Auto-imunidade - lucas Brandao
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Auto-imunidade Doenças auto-imunes Tolerância Imunológica 2 Tolerância Imunológica • É o mecanismo pelo qual o indivíduo é incapaz de produzir um resposta imune a um determinado antígeno • Envolvido na produção de uma resposta self e non-self. A principal função do sistema imune é distinguir antígenos estranhos (agentes infecciosos) de componentes próprios (“self”) presentes nos diferentes tecidos Tolerância Imunológica - O sistema imune não deve reagir contra antígenos próprios do indivíduo. - TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA: é a não responsividade a antígenos. TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA Os antígenos próprios são geralmente tolerogênicos. TOLEROGÊNICOS ANTÍGENOS PRÓPRIOS IGNORADOS Os antígenos provenientes de microrganismo são imunogênicos. TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA A tolerância imunológica é estabelecida pela exposição dos linfócitos aos antígenos. TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA Linfócito + antígeno imunogênico Proliferação/ diferenciação ATIVAÇÃO Linfócito + antígeno tolerogênico Apoptose/ anergia TOLERÂNCIA Linfócito + antígeno não-imunogênico Sem resposta IGNORÂNCIA Tolerância Imunológica • Vários componentes imunes envolvidos – Linfócitos – Células apresentadoras de antígenos – Várias moléculas produzidas por essas células Treinamento do Linfócitos com antígenos próprios antes de serem liberados 8 Tipo de Tolerâncias Imunológicas Tolerância – Células B Tolerância – Células T Tolerância Tímica Tolerância Periférica Durante a maturação ocorre o primeiro processo de eliminação de células imaturas potencialmente autorreativas e se completa com os diferentes processos de periféricos de indução de tolerância TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA TOLERÂNCIA CENTRAL: Induzida quando os linfócitos em desenvolvimento encontram estes antígenos nos órgão linfóides geradores. TOLERÂNCIA CENTRAL DE LINFÓCITOS T Se no timo um linfócito T interage fortemente com um antígeno próprio apresentado via MHC este linfócito recebe sinais que estimulam a apoptose. SELEÇÃO NEGATIVA TOLERÂNCIA CENTRAL DE LINFÓCITOS T SELEÇÃO NEGATIVA: OCORRE A ELIMINAÇÃO INTERAGEM FORTEMENTE PRÓPRIO. DE LINFÓCITOS QUE COM O ANTÍGENO Tolerância Tímica Educação Tímica Central Seleção positiva Seleção Negativa Ao final teremos Cél. T que não reagem com Antígenos próprios reconhecidos no timo Não há garantia que essas células não possam reagir com Antígenos próprios periféricos ⇒ Tolerância Periférica TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA Seleção Positiva Seleção Negativa Célula T 17 Ativação do linfócito T co-estimulação CD 80 CD 86 Tolerância periférica anergia Tolerância periférica - anergia Regulação da célula T Tolerância periférica TOLERÂNCIA CENTRAL DE LINFÓCITOS B Linfócitos B que reagem com antígenos próprios na medula óssea tanto podem ser destruídos como podem alterar a especificidade do seu receptor. Seleção negativa Editoramento do receptor Tolerância central – linfócito B Editoramento do receptor As células podem reativar a sua maquinaria de recombinação do gene de imunoglobulina e passa desta forma a expressar uma nova cadeia leve que se associa a cadeia pesada previamente expressa. “Edição” do receptor da célula B Deleção Células T que reconhecem antígenos próprios podem expressar um receptor de morte chamado Fas (CD 95) e o seu ligante (FasL). TOLERÂNCIA IMUNOLÓGICA TOLERÂNCIA PERIFÉRICA: Quando os linfócitos maduros encontram estes antígenos próprios nos orgãos linfóides periféricos. Tolerância Periférica •Podem atuar de três formas –Ignorância Imunológica ou Indução à morte por apoptose –Anergia Clonal –Regulação de Linfíócitos 29 Morte por Apoptose de Linfócitos •Quando os linfócitos auto-reativos são liberados e se deparam com uma grande quantidade de antígenos é ativado a via FAS-L-FAS (apoptose). Ignorância Imunológica •Quando os linfócitos auto-reativos são liberados e se deparam com uma quantidade ínfima de antígenos os linfócitos não conseguem reagir. Anergia Clonal • Inativação temporária ou irreversível de linfócitos – Devido a inexistência de todos os estímulos necessários para o desenvolvimento de uma resposta • Moléculas co-estimuladoras 31 Imunoregulação de Linfócitos • Mediada por linfócitos Th-reg supressores. • Produção de citocinas inibitórias 32 TOLERÂNCIA PERIFÉRICA A TOLERÂNCIA PERIFÉRICA LINFÓCITOS T: É induzida quando as células T maduras reconhecem os antígenos próprios nos tecidos periféricos levando a inativação funcional ou morte. TOLERÂNCIA PERIFÉRICA TOLERÂNCIA PERIFÉRICA DE LINFÓCITOS B: Os linfócitos B maduros que encontram antígenos na periferia entram em anergia e não podem responder novamente àquele antígeno. Maturação de Linfócitos 35 Desenvolvimento e a sobrevivência dos linfócitos T Células T que reagem fortemente com antígeno próprio são eliminados Os progenitores de células T desenvolvem-se na medula óssea e migram para o TIMO Seleção positiva e negativa ocorre no timo. Migram para os órgão linfóides periféricos Células T ativadas migram para locais de infecção Desenvolvimento e a sobrevivência dos linfócitos B Geração de receptores de células B na medula óssea SELEÇÃO NEGATIVA ????? Seleção negativa na medula óssea ou editoramento do receptor Células B migram para os órgão linfóides periféricos Células B maduras expressam Baço IgM e IgD Células B ativadas originam os plasmócitos e células B de memória Conceito Autoimune Conceito Definições Tipos Histórico 38 History This concept of autoimmunity as the cause of human illness is relatively new, and it was not accepted into the mainstream of medical thinking until the 1950s and 1960s. Autoimmunity Origins Horror autotoxicus: Literally, the horror of selftoxicity. A term coined by the German immunologist Paul Ehrlich (1854-1915) to describe the body's innate aversion to immunological selfdestruction. AUTO-IMUNIDADE X DOENÇA AUTO-IMUNE •Reação de hipersensibilidade •Lesão tecidual •Alteração funcional Conceito Autoimunidade é uma resposta imune específica contra um antígeno ou uma série de antígenos próprios Doença Autoimune é uma síndrome provocada por lesão tissular ou alteração funcional desencadeadas por uma resposta autoimune Auto-imunidade As doenças auto-imunes assemelham-se ás respostas imunes normais contra patógenos, só que neste caso o reconhecimento ocorre para antígenos próprios. Falha no processo de Tolerância Imunológica The “Immunology Definition” Failure of immune tolerance Falha no processo de Tolerância Imunológica Falha no processo de Tolerância Imunológica E por que falha? Fuga da apoptose Ruptura da Anergia Desregulação na supressão dos linfócitos Mimetização Molecular Ativação Policlonal dos linfócitos Sequestro de auto-antígenos Epitos Cripticos e Expansão de epitopos 45 Etiologia das doenças auto-imunes Etiologia exata não é conhecida Antígeno sequestrado Escape de clones celulares auto-reativos Reatividade cruzada com antígenos Modificação de antígenos próprios Reatividade cruzada a antígenos exógenos Desregulação de citocinas e expressão inapropriada de MHC Função supressora sub-ótima Mecanismos responsáveis por diminuição de tolerância Inibição ou superação dos processos de tolerância periférica Mimetismo molecular(Ag estranhos muito semelhantes a ag próprios) Inibição ou superação dos processos de tolerância periférica Alteração da ignorância imunológica Ex. Lesão tissular pode provocar a liberação de Ag previamente invisíveis ou pode destruir barreiras que limitam o acesso de LT a sítios de privilegio Inibição ou superação dos processos de tolerância periférica Apresentação inadequada de autoantígenos Aparição de novas formas de Ag (Ativ. Proteolítica inflamação) Reversão da anergia (IL2 para trat. Tumores) Quebra da tolerância devido a reatividade cruzada com antígenos Ex: •Espondilite anquilosante: reação cruzada entre epítopos de HLA B-27 e da Klebsiella pneumonia •Artrite reumatóide: Reação cruzada entre epítopos de HLA-DR4 e Proteus mirabilis • Febre reumática: Reação cruzada entre epítopos de Proteína M de Esptreptococcus β hemolítico e proteínas do sarcolema do miocárdio e miosina (cardite). Mimetismo molecular Reatividade