Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet Autoimmunitás Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

Az autoimmunitás molekuláris alapja A szomatikus génátrendeződés random módon hoz létre T- és B sejt receptor szerkezeteket Közülük számosan autoantigéneket ismernek fel

A saját felismerésének lehetséges következményei Aktív „Nem” “Felismerem, de nem reagálok” Aktív “Igen” “Felismerem és reagálok” Immuntolerancia Autoimmunitás Természetes, protektív kóros

Antigénnel szembeni válaszképtelenség Immuntolerancia Antigénnel szembeni válaszképtelenség centrális perifériás

A saját peptid-saját MHC komplexeket nagy aviditással felismerő T sejtek elpusztulnak: negatív szelekció

Centrális tolerancia kilalkulása a thymusban: negatív szelekció (apoptosis) révén a saját peptid-saját MHC-t nagy aviditással felismerő T sejtek elpusztulnak De! A gyengén vagy mérsékelten autoreaktív T sejtek kijutnak a perifériára!

A szöveti antigének promiszkuus génexpressziója a thymusban Figure 1 | Diverse tissues are represented by promiscuous gene expression in medullary thymic epithelial cells (mTECs).   Genes identified as overexpressed in mouse mTECs compared with cortical TECs using gene chip analysis were assigned to tissues according to their predominant expression (where applicable) using combined information from the public databases GNF Gene Expression Atlas and Swissprot (see online links box) and the literature. About one quarter of all mTEC-overexpressed genes could be categorized as tissue-restricted according to this approach and are shown. Note the diversity of tissues that meet these criteria. The fraction of tissue-restricted genes is probably underestimated given their low expression levels in mTECs and the limited sensitivity of the gene array method. AIRE transzkripciós faktor

Az AIRE gén mutációi monogénes autoimmun megbetegedést, az APECED szindrómát okozzák (Autoimmun polyendocrinopathia candidiasissal és ectodermalis dysplasiával)

Az idegen antigének nem prezentálódnak a thymusban (vér-thymus barrier), Így a nagy aviditással idegen antigéneket felismerő sejtek nem kerülnek negatív szelekcióra A perifériás protektív immunrepertoár gyengén vagy mérsékelten autoreaktív

A perifériás tolerancia mechanizmusai tolerancia típusa mechanizmus hely a antigénszegregáció fizikai barrier pl. szem, here b anergia kostimuláció hiánya másodlagos nyirokszervek c szabályozó sejtek Treg, Breg sejtek másodlagos nyirokszervek gyulladás helye d citokinegyensúly Th2-differenciálódás másodlagos nyirokszervek gyulladásos citokin termelés csökken gyulladás helye Immunobiology, 7ed. Garland Science 2008, módosítva 10

Antigénszegregáció immunprivilegizált helyek (szem, here, ovárium, agy) a beültetett szövet ellen csökkent immunválasz nincs konvencionális nyirokkeringésük, barrierek védik őket (pl. vér-agy gát, vér-here gát) az antigének immunoszupresszív citokinekkel keverve jutnak ki az ilyen szervekből (pl.TGF-) e szervek sejtjei FasL-ot expresszálnak, Fas expresszáló limfociták apoptózisát okozzák de fertőzés esetén szükséges hatékony immunválasz itt is…… 11

Rejtett, kriptikus antigének kiszabadulása az immunprivilegizált helyekről

Anergia kostimuláció hiányában anergia proliferáció, differenciálódás, effektor funkciók Nature Reviews Immunology 1, 220-228 (December 2001), módosítva

Reguláló T sejtek CTLA 4 nat Treg TH3 Tr1 foxp3 TGF- and IL-10 TGF-

Szabályozó (reguláló)T-limfociták (FOXP3 expresszió) gátló citokinek sejt lízis Granzyme A és granzyme B effektor sejt apoptosis metabolikus gátlás dendritikus sejt gátlás citokin depriváció gátolja a DC érést és aktivációt Nature Reviews Immunology 8, 523-532 (July 2008)

