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Sistema HLA SISTEMA HLA Dra. C.M. Mayra Masjuán del Pino El Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC) es una región de genes altamente polimórfica (ver Cuadro 1), cuyos productos se expresan codominantemente en la superficie de una gran variedad de células. Se identificó originalmente en la década de los años cuarenta por su papel en el rechazo de trasplantes, por lo cual a las proteínas codificadas por el MHC se les denominó antígenos de histocompatibilidad. Sin embargo, aunque esto es importante, el papel central de los genes MHC en la respuesta inmune fue explicado en los años setenta con la demostración de que los linfocitos T antígeno-específicos, no reconocen antígenos en forma libre o soluble pero reconocen porciones de antígenos 263

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Sistema HLA

SISTEMA HLA

Dra. C.M. Mayra Masjuán del Pino

El Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC) es una región

de genes altamente polimórfica (ver Cuadro 1), cuyos productos

se expresan codominantemente en la superficie de una gran

variedad de células. Se identificó originalmente en la década de

los años cuarenta por su papel en el rechazo de trasplantes, por lo

cual a las proteínas codificadas por el MHC se les denominó

antígenos de histocompatibilidad. Sin embargo, aunque esto

es importante, el papel central de los genes MHC en la respuesta

inmune fue explicado en los años setenta con la demostración de

que los linfocitos T antígeno-específicos, no reconocen antígenos

en forma libre o soluble pero reconocen porciones de antígenos

proteicos que están unido no covalentemente a los productos

MHC.

El MHC en el ser humano se denomina HLA por las siglas, en

inglés, de antígenos leucocitarios humanos. Se encuentra en el

brazo corto del cromosoma 6 ocupando una extensión

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aproximada de 3 500kb (tamaño similar al del genoma completo

de la E. Coli). Cada individuo hereda un cromosoma 6 de cada uno

de sus progenitores, que lleva un genotipo haploide HLA,

denominado haplotipo, con determinados alelos en cada uno de

sus loci. Así pues, el haplotipo es la combinación de alelos de

cada unidad. Dado que hay diversos loci, y dentro de cada uno de

ellos existe un gran polimorfismo, en una población normal habrá

un número muy elevado de haplotipos diferentes. Al ser

codominantes los genes HLA, en una célula pueden detectarse

dos haplotipos, uno de cada parental.

El Sistema HLA codifica para moléculas MHC clase I y clase II,

así como para otras proteínas. Está organizado como sigue (del

centrómero al telómero):

1. Genes clase II: HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR.

2. Genes de complemento: C2, C4A, C4B y Factor B–llamados

genes de región clase III.

3. Genes de heat shock protein (HSP-70) y de citokinas (factor de

necrosis tumoral –TNF-, lintoxina β-LT β -, linfotoxina –LT)

4. Genes de clase I: HLA-B, HLA-C, HLA-A.

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Los genes de HLA son los más polimórficos del genoma

humano, particularmente en el caso de moléculas que tienen un

papel mayor en la presentación del antígeno, a saber, las

moléculas clase I HLA-A y HLA-B, y las moléculas clase II HLA-DR

y HLA-DQ. Es más, se ha demostrado, por secuenciamiento de

ADN, que el polimorfismo definido serológicamente por

anticuerpos, realmente infravaloraba sustancialmente el

verdadero polimorfismo molecular (Cuadro 1). La definición de

subtipos moleculares es bastante relevante para entender la

asociación HLA-enfermedad ya que la mayoría de tales

asociaciones estuvo inicialmente basado en asociaciones

serológicas con un tipo de HLA específico. Así la determinación de

asociaciones con variantes moleculares específicas ha producido a

menudo un aumento significante del riesgo. Una nueva

nomenclatura se ha desarrollado para distinguir subtipos

moleculares relacionados con alelos mayores. El gen específico

designado está separado por un asterisco de un número de cuatro

dígitos, los primeros dos dígitos denotan la especificidad del alelo

mayor y los dos últimos, el subtipo molecular. Por ejemplo, DRB1

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*0301 definen la cadena B de una variante molecular (split) de

HLA-DR3 (la cual es también descrita por tipificación serológica

como HLA-DR17).