cruzada entre Ag de microorganismos estruturalmente similares aos antígenos próprios. Quando um peptídeo próprio deixa de ser tolerado a reação inflamatória provoca a aparição de mais autoantígenos = Dispersão de epítopos MimeFsmo Molecular 55 Doenças auto-imunes Mecanismos de indução de auto-imunidade: Mimetismo molecular Antígenos em certos patógenos têm determinantes que fazem reação cruzada com antígenos próprios e uma resposta imune contra esses determinantes podem levar a células efetoras ou anticorpos contra antígenos tissulares. Doenças Auto – imunes e o Papel das infecções AUTOTOLERÂNCIA Doenças Auto – imunes e o Papel das infecções Microrganismos podem ativar as APCs a expressar co-estimuladores e, quando estas apresentam antígenos próprios, os linfócitos T auto-reativos são ativados e não se tornam tolerantes. Doenças Auto – imunes e o Papel das infecções Alguns antígenos microbianos podem ter reação cruzada com antígenos próprios. Portanto, as respostas Imunes iniciadas pelos microrganismos podem ativar linfócitos T específicos para os antígenos próprios. Células T reguladoras e a autoimunidade As células T reguladoras atuam (in vitro): - Suprimindo a proliferação de células T. -Secreção de IL-10 e TGF-β. -IL-10 interfere na diferenciação de células dendríticas, inibindo a secreção de IL-12. -A inibição de IL-12 prejudica as células dendríticas em promover a ativação de células T e a diferenciação de TH1. Doenças auto-imunes Auto-imunidade Doenças Auto-Imunes Órgão-Específicas: É restrita a órgão específicos devido a produção de auto-anticorpos ou linfócitos auto-reativos específicos Doenças Auto-Imunes Sistêmicas: Diferentes tecidos são atingidos devido a produção de uma grande diversidade de auto-anticorpos e linfócitos auto-reativos Autoimmunity Classification Can be classified into clusters that are either organ-specific or systemic Examples of Organ Specific Hashimoto’s disease (thyroiditis) Vitiligo Examples of Systemic Autoimmunity SLE Quais as partes do Sistema Imune são importantes para causar as doenças autoimunes? • Auto-anticorpos. • Células T auto-reativas Quais as partes do Sistema Imune são importantes para causar as doenças autoimunes? - Auto-anticorpos Quais as partes do Sistema Imune são importantes para causar as doenças autoimunes? - Células T auto-reativas Parte Genética Anticorpo Receptor de Cel. T MCH Loci dos anticorpos, receptores de células T e MHC • Linha germinativa • Somática • • De acordo com a teoria da linha germinativa, cada anticorpo é codificado por um gene herdado, não sendo modificado durante o desenvolvimento somático e por isso, precisa haver um grande número de genes codificadores de anticorpos. De acordo com a teoria somática existem apenas um pequeno número de genes codificadores de anticorpos, mas apresentando bastante diversidade nas células somáticas devido a mutações e/ou recombinações. Teoria Somática Número limitado de genes Diferentes arranjos Milhares de Anticorpos • Atualmente, é conhecido o número de segmentos de genes codificadores de anticorpos em humanos. Sabe-se detalhadamente como estes segmentos são s o m a t i c a m e n t e m o d i fi c a d o s p o r recombinação e mutação e qual é a contribuição desses genes e processos somáticos para a especificidade e afinidade das respostas dos anticorpos. • Sabe-se também que certas estratégias utilizam tanto os genes codificadores de anticorpos, quanto os que codificam os receptores de células T (recombinação gênica), outras utilizam os genes codificadores de anticorpos mas não os de receptores de células T (hipermodulação gênica) e que a estratégia fundamentada na habilidade das proteínas do MHC de interagirem com diferentes antígenos é o polimorfismo gênico. Desse modo, a genética do sistema imune tem sido revelada nesses últimos anos. ANTICORPO A Resposta Imune Humoral • Células B ativadas sintetizam e secretam anticorpos específicos. • A unidade básica de um anticorpo, ou imunoglobulina, é um tetrâmero: duas cadeias leves idênticas e duas cadeias pesadas também idênticas, cada uma consistindo em uma região conservada e outra variável. CADEIA LEVE • Cadeia κ: 