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Il test genetico nella malattia celiaca
Vilma Mantovani
Centro Ricerca Biomedica Applicata - CRBA Policlinico S.Orsola-Malpighi, Bologna
Orizzonte aperto in celiachiaReggio Emilia, 19 maggio 2018
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Fattori genetici
Fattori ambientali
Malattie Mendeliane monofattoriali
Malattie non genetiche
Malattie complessemultifattoriali
La celiachia è una malattia complessa multifattoriale
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La celiachia mostra aggregazione familiare
Gemelli monozigotici 80%Fratelli 16%Consanguinei di 1° grado 8%
Nisticò et al. Gut 2006,55:803
Concordanza della malattia
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Rischio relativo di ricorrenza
S = prevalenza della malattia nei fratelli
prevalenza della malattia nella popolazione
S malattia celiaca = 20 - 60
S diabete tipo 1 = 10 - 15S artrite reumatoide = 2 - 8
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Rischio genetico di celiachia
60% altri fattori genetici
40% geni HLA
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Cromosoma 6 6p21.31
DP DQ DR B C A F
Il complesso HLA
HLA-Classe I
DQA DQB
eterodimero DQ
HLA-Classe II
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*05:01 *02:01
DQA1 DQB1
DQ2.5
*02:01 *02:02DQ2.2
Nomenclatura HLA
eterodimero serotipo
DP DQ DR B C A F
HLA-DQ2
HLA DQB1 * 02: 01
gene gruppo allelico
allele
A1- B8-DR3-DQ2
aplotipo
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L’elevata variabilità dell’HLA
15.600 alleli HLA totali
978 alleli del gene DQB1
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HLA: riconoscimento del “self-non self”
Cell Picture Show, 2011
HLAClasse II
CD4T cellreceptor
APC
CD4+ T cell
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Sito di binding HLA Classe II
Catena alfa
Catena beta
Peptide
Kim et al. PNAS 2004,101:4175
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La selezione dell’HLA più adatto
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La celiachia è associata ad un eterodimero HLA-DQ
Sollid et al, 1990
• Eterodimero HLA DQ1*05,DQ1*02 codificato dai geni
DQA1*05 DQB1*02
• Serotipo HLA-B8 Falchuk, 1972• Serotipo HLA-DQ2 Tosi, 1983• Aplotipo HLA DR3-DQ2.5 Sollid, 1989
Presente in oltre il 90% dei celiaci
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Presentazione DQ2-mediatadi epitopi dell’-gliadina
PFPQPQLPY PFPQPELPY
Transglutaminasi
• I peptidi ricchi di proline sono resi- stenti a proteolisi gastrointestinale
• La gliadina deamidata (P6E) ha una affinità di binding 25x quella della gliadina nativa (P6Q)
• Il complesso gliadina-DQ2 è molto più stabile
3 ponti idrogeno con P6E
Kim et al. PNAS 2004,101:4175
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Rischio differente tra etrodimero DQ2.5 e Q2.2
Fallang et al., Nat Immunol 2009
Anche se le molecole hanno peptide binding motifs molto simili,
•APC HLA-DQ2.5 lega il P3, mentre HLA-DQ2.2 no
• APC HLA-DQ2.5 ritiene con maggiore stabilità e più a lungo i peptidi nel sito di binding, rispetto a HLA-DQ2.2
DQB*05 *02:01DQ2.5
DQA*02
DQ2.2*02:02
PFPQPQLPY PFPQPELPY
Transglutaminasi
DQBDQA
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Isoforme dell’eterodimero DQ2.5
isoforma cis isoforma trans
*05 *02:01DR3-DQ2.5
DQA DQB
*05
*02
*07DR5-DQ7
DQA DQB
DR7-DQ2.2*02:02
Eterodimero DQ2.5
DQ1*05, DQ1*02 Mazzilli et al,Hum Immunol 1992
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Celiaci HLA-DQ2 negativi
• <10% di tutti i celiaci• Clinicamente indistinguibili• Quasi tutti presentano
l’aplotipo DR4, DQ8 e l’eterodimero DQ1*03,DQ*0302
Spurkland et al. Hum Immunol 1992Mantovani et al. Clin Exp Immunol 1993
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Effetto dosaggio dell’HLA
Louka et al. Tissue Antigens 2002 Murray et al. Clin Gastroenterol Hepatol 2007
RischioDR DQA DQB N.