Foxp3 mutáció IPEX szindróma (immune dysreguláció, poliendocrinopathia, enteropathia, X-hez kötött)

Szabályozó B-limfociták szabályozó T-sejt differenciálódást indukál DC-aktivációt gátol tumor sejt CD8 T-sejt funkciók gátlása, tumorok elleni immunválasz gátlása antitestek makrofág apoptotikus sejt clearance T- és B- limfocita apoptózis Mauri C et al Trends Immunol 2007

Gamma delta T-limfociták effektor T-sejt lízis effektor T-sejt gátlás kemokinek sejt influx szabályozás Th1 gátlás APC lízis antigén prezentáló sejt neutrophil influx gátlás sebgyógyulás epithelialis sejtek neutrophil granulocyta Nature Reviews Immunology 3, 233-242 (March 2003) 18

Citokinegyensúly RA, Crohn betegség, Sclerosis multiplex Figure 1 | Cytokines and helper T-cell differentiation. In the standard model, helper T cells are polarized to one of two subsets, TH1 and TH2, by the cytokines interleukin (IL)-12 and IL-4, respectively. TH1 cells promote cell-mediated immunity and host defence against intracellular organisms, but also contribute to the pathogenesis of autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis, Crohn’s disease and multiple sclerosis. TH2 cytokines, especially IL-4, antagonize TH1 differentiation and attenuate cell-mediated immunity but promote allergic and anti-helminth responses. Although this model has been extremely useful and explains a great deal, the role of cytokines in autoimmune disease is more complicated than is indicated by this simple model. IFN-γ, interferon-γ; IgE, immunoglobulin E; LT, lymphotoxin; STAT, signal transducer and activator of transcription.

A saját felismerésének lehetséges következményei Aktív „Nem” “Felismerem, de nem reagálok” Aktív “Igen” “Felismerem és reagálok” Immuntolerancia Autoimmunitás Természetes, protektív kóros

Autoimmunitás Természetes Kóros bad good

Természetes autoimmunitás Microbiális antigének B1 B-sejtek (CD5+)  polireaktív, kis affinitású IgM természetes autoantitesteket termelnek, melyek keresztreagálnak konzervált struktúrákkal Antigének Hősokk fehérjék enzimek (CytC, SOD) membránfehérjék (2m) citoplazmatikus fehérjék (aktin) sejtmag antigének (DNS, histones) vérplazma fehérjék (albumin, IgG) citokinek, hormonok (IL-1) Humán antigének Microbiális antigének

B1- és B2- limfociták B1 hagyományos B2 variábilis régió korlátozott nagyon változékony változékonysága (nincs affinitásérés) (affinitásérés) Th-stimuláció nincs Th2-szükséges Ig-termelés spontán IgM (IgG) stimulációra IgM, IgG választ kiváltó antigén szénhidrát főleg fehérje konzervált fehérjék (kis mértékben egyéb) keletkezés önmegújító képesség csontvelőből pótlódik B-1 cells can develop in unusual sites in the fetus, such as the omentum, in addition to the liver. B-1 cells predominate in the young animal although they probably can be produced throughout life. Being mainly produced during fetal and neonatal life, their rearranged variable-region sequences contain few N-nucleotides. B-1 cells are best thought of as a partially activated self-renewing pool of lymphocytes that are selected by ubiquitous self and foreign antigens. Because of this selection, and possibly because the cells are produced early in life, the B-1 cells have a restricted repertoire of variable regions and antigen-binding specificities. B-1 cells seem to be the major population of B cells in certain body cavities, most probably because of exposure at these sites to antigens that drive B-1 cell proliferation. Partial activation also leads to secretion of mainly IgM antibody; B-1 cells contribute much of the IgM that circulates in the blood. The limited diversity of the B-1 cell repertoire and the propensity of B-1 cells to react with common bacterial carbohydrate antigens suggest that they carry out a more primitive, less adaptive, immune response than conventional B cells (B-2 cells). In this regard, they are comparable to g:d T cells. 23