76V, 5J, 1C • Cadeia λ: 52V, 7J, 7C CADEIA PESADA • Apresentam diversidade adicional: D • Segmentos gênicos constantes juntos (CγCαCµCε), porém distantes dos VH, DH, JH • VH: 86 genes • DH: 30 genes • JH: 9 genes • CH: 11 Base Genética da Diversidade dos Anticorpos • Os supergenes da cadeia pesada das Imunoglobulinas são construídos a partir de cada um dos inúmeros segmentos V, D,J e C. Os segmentos V,D e J combinam-se por rearranjos do DNA, e a transcrição produz uma molécula de RNA que é processada para formar um mRNA traduzível. • Outra família de genes dão origem às cadeias leves. A SEQÛENCIA DE DNA QUE CODIFICA UMA REGIÃO VARIÁVEL É MONTADA A PARTIR DE SEGMENTOS GÊNICOS Como resultado desses rearranjos do DNA, existem milhões de possíveis anticorpos. Rearranjos imprecisos de DNA, mutações e adições aleatórias de bases no fim do DNA contribuem para uma maior diversidade. Síntese da cadeia leve kappa Organização gênica da cadeia lambda Organização gênica da cadeia pesada Síntese da cadeia pesada • Mudança de classe após produção inicial de imunoglobulina resulta em anticorpos com a mesma especificidade ao antígeno, mas com uma função diferente. Isso é realizado por cortes e rearranjos dos genes que codificam a região constante. A localização cromossômica dos genes dos anticorpos, de receptores de células T e do MHC em humanos RECEPTOR DE CÉLULA T Evidências de recombinações somáticas (rearranjos) dos anticorpos e os genes TCR • A hipótese que os genes dos anticorpos resultantes da “fusão” de dois genes diferentes (um gene V e um gene C) foi postulada em 1965 por W Dreyer e J Bennett. Esta hipótese propõe uma explicação sobre os dados da seqüência da proteína que se acumularem ao longo do tempo e sobre as observações sorológicas e genéticas, indicando que o mesmo idiotipo pode ser encontrado em associação em diferentes isotipos. • A “dois genes – um polipeptídico”, hipótese comprovada nos anos 70 por N Hozumi, que demonstrou que as sondas para as cadeias leves C ou C+V do mRNA hibridizam com diferentes fragmentos de restrição de DNA genômico embrionário mas hibridizam com o mesmo fragmento de restrição de DNA de mielomas. Este experimento confirmou que um processo de rearranjo somático ocorreu na célula produtora de anticorpos. Os loci dos receptores de Células T (TCR) a/ d,b e g • Embora existam quatro tipos de cadeias de receptores de células T (a, b, g e d), e existem apenas três loci porque o locus “d” é interdispersado em um locus “a”. O locus humano a-d é complexo e incluem 54 segmentos do gene Va, dos quais 45 são funcionais. O locus também contém um notável número (61) de segmentos Ja, dos quais a maioria é funcional.O locus humano “b” foi o prmeiro a ser descoberto ao ser totalmente mapeado e seqüenciado. Esse locus mede ~0.6 Mb e contém 62-65 genes V, dos quais 39-41 são funcionais. O locus humano “g’ é muito mais simples, medindo ~ 0.1 Mb e contendo 12-15 genes V, dos quais 4 -6 são funcionais. Complexo de Histocompatibilidade Principal MHC • MHC desempenha um papel essencial na resposta imune: permite os Linfócitos T reconhecerem o antígeno. • MHC trabalha junto com TCR e influencia o repertório dos antígenos T capazes de reconhecer o antígeno. • Essa é a razão porque o complexo MHC desempenha um papel fundamental na susceptibilidade a muitas doenças complexas e auto-imunidade. Estrutura MHC I • Expressa na superfície celular • Reconhecida por TCR de linfócitos T CD8 (citotóxicos) • CD8 liga o complexo peptídeo-MHC I • MHC I são requisitados para reconhecimento de antígenos endógenos (via citosólica) • Constituído por duas cadeias: a alfa codificada por genes MHC e a microglobulina beta, codificada por um gene externo ao cluster MHC • A cadeia alfa possui 3 domínios externos, 1 transmembrânico, juntos com o alfa 3 ligam as moléculas à membrana e a uma cauda citoplasmática Estrutura MHC II • MHC II são heterodímeros constituídos de duas cadeias alfa e duas beta, ambas codificadas por genes do cluster MHC. • Ambas as cadeias apresentam dois domínios extracelulares e uma cauda citoplasmática. Estrutura MHC III • • • As proteínas codificadas pelo MHC III não são