Cuadro No. 1

DISTRIBUCIÓN CELULAR DE LOS ANTÍGENOS MHC. ESTRUCTURA

DE LAS MOLÉCULAS MHC

Los productos de la clase I están compuestos por una

glicoproteína transmembranal de 44 kD: cadena pesada O, en un

complejo no covalente con un polipéptido de 12 kD no polimórfico

que no está unido directamente a la membrana: β2

microglobulina, codificado por un gen en el cromosoma 15. La

porción extracelular de la cadena pesada consta de tres dominios:

α1, :α2, :α3.

Los dominios α3 y β2 microglobulina presentan secuencias

relativamente conservadas y de gran homología con las regiones

constantes de las inmunoglobulinas. Es en el dominio α3 donde se

encuentran los sitios de unión para los linfocitos T CD8+. Los

dominios α1 y α2 están orientados de manera que interactúan uno

con otro y forman una hendidura limitada por dos regiones de

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hélice, que forman las paredes, y ocho segmentos de

conformación β que corresponden al suelo de la hendidura. Esta

hendidura tiene un tamaño tal que puede unir fragmentos

proteicos de 9 a 11 residuos de aminoácidos y es, realmente, el

lugar donde se unen a la molécula clase I, los péptidos extraños

para que sean presentados a las células T. Es en la hendidura

donde se encuentran las zonas polimórficas de residuos de

aminoácidos que definen los diferentes alelos.

La generación de fragmentos peptídicos en las células y su

asociación con las moléculas MHC y transporte a la superficie

celular, es un proceso complejo. Involucrada en esta secuencia

están complejos proteolíticos (proteosomas), los cuales digieren

las proteínas antigénicas en pequeños péptidos y transportan los

fragmentos del citoplasma al retículo endoplasmático. Dentro del

retículo endoplasmático, los péptidos se ligan a la hendidura que

une antígeno de las cadenas pesadas de las moléculas clase I

recientemente sintetizada, que entonces se asocian con β2-

microglobulina para formar un trímero estable que se transporta a

la superficie de la célula para la presentación a los linfocitos T

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citotóxicos CD8+. En esta interacción, el receptor de células T

(TCR) reconoce el complejo de MHC-péptido, y la molécula CD8 ,

actuando como un co-receptor, uniéndose al dominio no

polimórfico α3 de la cadena pesada de clase I. Células T citotóxicas

CD8+ pueden reconocer péptidos virales (u otros) sólo si se

presentaron como un complejo con los mismos antígenos de la

clase I (restricción MHC). En la vigilancia de células T, moléculas

MHC propias son aquellas que se expresaron durante la

maduración dentro del timo. Ya que una de las funciones

importantes de las células T CD8+ es eliminar células infectadas

por virus , tiene buen sentido que presenten expresión extendida

de los antígenos HLA clase I.

Las moléculas clase II son formadas por dos cadenas

polipeptídicas asociadas no covalentemente: cadenas y ; estas

cadenas están codificadas por genes diferentes del MHC y, con

pocas excepciones, ambas cadenas son polimórficas.

La cadena α(32–34 kD) es ligeramente mayor que la cadena

β(29–32 kD) como resultado de una mayor glicosilación. Más de

las dos terceras partes de las cadenas están localizadas en el

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espacio extracelular. La secuencia de aminoácidos revela

semejanzas estructurales con las moléculas clase I, por lo que

constituyen un modelo tridimensional análogo al de estas. Estas

similitudes estructurales fundamentales entre las moléculas clase

I y clase II están, especialmente, en la hendidura de unión de

péptidos. Los residuos polimórficos se concentran también en los

dominios α1 y β1 y, al igual que en las moléculas clase I, el

polimorfismo genético de las moléculas clase II determina la

superficie química de la hendidura, siendo el responsable principal

de la especificidad y afinidad de la unión del péptido y el

reconocimiento de células T. Cada molécula de clase II es capaz

de presentar un elevado número de péptidos diferentes, de 12

residuos de aminoácidos o más. Las moléculas clase II más el

péptido, son reconocidos por los linfocitos T CD4+.