Természetes antitestek apoptotikus sejtek fagocitózisát segítik fagocita sejt apoptotikus sejt apoptotikus sejtek eltávolítása a kóros autoimmunitástól véd Nature Reviews Immunology 10, 778-786 (November 2010)

Mi a homunculus? Képzeletbeli emberke, melynek testrészei arányosak azok kéregbeli reprezentációjával.

Autoimmunitás Természetes Kóros bad good

II. Kóros autoimmunitás

Kóros autoimmunitás akkor jelentkezik, amikor az immuntolerancia mechanizmusok elégtelenné válnak.

Autoimmun megbetegedések 1. Legtöbbjük multifaktoriális (poligénes + környezeti trigger) 2. B -sejtek, T-sejtek vagy immunkomplexek közvetíthetik 3. A lakosság 5%-át érinti 4. Többnyire felnőttkorban kezdődik 5. Nőkben gyakoribb 6. A krónikus lefolyást exacerbációk és remissziók kísérik

Monogénes autoimmun betegségek lymphocyta leukocyta emlő pajzsmirigy epidermal thymus medulláris epitheliális sejtek AIRE gén mutáció monogénes autoimmun megbetegedés centrális tolerancia zavara, autoimmunitás APECED -szindróma (ritka) (autoimmune polyendocrinopathy candidiasis ectodermal dystrophy) mucocutan candidiasis, hepatitis, vitiligo, léphiány, 1-es típusú diabetes mellitus 18%, Addison-kór anti interferon antitestek CNS csont szív oocyta gyomor nyelv gerinc vese máj pancreas here endothel bél egyéb tüdő placenta 2005 // JEM vol. 202 no. 1 33-45

Monogénes autoimmun betegségek szabályozó T-limfociták FOXP3-gén mutáció szabályozó T sejtek hiánya, vagy funkcionális zavara perifériás tolerancia IPEX -szindróma (ritka) (immune dysfunction, polyendocrnopathy, X-linked syndrome) gyulladásos bélbetegség 1-es típusú diabetes mellitus 50% < dermatitis szabályozó T-limfociták An. Bras. Dermatol. vol.81 no.3 Rio de Janeiro June 2006

Az autoimmun megbetegedések küszöbelmélete Hajlamosító allélek száma A betegség valószínűsége

Autoimmun hajlam kialakításában résztvevő gének MHC Olyan gének, melyek a autoantigének hozzáférhetőségét és eliminációját befolyásolják (AIRE, C1q, C3 ésC4) Apoptózis gének: pl. Fas gene olyan gének, melyek a jelátviteli pályák küszöb értékeit befolyásolják, pl. a gátló Fc receptorok vagy a CD22 B Citokinek expresszióját befolyásoló gének Kostimulációs molekulák expresszióját befolyásoló gének, p.l. CTLA-4

Amino acid changes in the sequence of an MHC class II protein correlate with susceptibility to and protection from diabetes. The HLA-DQβ1 chain contains an aspartic acid (Asp) at position 57 in most people; in Caucasoid populations, patients with IDDM more often have valine, serine, or alanine at this position instead, as well as other differences. Asp 57, shown in red on the backbone structure of the DQβ chain, forms a salt bridge (shown in green in the center panel) to an arginine residue (shown in pink) in the adjacent α chain (gray). The change to an uncharged residue (for example, alanine, shown in yellow in the bottom panel) disrupts this salt bridge, altering the stability of the DQ molecule. The nonobese diabetic (NOD) strain of mice, which develops spontaneous diabetes, shows a similar replacement of serine for aspartic acid at position 57 of the homologous I-Aβ chain, and NOD mice transgenic for β chains with Asp 57 have a marked reduction in diabetes incidence.

