The importance of major histocompatibility complex class II genes for the development of autoimmune inflammation

Abstract

In this thesis the role of major histocompatibility complex (Mhc) class II molecules in development of autoimmune disease such as rheumatoid arthritis (RA), was studied. By combining an experimental model for RA, collagen type II induced arthritis (CIA), with molecular biology methods the importance of polymorphism in Mhc class II genes for disease development was investigated.



The Mhc region confers genetic susceptibility in many tissue-specific autoimmune diseases such as multiple sclerosis and RA. Mice with the H-2q haplotype develop arthritis when immunised with rat type II collagen (rCII) whereas mice with the H-2p haplotype do not. Susceptibility to CIA has been mapped to the class II region, namely the A locus. When a Abp gene, mutated to resemble the Abq gene was introduced into a H-2p mouse, it became susceptible to CIA. This indicates that the Mhc class II region is an important susceptibility locus for CIA. It was also found that the immunodominant CII 256-270 peptide binds with lower affinity to the Ap molecule than to the Aq. This is probably due to differences in their A beta chains at position 85, which is part of the hydrophobic pocket of the antigen binding cleft. This pocket provides an anchor for the important P1 side chain found in most Mhc class II ligands. By breeding the transgenic Abq gene into different genetic backgrounds we could see a difference in CIA incidence. Our recent data indicate that both genes within and outside the Mhc region are involved in mediating susceptibility to CIA.



In addition, sequence analysis was performed in both pig and rat to investigate the degree of polymorphism. Limited polymorphism was found in the rat RT1-D molecule with very few substitutions in the alpha genes and only 6 different beta alleles were detected. In the pig, three DRB genes were identified but only one seemed to be expressed. All three DRB genes existed in several allelic forms. There is evidence for genetic exchange between alleles of the different DRB genes by gene conversion like mechanisms.



Finally, regulation of Mhc class II expression in placental cells during pregnancy was studied in mouse. The mice were treated either with IFNg or 5-azacytidine in order to induce Mhc II expression. No Mhc class II could be found in any region of the foetal placenta.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Genetisk påverkan i ledgångsreumatism



Ett väl fungerande immunsystem är en förutsättning för kroppens kamp mot diverse sjukdomar orsakade av t ex virus och bakterier. En grundläggande egenskap hos immunsystemet är dess förmåga att skilja på vad som är kroppens egna celler och molekyler och vad som är främmande. Ibland fungerar inte denna diskriminering som den ska och de vita blodkropparna attackerar kroppens egna celler och vävnader som då förstörs. En sk autoimmun sjukdom uppstår. Reumatoid artrit (RA) som också brukar kallas ledgångsreumatism är ett exempel på en autoimmun sjukdom. I detta fall angrips lederna av immunförsvaret. Konsekvenserna av denna attack blir en kronisk inflammation där ben och brosk bryts ner och lederna deformeras.



Reumatoid artrit (RA) drabbar ungefär 1 % av västvärldens befolkning och är vanligare hos kvinnor än hos män. Orsaken till RA är fortfarande okänd. I genetiska studier av familjer där sjukdomen är vanligt förekommande har ärftliga faktorer påträffats som påverkar om en individ utvecklar artrit eller inte. Dessa ärftliga faktorer är dock inte tillräckliga för att sjukdomen ska bryta ut, utan vissa miljöfaktorer är nödvändiga för att sätta igång det hela. En av de ärftliga faktorer man tror har betydelse för artrit utveckling är molekyler vars gener finns i major histocompatibility complex (Mhc). De brukar på svenska också kallas för transplantations antigener. Namnet kommer av att de upptäcktes i transplantationsförsök där tumörer och hudbitar avstöttes då de flyttades mellan möss från olika inavlade stammar.



