Advanced

Aspects on Immune Complex Handling and Complement Deficiency in Relation to Pathogenic Mechanisms in Systemic Lupus Erythematosus

Klint, Cecilia LU (2000)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Komplementsystemet är en grupp proteiner som tillhör det medfödda (icke anpassningsbara) immunförsvaret hos människan. De verksamma komponenterna (ett 15-tal) förekommer i blodet, de flesta i en inaktiv form. Olika delar av komplementsystemet aktiveras av speciella molekylstrukturer, bl.a. strukturer i bakteriers cellväggar (alternativa vägen och MBL-vägen för komplementaktivering), och av antikroppar (klassiska vägen för komplementaktivering) som reagerat med kroppsfrämmande ämnen, s.k. antigen. För reglering av komplementsystemets aktivering och funktion finns ytterligare ett tiotal proteiner, både i blodet och bundna till cellytor, hos människan.



Aktivering av... (More)
Popular Abstract in Swedish

Komplementsystemet är en grupp proteiner som tillhör det medfödda (icke anpassningsbara) immunförsvaret hos människan. De verksamma komponenterna (ett 15-tal) förekommer i blodet, de flesta i en inaktiv form. Olika delar av komplementsystemet aktiveras av speciella molekylstrukturer, bl.a. strukturer i bakteriers cellväggar (alternativa vägen och MBL-vägen för komplementaktivering), och av antikroppar (klassiska vägen för komplementaktivering) som reagerat med kroppsfrämmande ämnen, s.k. antigen. För reglering av komplementsystemets aktivering och funktion finns ytterligare ett tiotal proteiner, både i blodet och bundna till cellytor, hos människan.



Aktivering av komplementsystemet har ett flertal funktioner i immunförsvaret. Alla tre aktiveringsvägarna leder till bildandet av ett makromolekylärt komplex med celldödande funktion (människans egna celler är skyddade mot detta komplex genom vissa specifika reglerproteiner). Vidare binds vissa av komplementsystemets aktiva komponenter in till de strukturer som lett till aktivering. Denna utklädning av strukturer leder till att övriga delar av immunförsvaret kan hitta och identifiera skadliga substanser, och ökar också dess möjligheter att reagera mot substanserna och oskadliggöra dem. En annan funktion hos komplementsystemet är att bidra till transport och utsöndring av antikropp/antigen-komplex (Ak/Ag) via lever och mjälte. Sådana komplex kan, om de får finnas kvar i blod och vävnader, leda till inflammationer och vävnadsskador. Utklädning av komplexen med komplementkomponenterna C1q, C4 och C3 (från den klassiska vägen) gör det möjligt för röda blodkroppar att binda Ak/Ag till sin yta och föra dem till platser där de kan utsöndras ur kroppen. Interaktionen mellan komplementproteinerna (alternativa vägen) och stora Ak/Ag leder också till att komplexen löses upp och blir mindre, vilket är gynnsamt för att underlätta transporten av komplexen och för att minska risken för vävnadsskador.



Vid autoimmuna sjukdomar reagerar individens immunförsvar mot strukturer i den egna kroppen och försöker att förstöra eller utsöndra dem. Den autoimmuna sjukdomen Systemisk Lupus Erythematosus (SLE) karakteriseras bl.a. av att drabbade individer bildar antikroppar mot DNA och andra naturligt förekommande strukturer i kroppens celler. Det har visats att en del av de strukturer som antikroppar bildas mot vid SLE visas på ytan av celler som förändras för att de håller på att dö genom en naturlig process kallad "apoptos". Kroppens celler kan själv framkalla det förlopp som leder till apoptos, och mekanismen används i immunförsvaret mot virusinfekterade celler och tumörceller (båda dessa grupper av celler utgörs av kroppsegna celler som bör förstöras för att skydda individen).



Antikropparna mot de kroppsegna strukturerna fortsätter att bildas så länge strukturerna finns kvar. Detta innebär att individerna med dessa antikroppar ständigt kommer att ha Ak/Ag i kroppen, eftersom antigenen oftast inte kan elimineras fullständigt. Närvaron av komplexen bidrar i hög grad till den sjukdomsbild som är typisk för individer med SLE. En nedärvd brist (d.v.s. en brist som beror på förändringar i arvsmassan) på komplementproteiner från den klassiska vägen (C1q, C4 och C2) leder i 90% (C1q), 75% (C4) och 30% (C2) av fallen till att individen drabbas av SLE. Däremot är sambandet svagare mellan brist på C3 och risken att drabbas av SLE.



Avhandlingen grundar sig på fem delarbeten, vilka behandlar dels betydelsen av olika komplementproteiner för inbindningen till röda blodkroppar (arbete I och II), dels betydelsen av en reglermekanism (fosforylering) av komponent C3 för interaktionen mellan komplementsystemet och Ak/Ag (arbete III) och dels uppkomst och betydelse av apoptos hos celler i blodet hos individer med SLE (arbete IV och V).