Associations of HLA serotype and sex with susceptibility to autoimmune disease. The ‘relative risk' for an HLA allele in an autoimmune disease is calculated by comparing the observed number of patients carrying the HLA allele with the number that would be expected, given the prevalence of the HLA allele in the general population. For type I insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM), the association is in fact with the HLA-DQ gene, which is tightly linked to the DR genes but is not detectable by serotyping. Some diseases show a significant bias in the sex ratio; this is taken to imply that sex hormones are involved in pathogenesis. Consistent with this, the difference in the sex ratio in these diseases is greatest between the menarche and the menopause, when levels of such hormones are highest.

Gyógyszerek és toxinok Fertőzések: Az autoimmunitás kialakulásához vezető lehetséges molekuláris mechanizmusok Gyógyszerek és toxinok Fertőzések: Gyulladásos mediátorok szekréciója Fokozott kostimuláció Szöveti antigének felszabadulása Keresztreakciók, molekuláris mimikri Szuperantigén hatás

Mimikri

Keresztreaktivitás (molekuláris mimikri) Virális és bakteriális peptidek utánozhatják a saját peptideket és így autoimmunitáshoz vezethetnek

Keresztreaktivitás

Streptococcus antigének  hasonlóak endocardium antigénekhez  gyulladás, billentyű deformitás  rheumás láz

Szuperantigének (pl. bakteriális toxinok) MHC II molekulákhoz és a TCR-hez „kívülről” kötődnek és így számos nem-specifikus T sejt klón proliferációját idézhetik elő

szervspecifikus autoimmun Autoimmun betegségek szervspecifikus autoimmun betegségek systemas autoimmun betegségek vitiligo 1-es típusú diabetes mellitus sclerosis multiplex Basedow-kór myasthenia gravis systemas lupus erythematosus rheumatoid arthritis systemas sclerosis Sjögren-szindróma polymyositis 42

genetika autoimmun betegség környezet immunreguláció tolerancia sérülés Nature Immunology  2, 759 - 761 (2001) doi:10.1038/ni0901-759

Rheumatoid arthritis prevalencia 0,4-0,8% egypetéjű ikrek konkordancia 30-50% kétpetéjű ikrekben konkordancia 5% tüdőfibrosis erosio episcleritis amiloidosis 44

Rheumatoid arthritis genetikai háttér PADI 4 HLA DRB1 PTP N22 IL2RA IL2RB TNF IP2 -log10 trend test P Nature 447, 661-678 (7 June 2007) | doi:10.1038/nature05911

Környezeti tényezők rheumatoid arthritisben fertőzések (parvovírus B19, rubeola) stressz ásványi olajok kávé napi 10 csésze fölött! alkohol védő hatás dohányzás

Antitestek rheumatoid arthritisben Fab rheumatoid faktor, antitestek Fc-része ellen termelődő antitest más autoimmun kórképekben, fertőzésekben is gyakori Fc citrullinált proteinek elleni antitestek citrullinálódhat pl: fibrin, vimentin, enoláz, citokeratin stb. PAD-enzimek

Autoantitestek megjelenése rheumatoid arthritisben betegek százaléka IGM-RF és anti-CCP anti CCP IgM RF a tünetek megjelenését megelőző évek Nielen et al. Arthritis Rheum 2004;50:380–386

20-40% 60-80% ACPA negatív ACPA pozitív Rheumatoid arthritis 20-40% 60-80% ACPA negatív ACPA pozitív 50

shared epitope pozitív Rheumatoid arthritis ACPA pozitív ACPA negatív shared epitope pozitív 20-40% 60-80% 43-63% rendelkezik citrullinált alfa enoláz ellenes antitestekkel (CEP-1) OR=37 shared epitope - PTPN22 - dohányzás Nat Genetics.2009;41:1319-24 51