La naturaleza de los péptidos que se ligan a las moléculas clase

II es diferente a la de los péptidos que se unen a las moléculas

clase I. En general, moléculas clase II presentan antígenos

exógenos (ejemplo microbios extracelulares, proteínas solubles)

que son primero internalizados y procesados en los endosomas

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o lisosomas. Los péptidos resultantes de la hidrólisis son

entonces asociados con los heterodímeros de la clase II

ensamblados en el retículo endoplasmático. Finalmente, el

complejo del péptido-MHC se transporta a la superficie de la

célula, donde puede ser reconocido por células T auxiliares CD4+.

En esta interacción, la molécula CD4 actúa como el co-receptor.

Ya que las células T CD4+ sólo pueden reconocer antígenos en el

contexto de moléculas propias de la clase II, ellos presentan

restricción clase II. En contraste con la clase I, la distribución

tisular de los antígenos MHC de clase II, está principalmente

restringida a células presentadoras de antígeno (macrófago,

células dendríticas y células B). Sin embargo, la expresión de

moléculas clase II puede ser inducida en varios tipos celulares,

incluyendo las células del endotelio y fibroblastos, por la acción de

IFN-gamma.

El papel de los antígenos clase II en la inducción de células T

auxiliares tiene una presión importante en la regulación genética

de la respuesta inmune. Cómo moléculas clase II regulan la

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respuesta inmune no está completamente claro, pero hay dos

mecanismos posibles:

Una posibilidad descansa en el hecho que los diferentes

péptidos antigénicos se ligan a diferentes productos génicos de

la clase II . Un individuo expresa una respuesta inmune vigorosa

contra un antígeno sólo si él o ella heredan el gene(s) para

aquéllas moléculas clase II que puede ligar el antígeno nominal y

puede presentarlo a las células T auxiliadoras. Las consecuencias

de heredar un gen determinado de clase II determina en la

naturaleza del antígeno unido a la molécula clase II . Por ejemplo,

si el antígeno fuera un péptido de polen de ambrosía, el individuo

estaría genéticamente predipuesto a padecer una

hipersensibilidad tipo I. Una capacidad heredada de ligar un

péptido bacteriano puede proporcionar resistencia para enfermar

evocando una respuesta de anticuerpo o quizás induciendo una

respuesta autoimmune si el anticuerpo reacciona cruzadamente

con tejidos normales.

La otra posibilidad está relacionada con el papel de moléculas

MHC formando el repertorio de células T. Durante la diferenciación

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intratímica, se seleccionan sólo células T que pueden reconocer

moléculas MHC propias para la exportación a la periferia

(tolerancia inmunológica). Así, el tipo de moléculas MHC que las

células T encuentran durante su diferenciación influye en la

capacidad funcional de células T maduras periféricas.

Por tanto, la expresión de ambas clases de moléculas MHC está

regulada a nivel transcripcional por la diferenciación celular, en

una célula y tejido específicos, y por estímulo extrínseco inmune e

inflamatorio.

FUNCIONES DE LAS MOLÉCULAS HLA

En lo anteriormente expuesto queda evidenciado que las

moléculas MHC son esenciales parea el reconocimiento

inmunitario. Su principal función es unir fragmentos de péptidos

extraños y formar un complejo que pueda ser reconocido por las

células T.

Las células T citotóxicas CD8+, involucradas en el

reconocimiento y el rechazo de células infectadas por virus y

células tumorales, reconocen el antígeno unido a moléculas de

clase I y las destruyen. Las células T CD4+ reconocen el antígeno

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unido a moléculas de la clase II en las células presentadoras de

antígenos; entonces, pueden cooperar con los linfocitos B para

inducir la producción de anticuerpos y liberar citokinas que

ayudan a los macrófagos a destruir los microorganismos

intracelulares.