I delarbete I studerades inverkan av de två naturligt förekommande typerna av C4 (kallade C4A och C4B) på inbindningen av antikropp/antigenkomplex till röda blodkroppar. Normalt har alla människor både C4A och C4B i blodet, men brist på C4A förekommer oftare hos individer med SLE. C4A och C4B fungerade båda lika bra i reaktionen som ledde till inbindning av Ak/Ag till röda blodkroppar så länge normala halter av C3 fanns närvarande. Varken i tidsförloppet för reaktionen eller mängden bundna Ak/Ag upptäcktes några väsentliga skillnader mellan C4A och C4B. Då C3 inte fanns närvarande bands inga Ak/Ag till röda blodkroppar. Vid reducerade halter av C3 bands i huvudsak fler komplex klädda med C4B än sådana med C4A in till blodkropparna. Följdaktligen borde brist på C4A vara av mindre betydelse för transport av Ak/Ag och därmed också bidra i en lägre grad till uppkomst av SLE.



I delarbete II undersöktes bidraget från C1q, C4, C2 och C3 till reaktionen som ledde till inbindning av Ak/Ag till röda blokroppar. Det bekräftades att det största bidraget till inbindingen kom från C3. Total brist på C1q, C4 eller C3 ledde till att komplexen normalt inte kunde bindas till blodkropparna. Vid total brist på C2 kunde alternativa vägens aktiveringsmekanism förstärkas så att Ak/Ag kunde bindas in. Denna mekanism var kraftigt beroende av koncentrationen av komplementkomponenten faktor B i den alternativa vägen. Den funna skillnaden i komplementets möjlighet att aktiveras kan vara en bidragande förklaring till att individer med total brist på C2 löper mindre risk att drabbas av SLE än individer som saknar C1q eller C4.



I delarbete III studerades inverkan av fosforylering av C3 på funktionen hos komplementsystemet i interaktionen med Ak/Ag. Då fosforylerat C3 (C3F) användes i komplementaktiveringen band färre Ak/Ag till röda blodkroppar än då icke fosforylerat C3 (C3iF) användes. Skillnaden kunde ses vid olika aktiveringstider beroende på halten av C3 som användes för reaktionen. Då upplösningen av Ak/Ag studerades sågs en skillnad mellan proteinerna i förmåga att skapa små komplex (mer små komplex bildades då C3F användes). I bildandet av komplementsystemets celldödande komplex sågs ingen skillnad mellan proteinerna vid höga halter av C3 närvarande. Följdaktligen kan fosforylering av C3 ha inverkan på reaktionen mellan Ak/Ag och komplement, men effekten är än så länge svår att utvärdera.



I delarbete IV visades att celler från blodet hos en frisk människa kan dödas av att komma i kontakt med serum från en individ med SLE. Celldöden skedde huvudsakligen genom apoptos. Mest apoptos erhölls med sera där kraftig komplementaktivering kunde påvisas. Ak/Ag visades kunna framkalla apoptos, men inget samband kunde hittas mellen förekomst av Ak/Ag eller typiska autoantikroppar i sera hos SLE-patienterna. Detta visar att SLE-patienternas blod innehöll komponenter som kan öka apoptotisk celldöd i deras eget blod. Mekanismen följde aktivering av komplement hos individen, men det gick inte att fastslå om komplementaktivering bidrog till apoptosförloppet eller blev en följd av den hos SLE-patienten.



I delarbete V söktes ett samband mellan förekomst av lösliga HLA-molekyler (som kan framkalla apoptos hos vita blodkroppar) i serum hos SLE-patienter, sjukdomens aktivitet och olika karakteristiska fenomen förekommande hos SLE-patienter vid hög sjukdomsaktivitet. Fynden ställdes i relation till vilken HLA-variant som varje individ hade, då det har visats att halten lösligt HLA beror av vilken variant som individen nedärvt. SLE-patienter hade högre halt lösliga HLA-molekyler, både vid hög och låg sjukdomsaktivitet, än vad friska individer hade. Hos SLE-patienter med hög koncentration lösligt HLA förekom också höga halter antikroppar mot DNA, låga halter vita blodkroppar och kraftig komplementaktivering. Den HLA-variant som gav höga koncentrationer lösligt HLA i serum hos friska individer gav också höga halter lösligt HLA hos SLE-patienter vid hög såväl som låg sjukdomsaktivitet. Genen för denna HLA-variant förekom i lika hög grad hos friska som hos SLE-patienter. Följdaktligen kunde det visas att halten lösligt HLA i blodet följde ett visst mönster i sjukdomsbilden för SLE, men att en nedärvd tendens att bilda höga halter lösligt HLA förmodligen inte bidrar till risken att utveckla sjukdomen.



