MHC and Transgenic Mice. A study into polymorphism and function of class I and class II molecules

Abstract

Transplantation antigens encoded in the major histocompatibility complex (MHC) bind peptides and present them to T cells. We showed that mouse T cells expressing transgenic human CD8 can recognise human MHC class I. Expression on mature T cells is sufficient for activation in a mixed lymphocyte culture but expression both on thymocytes and mature T cells is necessary for peptide specific MHC restricted responses. Transgenic human MHC class I and CD8 double transgenic mice can mount an immune response to flu virus. The T cell response mounted to any given stimuli is highly dependent on MHC haplotype. While the MHC of mouse and man are rather well characterised the polymorphism in rat MHC have not been thoroughly investigated. We sequenced cDNAs for the RT1-D loci. Contrary to the human homologue HLA-DR, a single allele is common in many labororatory rat strains. Mice with the MHC class II Aq may develop arthritis after immunisation with type II collagen (CII), but Ap mice do not. Both these class II molecules can present unmodified collagen peptides but only Aq can present glycosylated forms. We compared binding of the CII peptides to class II Aq and Ap. The amino acids most important for binding class II were isoleucine in position 260 and phenylalanine in position 263. The difference between the Aq and Ap is flanking the binding site of I260. A transgene coding for the b-chain in Aq expressed in Ap mice enable them to respond to glycosylated CII peptides. However, when bred to mice with other MHC haplotypes a different pattern evolved. Only some a-chains could support cell surface expression of the transgene and none of the mice with mixed class II made a T cell response to CII. A sequence analysis of the a-chains showed replacement close to position 260 or 263 indicating a loss of peptide binding capacity as the reason for the non-responsiveness. While CD4 deficient mice still had some MHC class II restricted helper T cells the responses to glycosylated collagen peptides were diminished. MHC class II transgenic and gene deficient mice were immunised with CII and followed for development of arthritis. CD4 deficient, but not CD8 deficient, mice had a reduced incidence of the disease. C3H.NB mice transgenic for Aq developed arthritis but B10.P with the same transgene did not. After excluding effects on T cell activation and protective effects from sex hormones a transgene mediated effect on B cell function with a higher impact on B10.P mice was identified to be the likely reason for the resistance to collagen induced arthritis.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Vi är under ständig attack från mikroorganismer som vill leva på oss och i oss. Vissa av dessa är vanligtvis nyttiga medan andra är sjukdomsframkallande. Kroppens försvar mot invaderande organismer består av många delar. Ytterst sitter huden som en mekanisk barriär, vi har slem och epitelceller i luftvägar och magtarmkanal samt skyddande ämnen i exempelvis tårvätska. I resten av kroppen står de vita blodkropparna för det viktigaste försvaret. Vanligtvis är det dessa vi innefattar i begreppet immunförsvaret. Detta styrs av T-celler som har förmåga att minnas infektioner. Om man blir utsatt för en ny infektion blir försvaret både snabbare och effektivare än vad det var första gången. Detta utnyttjar man, till exempel, vid vaccinationer. För att kunna skilja på kroppens egna strukturer och de som har sitt ursprung bland de sjukdomsframkallande organismerna använder sig T-cellerna av MHC molekyler. T-celler lär sig känna igen MHC i thymus och fördelar sig på två typer, CD4 och CD8. T-cellerna kan känna igen främmande proteinfragment om de är bundna till MHC. MHC molekyler binder fragment av proteiner som är 8-20 aminosyror långa. Proteiner med ursprung inuti cellen (t. ex. från virus) bryts ner till korta fragment och binds till MHC klass I. Om proteinerna däremot finns utanför cellerna tas de upp av särskilda celler, bryts ner till fragment som är lite längre och sedan binds de till MHC klass II. Både klass I och II transporteras till cellytan för att kännas igen av T-celler. För att ta reda på vad som krävs för att känna igen MHC klass I använde vi en mus som innehöll ett sådant arvsanlag från människa. Möss som tillförts ett främmande arvsanlag kallas transgena möss. Människo-klass I kunde inte kännas igen av musens T-celler. Därför flyttade vi även gener för människo-CD8 till mössen. CD8 dök upp vid olika tider under T-cellernas liv. Det visade sig att CD8 på T-cellerna krävs både i thymus och i blodomloppet för att dessa ska kunna känna igen proteinfragment på MHC klass I. Den del på MHC klass I och II som binder fragmenten varierar väldigt mycket mellan individer, vilket gör att fragment av samma protein binder olika bra beroende på vem man är. De olika varianterna är väl karaktäriserade i både mus och människa men hur det ser ut i råttans MHC är mindre väl känt. Vi bestämde därför DNA sekvensen på flera varianter av råttans ena MHC klass II, RT1-D. Motsvarande klass II i människa är troligen det mest varierande av människans alla gener. Till skillnad från människa var många av varianterna i råtta identiska med varandra. Dessa skilde sig dessutom genom att den del av MHC som binder proteinfragmenten var lite kortare. Eftersom sjukdomsförlopp är förknippade med immunförsvarets förmåga att reagera är det också naturligt att koppla olika förlopp till varianter av MHC. Normalt skyddar immunförsvaret oss från angrepp av mikroorganismer, men det finns också en grupp sjukdomar som beror på att immunförsvaret attackerar den egna kroppens vävnader. Exempel på dessa är ledgångsreumatism och MS. Det är större risk att drabbas om man bär på en viss uppsättning MHC-gener. Vi kunde därför utesluta att vissa sjukdomar var kopplade till dessa varianter av RT1-D. MHC består av många gener som ärvs tillsammans. Genom att göra möss transgena med en enskild MHC-molekyl kunde vi studera den oberoende av andra MHC molekyler. En sjukdom med starkt beroende av MHC klass II är kollageninducerad artrit i möss. Dessa möss får förstörda leder på ett sätt som liknar ledgångsreumatism i människa. Möss med MHC klass II av q-typ är mer känsliga än de flesta andra. MHC klass II består av två delar, a och b. Vi har ett antal möss med b av q-typ som transgen. Dessa har vi avlat till möss med olika MHC varianter och till undersökt deras immunsvar och om de får artrit. Bruna, men inte svarta, transgena möss får sjukdomen. Trots att både svarta och bruna möss ger ett immunsvar skiljer de sig åt genom att svarta möss producerar mindre mängder antikroppar riktade mot ledbrosk. Kan man identifiera orsakerna till detta finns det möjlighet att styra immunförsvaret i en mindre farlig riktning.

• author: Vestberg, Mikael
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Böhme, Jan
• organization: Immunology (research group)
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Immunology in the medical area
• keywords: MHC/rat/mouse/transgenic/autoimmunity/collagen/peptide, Clinical biology, Klinisk biologi
• pages: 136 pages
• defense location: Fernströmsalen BMC, Sölvegatan 19, Lund
• defense date: 2001-01-26 13:15:00
• 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: 21be5992-0874-4e75-80e5-4daa49e90f61 (old id 41215)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:10:07
• date last changed: 2018-11-21 21:09:23