Eterodim
DR3 / DR3DR3 / DR7
*05/ *05*05 / *----
*02 / *02*02 / *02
22
DR3 / -----DR5 / DR7DR7 / DR7
*05 / *----*05 / *----*---- / *----
*02 / *----*---- / *02*02 / * 02
111
DR4 / DR4DR4 / -----
*03 / *03*03 / *----
0302 / *0302*0302 / *----
21
DR7 / ---- *---- / *---- *02 / *---- 0.5
DR5 / ---- *05 / *---- *---- / *---- 0.5
DR--- / --- **---- / *---- *---- / *---- 0
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Gradiente di rischio in Italia
Megiorni et al. Human Immunol 2009
HLA DR-DQ Pazienti%
Controlli%
Rischio
DR3-DQ2.5 / DR4-DQ8 2.5 0.2 1:7DR3-DQ2.5 / DR3-DQ2.5
DR3-DQ2.5 / DR7-DQ2.223.1 2.4 1:10
DR4-DQ8 / DR7-DQ2.2 3.0 0.7 1:24
DR7-DQ2.2 / DR7-DQ2.2 1.4 0.4 1:26DR3-DQ2.5 / ---
DR5-DQ7.5 / DR7-DQ2.255.1 19.2 1:35
DR4-DQ8 / --- 7.3 6.5 1:89
DQ2 o DQ8 92.4 29.4 1:32
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Eterodimeri HLA DQ2.5/DQ8Predisponenti a DM1 e Celiachia
Eterodimeri in trans
*05 *02
*03 *0302
HLA DR3-DQ2.5
HLA DR4-DQ8
DQA DQB
Attivazione Linfociti T CD4+
Peptidi diabetogenici Peptidi gliadinici
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HLA: conclusioni
• Oltre il 90% dei celiaci possiede l’eterodimero HLA DQ2.5 o DQ8
• Solo in casi rari, possedere la sola catena dell’ete- rodimero DQ è sufficiente allo sviluppo di celiachia
• C’è un effetto dosaggio correlato all’allele DQ1*02 e DQ8
• Il meccanismo di presentazione DQ2-mediata di epitopi dell’a-1 gliadina è stato in gran parte chiarito
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HLA typing come test genetico per celiachia
Modifica molto il rischio di sviluppare la celiachia, ma non predice né l’insorgenza, né la severità della malattia
Presenza di HLA DQ2.5/DQ8
Rende estremamente improbabile l’insorgenza della malattia, con un valore predittivo negativo vicino al 100%
Assenza di HLA DQ2.5/DQ8
Solo il 3% dei positivi HLA DQ2.5/DQ8 svilupperà la malattia
Quasi nessuno dei soggetti privi di HLA DQ2.5/DQ8 svilupperà la malattia
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Il test genetico è raccomandato
• Nei fratelli si ammala 1:5 se ha l’HLA di rischio
• Nei fratelli il rischio raddoppia se l’HLA è identico all’affetto
• Nei genitori con HLA di rischio 1:20 è affetto
Per calcolare il rischio di ricorrenza nei parenti di 1°grado di un affetto:
Per escludere la celiachia:
Hill et al Pediatr Gastroenterol Nutr, 2005Megiorni et al, Hum Immunol 2009
• In soggetti che seguono già una dieta aglutinata
• In bambini non sottoposti a biopsia
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In pazienti affetti da:
• diabete mellito tipo 1 (DM1)• Malattia di Addison• Tiroidite autoimmune
Il test genetico è indicato
• 8% dei pazienti con DM1 sviluppa anticorpi anti TG2
• 33% dei DM1 omozigoti per HLA-DQ2 sviluppa anticorpi anti TG2
Collin et al, Endocr Rev 2002
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Altri loci HLA?• DP, DRB4
• MICA, LMP2
• TAP1, TAP2
• DMA, DMB
Loci riportati associati, ma successivamente non
confermati. Associazione dovuta all’elevato
linkage disequilibrium della regione HLA
Possedere l’eterodimero HLA DQ2 o DQ8 costituisce condizione necessaria, ma non sufficiente all’insorgenza della celiachia
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Altri loci HLA
• TNFpolimorfismo funzionale nel promotore di TNF2 Aassociato ad aumento di espressione di TNFa
Gutierrez-Achury, Nat Genet 2015; 47:577-8
Confermato in 3 studi indipendenti
DP DQ DR TNF B C A F
Classe II Classe III Classe I
• HLA-Classe I: 5 nuovi fattori di rischio indipendenti dal DQ identificati mediante fine mapping del
segnale di associazione con MHC
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9 loci non-HLA associati a celiachia
Locus Chr. Odd Ratio
RGS1 1 1.41
IL18RAP 2 1.27
CCR 3 1.21
IL12A 3 1.34
LPP 3 1.21
IL2/IL21 4 1.41
OLIG3 6 1.25
TAGAP 6 1.21
SH2B3 12 1.19
Van Heel et al, Nat Genet 2007Hunt et al, Nat Genet 2008
Studi di associazione genome-wide (GWAS)mediante polimorfismi(SNPs)
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Rischio genetico globaleFattori di rischio rischio
Gemello monozigote affetto 1:1.25
Fratello HLA identico affetto 1:3
Parente di 1° affetto 1:10
HLA-DQ2.5/DQ8 omozigote 1:10
HLA-DQ2.5/DQ8 eterozigote + 9 loci non-HLA di rischio
1:28
HLA-DQ2.5/DQ8 eterozigote 1:35
Popolazione generale 1:100
HLA-DQ X 1:800-1220
Romanos et al, Gastroenterology 2009
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Ulteriori 30 loci non-HLA identificati con GWAS
1 2 3 4 5
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22X Y
Trynka G et al, Nat Genet 2011;43:1193-201
Su 12.000 pazienti, analizzati con Immunochip
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39 Loci non-HLA: quale contributo?
57 SNPs indipendenti, di cui:
29 in sequenza codificante di singoli geni:• Attivazione e reclutamento cellule T• Differenziamento cellulare• Infiammazione• Migrazione
28 in sequenze non codificanti:• impatto su espressione di geni vicini (e-QTLs)• long ncRNA• micro-RNA
Da studio di altre 14 malattie autoimmuni:• 64% degli SNPs associati è condiviso
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Rischio genetico di celiachia
Fattori di rischio singolarmente moderati (varianti comuni), che operano in modo additivo al fattore di rischio primario, costituito dall’HLA
53% fattori genetici ignoti
6% geni non-HLA
41% geni HLA
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Grazie dell’attenzione