Cuando un animal es infectado por virus, sus linfocitos T

citotóxicos quedan sensibilizados y destruirán las células

infectadas por ese virus. Sin embargo, estos linfocitos no podrán

destruir células infectadas por el mismo virus que tenga un

haplotipo HLA distinto. Este fenómeno se conoce como

citotoxicidad restringida por el haplotipo o restricción MHC, e

implica un doble reconocimiento de un antígeno viral y una

molécula HLA propia. De hecho, las moléculas clase I son como

señales que guían a las células citotóxicas hacia sus dianas.

La restricción MHC se aplica también a los linfocitos T

auxiliadores, que reconocen el antígeno en los macrófagos y en

los linfocitos B en asociación con las moléculas clase II. En este

caso, las moléculas clase II actúan como señales de

reconocimiento entre las células presentadoras de antígenos y los

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linfocitos. Estas interacciones genéticamente restringidas son

características de las reacciones inmunitarias en que están

involucradas las moléculas MHC.

En cuanto a la variación alotípica, es decir, el enorme

polimorfismo dentro de las moléculas MHC, se ha propuesto que

su función es impedir que los microorganismos puedan evadir al

sistema inmune, ya que si existiera un número limitado de

moléculas MHC, un microorganismo podría cambiar sus antígenos

de superficie hasta conseguir una estructura que no pudiera

unirse a ninguna molécula MHC, de manera que las células T no

podrían reconocerlo; sin embargo, con muchas moléculas MHC

disponibles dentro de un gran pool génico, es improbable que

surja un antígeno que sea incapaz de unirse a ninguna de estas

moléculas. Una ventaja selectiva contra enfermedad infecciosa

asociada con heterocigocidad aumentada a las moléculas clase I y

clase II del Sistema HLA se cree que juega un papel mayor

manteniendo la extraordinaria diversidad alélica de estos genes.

Se ha reportado que un máximo de heterocigocidad HLA de los

loci de moléculas clase I (A, B, y C) retarda el ataque del síndrome

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de immunodeficiencia adquirida (SIDA) entre pacientes

infectados con HIV-1, mientras que individuos homocigóticos de

uno o más loci progresan rápidamente a la enfermedad y muerte.

La “contrapartida” es que la posesión de determinados

antígenos de histocompatibilidad hace que el individuo sea más

susceptible a presentar determinadas enfermedades, como la

espondilitis anquilosante o la enfermedad de Reiter en el caso de

HLA-B27, o la esclerosis múltiple en el caso de HLA-A3 o B7.

EL COMPLEJO MAYOR DE HISTOCOMPATIBILIDAD Y

SUSCEPTIBILIDAD A ENFERMEDADES.

Han pasado más de 30 años desde el primer informe en que la

susceptibilidad a una enfermedad fue asociada con herencia de

un gen de HLA específico. Desde el descubrimiento de un

aumento estadísticamente significante en la incidencia de la

enfermedad de Hodgkin en pacientes que heredan ciertos genes

de HLA-B, tales asociaciones se han planteado para más de 500

enfermedades diferentes. En muchos de estos casos, el aumento

en susceptibilidad es bastante débil y, en algunos, puede

representar análisis estadístico defectuoso o una ocurrencia de la

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oportunidad. En otros, sin embargo, la asociación es muy fuerte e

impele a la conclusión que los genes dentro del complejo de HLA

tienen un papel en la patogénesis de la enfermedad.

En la tabla siguiente se presenta algunas enfermedades

asociadas con HLA.

Cuadro No. 2

La importancia de genes de HLA en la predisposición para

enfermar, normalmente se expresa como "el riesgo relativo" o la

proporción de la frecuencia con la que una enfermedad ocurre en

individuos que llevan un gen HLA particular dividida por su

frecuencia en aquellos que no lo llevan. Como se ilustró en la

tabla, el riesgo relativo entre enfermedades particulares y

moléculas de HLA es reportado para variaciones marginalmente

significantes (ejemplo 2.0 para la enfermedad de Hodgkin en

individuos que expresan la molécula HLA DP3) a un papel

preponderante determinante en susceptibilidad a la enfermedad

(ejemplo un riesgo relativo mayor que 80 de desarrollar

espondilitis anquilosante en individuos que tienen HLA-B27).