receptores de membrana e não estão envolvidos na apresentação de antígenos Foi proposto que as alterações das proteínas do MHC III estão envolvidas em doenças auto-imunes. As proteínas do MHC III têm funções e seqüências diferentes: algumas delas são proteínas do complemento, outras são enzimas (i.e. 21- hidrolase), citocinas inflamatórias, fator de necrose tumoral e proteínas “heat hock”. Localização das proteínas do MHC O locus MHC • O locus humano MHC mede aproximadamente 4 Mb no braço curto do cromossomo 6 (6p21). Este locus compreende três regiões: um grupo com aproximadamente 20 genes classe I (telomérico), um grupo com aproximadamente 15 genes classe II (centromérico), e um grupo heterogêneo com aproximadamente 30 genes classe III localizados entre os cluster classes I e II. Genes MHC I e MHC II Locus MHC • 421 loci, 252 deles são classificados como genes expressos PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO LOCUS DO MHC • MULTIGÊNICO: muitos genes codificadores de diferentes moléculas classes I e II, cada uma com diferentes especificidades por vários peptídeos. • POLIMORFISMOS ALÉLICOS: um grande número de alelos estão presentes em cada gene. • CODOMINANTE: produtos de ambos os alelos de cada gene são produzidos. • A região classe III é rica em genes (um gene a cada 15 kb) e incluem genes de fatores do complemento (C2, C4 e fator B), a proteína “heat shock” HSP70 e os genes de TNF-alfa e beta • Existem três produtos polimórficos de genes classe I (definido em humanos como HLA-A, HLA-B e HLA-C) envolvidos na apresentação de antígenos para as células T citotóxicas. Entre os outro genes classe I existem alguns pseudo-genes, contudo também são funcionais. • A função desses outros genes necessita ser investigada. Eles são menos polimórficos que os genes A, B e C, e dois são expressos de forma tecido-específica. Em ratos, no mínimo um gene está envolvido na apresentação de peptídeos bacterianos formil-metionil para as células do sistema imune. • Existem três produtos polimórficos de genes classe II (HLA-DR, HLA-DQ e HLA-DP) e muitos pseudogenes classe II (por exemplo os genes DPA2 e DPB2) • A base molecular dos polimorfismos gênicos classes I e II consiste na substituição de aminoácidos e no fato de que a maioria dos alelos estão presentes na população em freqüências significantes. Isto argumenta contra mutações neutras e sugere seleção sobredominante (vantagem do heterozigoto) ou seleção dependente da freqüência. • A sugestão feita por H Zinkernagel e P Doherty, que diz que o polimorfismo é mantido por vírus, é plausível. Recombinação dentro do locus ocorrem em sítios determinados. • Isto lida com o desequilíbrio do linkage (i.e. A ocorrência de alelos de dois genes juntos em uma freqüência maior que a freqüência esperada de um único alelo; os loci são, portanto, classificados como em desequilíbrio de linkage ) Polimorfismos alélicos do MHC em cada gene: possibilidade de recombinação A localização cromossômica dos genes dos anticorpos, de receptores de células T e do MHC em humanos RESPOSTA HUMORAL RESPOSTA CELULAR Diabetes Mellitus Tipo 1 116 Não é fácil... Sintomas: 117 Diabetes Diabetes is a disease caused by the body's incapacity to either produce insulin (Type 1 Diabetes, T1D) or make use of it properly (Type 2 Diabetes, T2D). Diabetes • • • • Mellitus tipo 1 Mellitus tipo 2 MODY Gestacional Controle entre a concentração de glicose e a produção de insulina 119 T2D 121 122 123 T1D Type 1 diabetes • It is the third most common disorder of childhood, affecFng between 1 and 4 in 10,000 individuals before the age of 30. Type 1 diabetes • T1D is an autoimmune disease that is characterized by autoimmune destrucFon of the insulin‐producing pancreaFc β‐cells, resulFng in a lack or absence of insulin producFon and disturbed glucose homeostasis. • Without replacement therapy by exogenous insulin, this condiFon will lead to hyperglycemia, ketosis and diabeFc ketoacidosis, and will ulFmately have fatal consequences. T1D 126 • T1D is considered to be a complex disease caused by mulFple environmental and geneFc risk factors. • Evidence for the influence of environmental