Det finns två huvudtyper av Mhc molekyler, Mhc klass I och Mhc klass II antigener. Det är bland Mhc klass II antigenerna som man finner en association till RA. Mhc klass II antigener är proteiner som normalt bara finns på vissa av de vita blodkropparna i immunsystemet de sk antigenpresenterande cellerna (APC). Dessa celler har till uppgift att plocka upp och degradera molekyler och mikroorganismer i sin omgivning för att sedan presentera nedbrytningsprodukterna, peptider, bundna till Mhc klass II molekyler för T-hjälparceller. T-hjälparceller (Th) är den typ av vita blodkroppar som dirigerar resten av immuncellerna och talar om när och var det är dags att angripa inkräktare. Mhc klass II molekylerna binder inte bara peptider från främmande organismer utan kan också binda peptider som kommer från kroppsegna proteiner som brutits ner inne i den antigenpresenterande cellen. Th cellen bildas i benmärgen men vandrar sedan vidare till tymus (brässen) där den utbildas att skilja på vad som är kroppseget och vad som är främmande så att den inte ska sätta igång en oönskad immunreaktion som kan skada kroppens vävnader. I autoimmuna sjukdomar som RA fungerar inte denna diskriminering mellan själv och icke-själv utan Th cellerna reagerar på kroppsegna molekyler och sätter igång ett immunsvar mot lederna.



Hos människa finns det tre olika Mhc II molekyler, DP, DQ och DR. Dessa molekyler kan i sin tur förekomma i olika former där byggstenarna, aminosyror, skiljer sig åt. Den molekyl som varierar mest är DR där över 100 olika genvarianter (alleler) hittats. Variationen eller polymorfismen som den också kallas, hittas främst i den del av Mhc II molekylen som binder peptiden. Vissa av dessa alleler har man funnit är vanligare hos patienter med RA än hos den övriga befolkningen. För att bättre kunna studera innebörden av denna Mhc association så kan man använda sig av djurmodeller i inavlade djurstammar där alla individer inom en stam är genetiskt identiska. En sådan modell är kollagen inducerad artrit (CIA) där artrit kan induceras genom att immunisera möss med kollagen typ II (CII), ett protein som bara finns i brosk. Endast möss från stammar med vissa Mhc klass II molekyler kan utveckla artrit efter immunisering. Tidigare studier visar att CIA kan uppstå i möss med H-2q haplotypen men ej i möss med haplotypen H-2p och att sjukdom är kopplad till A molekylen, en av musens två olika Mhc II molekyler. Sekvensbestämning visade att endast fyra aminosyror skiljer mellan Ap och Aq molekylerna.



Jag har med molekylärbiologiska metoder förändrat Ap molekylen så att den liknar Aq . Den förändrade genen stoppades in i arvsmassan hos en musstam som normalt är resistent mot CIA för att göra en transgen mus. Denna transgena mus uttrycker nu Aq molekyler på sina APC. När dessa möss immuniseras med CII får de artrit. Resultaten visar således att den muterade A genen överför känslighet för CIA till tidigare resistenta stammar. Detta bevisar att MHC klass II är en mycket viktig gen för utveckling av artrit. Vi har även visat att skillnader i CIA känslighet troligen beror på att den del av CII som är mest effektiv på att aktivera immunsvaret, CII 256-270 peptiden, binder svagare till Ap molekylen än till Aq. Detta medför att Th cellerna som kan känna igen CII inte aktiveras i möss med H-2p haplotyp (med Ap) och ingen immunattack riktas mot lederna.



DNA sekvensen hos D molekylens gener i råtta har också bestämts. D molekylen motsvarar musens A molekyl. Syftet var att erhålla information om Mhc klass II polymorfism i råtta och undersöka om ev koppling föreligger mellan D molekylen och olika sjukdomsmodeller för autoimmunitet som finns etablerade i råtta. Våra resultat indikerar att det även hos råtta finns en association till vissa D alleler i CIA. Resultaten visar sammanfattningsvis att presentation av den immunodominanta peptiden CII 256-270 av Mhc klass II A molekylen är av central betydelse för uppkomst av CIA i mus och troligtvis också i råtta. Detta är dock ej tillräckligt för att sjukdom ska uppstå utan andra gener, både inom och utanför Mhc regionen är av betydelse.

• author: Brunsberg, Ulrica
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Gyllensten, Ulf, Medicinsk genetik, Uppsala
• organization: Immunology (research group)
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Immunology in the medical area
• keywords: transplantation, serology, Immunology, Mhc/polymorphism/arthritis/evolution, Immunologi, serologi
• pages: 124 pages
• defense location: Lecturehall A, Kemicentrum, Lund
• defense date: 1998-05-16 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MECM--98/1007--SE
• ISBN: 91-628-2966-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Medical Inflammation Research (013212019)
• id: 4d1cbdd7-195e-4273-9065-d841449cd34c (old id 38565)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:18:25
• date last changed: 2018-11-21 21:10:12