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La inspección de la tabla de herencia de HLA y susceptibilidad a

la enfermedad revela algunas conclusiones generales y unas

sorpresas. Entre las conclusiones están que las enfermedades

asociadas a HLA se han identificado en virtualmente cada sistema

principal y, adicionalmente, la mayoría sustancial de estas

enfermedades se considera como autoimmune. Una segunda

conclusión es que la mayoría de las enfermedades están

asociadas con las moléculas HLA-DR y HLA-DQ del complejo de

HLA, pero con algunas excepciones notables, particularmente el

gen de la clase I HLA-B27.

Trabajos recientes han reportado asociación HLA y Enfermedad

de Alzheimer, Tuberculosis, Enfermedad hepática alcohólica y

muchas otras enfermedades.

Entre las sorpresas está la observación que un papel del

sistema inmune no está claro en algunas de las enfermedades

altamente asociadas, dramáticamente, como la asociación de

narcolepsia con herencia de HLA-DR2, DQ6 que tienen un riesgo

relativo de casi 130. Además, en algunos casos la herencia de un

alelo de HLA específico está asociada con protección más que con

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susceptibilidad a una enfermedad. El mejor conocido de estos

casos es la asociación negativa de HLA-DR2 y DQ6 con

susceptibilidad a diabetes mellitus insulina-dependiente (IDDM).

También se plantea el riesgo reducido en la severidad de la

Coccidioidomycosis, relacionado con HLA-DR1 y DQ-B1.

Globalmente, sin embargo, el peso de estas observaciones

conduce a la conclusión que los genes del complejo de HLA están

críticamente involucrados en la patogénesis de enfermedades

autoimmunes.

Un corolario lógico es que el papel de moléculas de HLA en la

patogénesis probablemente está relacionado con su participación

en el normal funcionamiento del sistema inmune. Esto se pone en

evidencia en la deficiencia antigénica de moléculas MHC clase II.

Muchos afectados con este síndrome recesivo autosómico son de

África del Norte. Los pacientes presentan en infancia temprana

con diarrea persistente que es a menudo asociado con

cryptosporidiosis e infecciones de enterovirales (poliovirus,

coxsackievirus). Ellos también tienen una frecuencia aumentada

de infecciones con herpesvirus y otros virus, candidiasis oral,

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pulmonía bacteriana, pulmonía P. carinii, y septicemia. La

inmunodeficiencia no es tan severa como en SCID, como es

evidenciado por su fracaso para desarrollar infección diseminada

después de vacunación de BCG o GVHD por las transfusiones de

sangres no irradiadas.

Pacientes deficientes de moléculas MHC clase II tienen un

número muy bajo de células T CD4+ pero normal o números

elevados de células T CD8+ . La linfopenia es sólo moderada. Los

antígenos MHC clase II HLA-DP, DQ, y DR son indetectables en

las células B y monocitos, aunque las células B están presentes

en número normal. Los pacientes son hipogammaglobulinémicos

debido a las respuestas antígeno-específicas dañadas, causadas

por la ausencia de estas moléculas antígeno-presentadoras.

Además, células B deficientes en antígenos MHC no estimulan

cultivo mixto de linfocitos. La proliferación de linfocitos muestra

respuestas normales a mitógenos pero ninguna respuesta a los

antígenos. El timo y otros órganos del sistema linfoide son

severamente hipoplásicos, y la falta de moléculas clase II resulta

en selección tímica anormal. Los defectos asociados de inmunidad

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de células B y T y de expresión de HLA da énfasis al papel

biológico importante de los determinantes HLA en la cooperación

celular eficaz.

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