factors is the global increase in incidence of 3% per year, and dietary factors that influence the suscepFbility for T1D, such as early exposure to cow's milk and gluten. • It is also evident that gene3c factors play an important role in determining the risk for T1D, since it shows a strong clustering in some families, with a sibling recurrence rate of 6%, and a monozygoFc twin concordance rate of 30–50% T1D (KINDT, GOLDSBY et al., 2007) As respostas imunológicas se voltam contra o próprio organismo. Falha do mecanismo de Auto-tolerância Linfócitos REATIVOS contra o organismo são liberados Doenças auto-imunes Definição 128 Roitt e Delves, 2001 Modelo Generalizado Auto-imunidade 129 130 Diabetes tipo 1 Patogênese da doença: Linfócitos T Auto-imunidade Infiltram Ilhotas pancreáticas Destroem Células Beta Produção X Insulina 131 Anos antes do aparecimento da doença. Produção de auto-anticorpo a insulina (IIA), GAD (acido glutamase descarboxilase) 132 • Várias vias patogênicas associadas ao DM1? 134 Diabetes Insulino Dependente Ativação do linfócito T co-estimulação CD 80 CD 86 Tolerância periférica anergia Tolerância periférica - anergia Regulação da célula T Tolerância periférica Viral Pathogenesis of Type 1 diabetes. Autoimmune Type 1 Diabetes Viruses + other environmental agents have been shown to be triggering factors. Viruses can damage beta cells by: 1.Direct invasion. 2.Triggering an auto immune response. ENVIRONMENTAL FACTORS VIRUS: MUMPS,COXSACKIE, RUBELLA, ECHO, ROTA, LJUNGAN AND OTHERS. FOOD ITEMS: NITROSAMINES, MILK PROTEINS GESTATIONAL INFECTIONS AND ABO INCOMPATIBILITY VIRUS AND TYPE 1 DIABETES Coxsackie Rubella Mumps Cytomegalovirus Rotavirus Human, mice (Yoon) Human, hamster Human Human Human CBV4 T cell activation (Vbeta analysis): T1DM=controls (Varela-Calvino et al. 2001) CBV4 T cell proliferation: T1DM > controls (Juhela et al 2000) CBV4-specific T-cell epitopes: T1DM = controls (Martilla et al. 2001) No or little cross reactivity between molecular mimicry regions (Several authors) Texto 144 Genética do DM1 146 Uma questão... Envolvimento Genético Heredograma Portador Estudos genéticos Identificaram uma região especifica no genoma humano associada com a DC Famílias 1 EM 2000 INDIVÍDUO CERCA É PORTADOR DE IDDM A mãe deseja conhecer os riscos da doença na segunda filha 1 em cada 20 irmãos mais novos de diabéticos será portador da doença ANÁLISE DOS COMPONENTES GENÉTICOS DOS CARACTERES MULTIFATORIAIS: ESTUDO DA CONCORDÂNCIA NOS GÊMEOS Nenhuma diferença nenhuma hereditariedade Pouca diferença pouca hereditariedade maior diferença maior hereditariedade Concordância dos IDDM em gêmeos % das duplas 100 80 60 concordante 54 discordante 46 40 14 20 0 monozigótico dizigótico gêmeos 86 hereditariedade do diabetes juvenil medida dos fatores geneticos: a hereditariedade(h ): Conc. monozigótico - Conc. dizigótico 1 - concordância dizigótico (.54 - .14) /(1 - .14) = 46% Tipos de Doenças Genéticas Monofatoriais Poligênicas Cromossômicas Multifatoriais Genética do DM1 156 T1D T1D geneFc factors •The first major geneFc risk locus was detected as early as 1974 by Nerup et al. followed by Cudworth and Woodrow, who detected an associaFon with the HLA system. •Since then 30 years of geneFc studies have significantly advanced our knowledge of geneFc suscepFbility factors for T1D, making it one of the most studied complex geneFc diseases to date T1D HLA and diabetes •The iniFal associaFon with T1D was detected with allelic forms of HLA class I genes that encode for HLA‐B8 and ‐B15 molecules. However, it was soon recognized that this associaFon was an indirect signal due to the strong linkage disequilibrium in the HLA region, and that the strongest associaFon was observed with the HLA‐DR class II genes. •By analyzing amino acid variants of exon 2 of HLA‐DQB1, Todd et al. found that the suscepFbility correlated even more strongly with Asp‐ 57, and proposed that HLA‐DQB1 was the main diabetogenic gene in HLA. However, the focus returned to HLA‐DRB1when allelic forms of HLA‐DRB1 were found to influence the risk of DQB1 suscepFbility alleles. •Many studies have invesFgated the risk of