Szisztemás lupus erythematosus Jacoud's arthropátia alopécia discoid lupus diffúz proliferatív glomerulonephritis myelitis transversa Prevalencia 0,05% egypetéjű ikrek konkordancia 30-50% kétpetéjű ikrekben konkordancia 5% retina vasculitis stroke 52

SLE genetika MCH-gének szerepe kisebb, mint RA-ban DR2; DR3 C1Q hiány >90% SLE (ritka) C2, C4 hiány 33-75% alacsony C4 szint 30-40% SLE 53

Antitestek, környezeti tényezők SLE-ben intracelluláris és extracelluláris antigének elleni antitestek széles spektruma anti DNS és anti kromatin antitestek évekkel a betegség kezdete előtt megjelenhetnek fertőzések, napsugárzás

Spondylitis ankylopoetica gyulladásos ízületi betegség gerinc, SI ízület perifériás ízületek extraartikuláris tünetek 55

A betegség progressziója 56

Prevalencia, genetikai hajlam egypetéjű ikrek konkordancia 67% kétpetéjű ikrekben 12% a kaukázusi betegek 90% HLA-B27 pozitív HLA-B27 TG egér SPA-szerű betegség HLA-B60, TNF promoter polimorfizmus antitest nem jellemző, környezeti tényező fertőzések? 57

autoimmun betegségekben PTPN22 R620W polimorfizmus autoimmun betegségekben PTPN22 T-limfocita aktiváció arginin/triptofán csere 620 pozícióban igazolt összefüggés nincs összefüggés scleroderma sclerosis multiplex RA és JRA celiakia SLE Sjögren-szindróma I diabetes mellitus Crohn-betegség Grave's Basedow-kór psoriasis arthritis psoriatica SPA Wegener-granulomatosis Arthritis Res Ther. 2007;9 Suppl 2:S5.

Autoantitestek szerepe az autoimmunitásban: Grave’s Basedow-kór autoimmun B limfociták stimuláló, TSH receptor elleni antitestet termelnek TSH pajzsmirigy hormon termelését stimulálja hypophysis Hormon pajzsmirigy hormon TSH termelést gátol pajzsmirigy hormon az autoantitest termelést nem befolyásolja 59

szerepe az autoimmunitásban: myasthenia gravis Autoantitestek szerepe az autoimmunitásban: myasthenia gravis neuromuscularis junctio működése myasthenia gravis acetylcholine receptor izom contractio acetylcholine receptor internalizált és lebontott nincs izom contractio izom 60

thrombocytopenias purpura vérlemezke elleni antitest vérzékenység myasthenia gravis anti-acethylcholine receptor izomműködési zavarok Graves-kór anti-TSH receptor hyperthyreosis thrombocytopenias purpura vérlemezke elleni antitest vérzékenység neonatalis lupus anti-Ro antitest anti-La antitest dermatitis, bradycardia pemphigus vulgaris anti-desmoglein-3 antitest bőrkiütés 61

Citokinek Tumor necrosis faktor T-sejt makrofág synovialis sejt TNF mátrix lebontó enzimek termelését fokozza, mely porc pusztuláshoz vezet gyulladásos citokinek termelését fokozza adhéziós molekulák expresszióját fokozza, leukociták ízületekbe vándorlását segíti 62

Citokinek TNF-blokkolás és génaktiváció Koczan D et al: :Arthritis Res Ther 2008, 10:R50

T reg vs. Th17 rheumatoid arthritisben Citokinek T reg vs. Th17 rheumatoid arthritisben Nat Rev Immunol. 2007 Jun;7(6):429-42. Cytokines in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. McInnes IB, Schett G.

Citokin blokkolás autoimmun betegségekben TNF: infliximab, etanercept, adalimumab, certolizumab pegol, golimumab IL-6: tocilizumab IL-1: anakinra IL-17; IL-33

Autoimmun betegségek 66

Autoimmun betegségek 67

Autoimmun betegségek 68