Då halten lösliga HLA-molekyler undersöktes hos SLE-patienterna i delarbete IV kunde inget samband hittas mellan HLA-nivån i patienternas serum och induktion av apoptos hos celler från friska givare. (Less)
Abstract
The autoimmune disease Systemic Lupus Erythematosus is associated with hereditary deficieny of early components from the classical pathway of complement activation, but not with deficiency of complement component C3 or of the alternative pathway components. The classical pathway is involved in elimination of pathological immune complexes from the circulation by transport via complement receptor type 1 (CR1). Here it is shown that immune complex adherence to CR1 is dependent on the presence of sufficient amounts of C3, suggesting that impaired immune complex elimination is not the major mechanism of SLE disease pathogenesis. In the absence of complement component C2, but with C1q and C4 present, the alternative pathway could be enhanced to... (More)
The autoimmune disease Systemic Lupus Erythematosus is associated with hereditary deficieny of early components from the classical pathway of complement activation, but not with deficiency of complement component C3 or of the alternative pathway components. The classical pathway is involved in elimination of pathological immune complexes from the circulation by transport via complement receptor type 1 (CR1). Here it is shown that immune complex adherence to CR1 is dependent on the presence of sufficient amounts of C3, suggesting that impaired immune complex elimination is not the major mechanism of SLE disease pathogenesis. In the absence of complement component C2, but with C1q and C4 present, the alternative pathway could be enhanced to activate C3 sufficiently for CR1 adherence. This mechanism was sensitive to the physiological concentration of alternative pathway component factor B. Selective C4A isotype deficiency was shown to be of minor importance in immune complex adherence to CR1 compared to activation of C3. Phosphorylation of C3 by a protein kinase released from activated platelets could be shown to have an effect on immune complex adherence to CR1, but it was not established whether the effect resulted from differences in C3 deposition or in immune complex solubilisation.



The complement system is also involved in phagocytosis of apoptotic cells. It was shown here that SLE patient sera induced apoptosis in monocytes from healthy donors in vitro. Induction of apoptosis correlated with complement activation in the sera. Soluble HLA class I molecules (sHLA-I) are known to induce apoptosis in T-cells. Serum level of sHLA-I was elevated in SLE patient sera and correlated with complement activation, but no connection was found between sHLA-I level and induction of apoptosis in monocytes. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Dr Davies, Kevin A., Rheumatology Section; Division of Medicine; Imperial College Scool of Medicine (Hammersmith Campus); London; UK
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
serologi, Immunologi, transplantation, Immunology, serology
pages
144 pages
publisher
Department of Laboratory Medicine, Lund University
defense location
Rune Grubb-salen; Sölvegatan 21; Lund
defense date
2000-09-18 13:00
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MEMG-0009-SE
ISBN
91-628-4265-X
language
English
LU publication?
yes
id
20ba78e7-db11-4bfe-b377-78fbd97c0fa0 (old id 40660)
date added to LUP
2007-06-21 12:04:08
date last changed
2016-09-19 08:45:03
@misc{20ba78e7-db11-4bfe-b377-78fbd97c0fa0,
  abstract     = {The autoimmune disease Systemic Lupus Erythematosus is associated with hereditary deficieny of early components from the classical pathway of complement activation, but not with deficiency of complement component C3 or of the alternative pathway components. The classical pathway is involved in elimination of pathological immune complexes from the circulation by transport via complement receptor type 1 (CR1). Here it is shown that immune complex adherence to CR1 is dependent on the presence of sufficient amounts of C3, suggesting that impaired immune complex elimination is not the major mechanism of SLE disease pathogenesis. In the absence of complement component C2, but with C1q and C4 present, the alternative pathway could be enhanced to activate C3 sufficiently for CR1 adherence. This mechanism was sensitive to the physiological concentration of alternative pathway component factor B. Selective C4A isotype deficiency was shown to be of minor importance in immune complex adherence to CR1 compared to activation of C3. Phosphorylation of C3 by a protein kinase released from activated platelets could be shown to have an effect on immune complex adherence to CR1, but it was not established whether the effect resulted from differences in C3 deposition or in immune complex solubilisation.<br/><br>
<br/><br>
The complement system is also involved in phagocytosis of apoptotic cells. It was shown here that SLE patient sera induced apoptosis in monocytes from healthy donors in vitro. Induction of apoptosis correlated with complement activation in the sera. Soluble HLA class I molecules (sHLA-I) are known to induce apoptosis in T-cells. Serum level of sHLA-I was elevated in SLE patient sera and correlated with complement activation, but no connection was found between sHLA-I level and induction of apoptosis in monocytes.},
  author       = {Klint, Cecilia},
  isbn         = {91-628-4265-X},
  keyword      = {serologi,Immunologi,transplantation,Immunology,serology},
  language     = {eng},
  pages        = {144},
  publisher    = {ARRAY(0x83e6128)},
  title        = {Aspects on Immune Complex Handling and Complement Deficiency in Relation to Pathogenic Mechanisms in Systemic Lupus Erythematosus},
  year         = {2000},
}