * 02: 02), DQA1 * tipizacije, ili DR serotipizaciju. Trenutno se serotipizacija može riješiti u jednom koraku, pa se DQ8. HLA tipizacija autoimunosti sve više koristi kao dijagnostički postupak. Kod celijakija, to je jedini efikasan način, razlikovanjem prvog stepena rođaka koji su u riziku od onih koje nisu u opasnosti. Svakako je preporučljivo prije pojave ponekad-nepovratnih simptoma, kao što su alergije i srednje autoimune bolesti.

HLA i kanceri

Neke HLA-posredovane bolesti su direktno uključene u promociju raka. Gluten-osjetljiva enteropatija je povezana sa povećanim prevalencije T-cell limfoma koji su sa njom povezani, a DR3-DQ2 homozigoti su unutar grupe najveći rizik Gotovo 80% osoba koje su osjetljive na gluten povezano je sa slučajevima T-ćelijskog limfom. Češće, međutim, HLA molekule igraju zaštitnu ulogu, prepoznajući povećanja nivoa antigenia koji se ne tolerišu zbog niskog nivoa u normalnom stanju. Abnormalne ćelija mogu biti na meti za apoptozu, za koju se smatra da upućuje na mnoge oblike raka i prije dijagnoze.

HLA i izbor spolnog partnera

Postoje dokazi za ne-slučajne izbore sklapanja veza u odnosu na određene genetičke karakteristike. To je dovelo do otvaranja istraživačke oblasti poznate kao "genetičko poklapanje" (Genetic matchmaking).

Učestalost alela HLA lokusa

Približne učestalosti dijela alela HLA lokusa u svakom u svakoj kategoriji prikazane su u tabeli ispodIako su CWD varijante i rijetke/vrlo rijetke, oznake su razvijene koristeći različite baze podataka i različite verzije HLA grupe za informiranje i standardizaciju u ovoj oblasti..

Aleli HLA lookusa	Općenito	Općenito (%)	Dobro dokumentirano	Dobro dokumentirano (%)	Rijetki	Rijetki (%)	Vrlo rijetki	Vrlo rijetki (%)	Aleli kategorizirano (%)
HLA-A	68	3.4%	178	8.8%	145	21.5%	280	41.6%	~75%
HLA-B	125	4.8%	242	9.3%	190	17.6%	468	43.5%	~75%
HLA-C	44	2.8%	102	6.6%	77	21.4%	154	42.8%	~74%
HLA-DRB1	79	6.8%	147	12.7%	133	22.7%	206	35.2%	~77%
HLA-DRB3	5	8.6%	7	12.1%					~21%
HLA-DRB4	6	40.0%	2	13.3%					~53%
DRB5	5	25.0%	3	15.0%					~40%
HLA-DQA1	15	31.9%	4	8.5%	9	26.5%	7	20.6%	~88%
HLA-DQB1	22	12.5%	8	4.5%	26	28.9%	42	45.2%	~91%
HLA-DPA1	6	17.6%	0	0.0%	4	14.8%	15	55.6%	~88%
HLA-DPB1	40	28.8%	14	9.0%	29	22.7%	29	32.8%	~90%
Svi lokusi	415	5.3%	707	9.0%	613	20.6%	1214	40.8%	~76%

Klasifikacija

Postoje 3 glavne (major) i 3 male (minor) MHC gena klase I u HLA:

• HLA-A
• HLA-B
• HLA-C
• minor geni su HLA-E, HLA-F i HLA-G
• β₂-mikroglobulin vezan sa major i minor subjedinicama gena koji producira jedan heterodimer

Postoje 3 glavne i 2 minorne grupe proteina MHC klase II koji su kodirani iz HLA sistema. Geni klase II kodiraju kombinirani oblik heterodimernog (αβ) proteinskih Receptora koji se tipski ispoljavaju na površini antigen-prezentirajućih ćelija.

Glavna MHC klasa II

• HLA-DP
  • α-lanac kodiran sa HLA-DPA1 lokusa
  • β-lanac kodiran sa HLA-DPB1 lokusa
• HLA-DQ
  • α-lanac kodiran sa HLA-DQA1 lokusa
  • β-lanac kodiran sa HLA-DQB1 lokusa
• HLA-DR
  • α-lanac kodiran sa HLA-'DRA lokusa
  • 4 β-lanci (samo 3 moguća po osobi), kodirana sa HLA-DRB1, DRB3, DRB4, DRB5 lokusa.

Drugi proteini MHC klase II, DM i DO, koriste se u unutrašnjoj obradi antigena, učitavajući antigenske peptide proizvedene iz patogena na HLA molekulama antigen-prezentirajućih ćelija.

Nomenklatura

Savremena označavanja HLA alela su obično na raznim nivoima detalja. Većina njih počinju kao HLA- i ime lokusa, a zatim sa najčešće *, a neki (čak i) broj numera, navodeći alele. Prva dva broja određuju grupu alela. Stariji metodi klasifikacije često ne mogu u potpunosti razlikovati alele i tako su se zaustavili na ovom nivou. Treća i četvrta cifra označavaju nesinonimske alele, pet i šest označavaju sinonim mutacije unutar okvira kodiranje gena. U sedmoj i osmoj cifri razlikuju se mutacije izvan kodirajuće regije. Slova, L, N, Q, S ili možda prate alel, oznake su za odredbu razine izražavanja ili drugih ne-genomskih podataka koji su poznati. Dakle, potpuni opis alela može biti dug i do 9 brojeva, ne uključujući HLA-prefiks i oznaku lokusa.