HLA‐DRB1– DQB1 haplotypes in different populaFons and showed that several haplotypes are associated with a spectrum of different disease risks, ranging from strong suscepFbility to almost complete protecFon HLA and diabetes It is now clear that the main suscepFbility for disease is associated with the DRB1⁎0401–DQB1⁎0302 and DRB1⁎0302–DQB1⁎0201 haplotypes, in contrast to the almost complete protecFon conferred by the DQB1⁎06–DRB1⁎15 haplotype T1D HLA and diabetes • The HLA class II molecule is a heterodimer of the two proteins encoded by HLA‐DQB1 and ‐DQA1. DQA1 is located between DRB1 and DQB1, and strong linkage disequilibrium dictates that specific haplotype combinaFons of the amino acid variants exist in these three genes. • As a result, a given genotype may code for four different HLA molecules: the cis‐molecules encoded by the HLA‐DQB1 and ‐DQA1 genes located on the same chromosome, and the transmolecules encoded by a DQB1 gene on one chromosome and by a DQA1 gene on the other chromosome. • InteresFngly, the highest risk genotype is formed by the DRB1⁎0401–DQB1⁎0302/ DRB1⁎0302–DQB1⁎0201 heterozygote genotype, which exceeds the risk conferred by the reciprocal homozygous genotypes T1D 161 Type 1 diabetes genes v HLA DQ2, DQ8, or both, represents almost 90% of all type 1 diabetes patients younger than 20 years of age. v The risk of DQ2/8 heterozygotes decreases with increasing age The protection of DQ6.2 is attenuated by increasing age and is v lost at about 35 years of age. v Class I - INS VNTR -short tandem repeats - increase the risk by about 2-5 %. v CTLA-4 - long AT-repeats at the 5’ end UTR - increase the risk by about 2-3%. Other genes Many candidate genes have been studied but few have been found to be associated to T1D T1D Other genes Only three have shown associaFon consistently over many different studies and are now well established as risk factors for T1D: •the Variable Number of Tandem Repeats (VNTR) near the Insulin gene (INS), •the Cytotoxic T‐Lymphocyte associated AnFgen (CTLA4) •Protein Tyrosine phosphatasis Pyrosine Nonreceptor‐type 22 (PTPN22). T1D The INS gene T1D •The INS gene was one of the obvious candidate genes for T1D, in part because of the existence of INS‐specific autoanFbodies. •Moreover, the region surrounding INS on chromosome 11p15 has been consistently linked to T1D for more than two decades (the IDDM2 locus) •The main associaFon was found to center around the INS‐VNTR polymorphism in a 4.1 kb region encompassing the INS gene as well as the Tyrosine Hydroxylase gene (TH), and the Insulin‐like Growth Factor II gene (IGF2). •The INS‐VNTR is located downstream of INS, and is a tandem repeat of a basic 14– 15 bp sequence (ACAGGGGTCTGGGG), which alleles cluster in size groups of 30 to 60 repeats (class I alleles), 120 to 170 repeats (class III alleles), and the rarer intermediate repeats (class II alleles). • Strong consistent associaFon was found by several independent groups showing that INS class I alleles are associated with increased risk, whereas class III alleles are associated with dominant protecFon for T1D T1D The INS gene •IniFally, the discussion arose as to whether the INS‐VNTR was indeed the ‘causal’ or most associated variant and not some other polymorphism in strong LD somewhere in the 4.1 kb region. This quesFon was answered by extensive funcFonal tesFng and comprehensive fine‐mapping of the INS region, which les litle doubt that the INS‐VNTR is IDDM2. •This led to the postulaFon that the protecFon observed from class III INS‐VNTR alleles is conferred by higher insulin levels in the thymus that may enhance negaFve selecFon of insulin‐ autoreacFve T lymphocytes T1D CTLA4 •CTLA4 is expressed by CD4+ and CD8+ T cells and (similar to CD28) binds B7‐1 and B7‐2 ligands during presentaFon of anFgens bound to MHC by anFgen‐presenFng cells. Upon binding of B7, CTLA4 down‐regulates T‐cell proliferaFon and cytokine producFon, whereas binding of B7 to CD28 results in a co‐sFmulatory response. •It is thought that the CTLA4 funcFon is criFcal for regulaFng peripheral selsolerance and prevenFon of autoimmunity and it has therefore long been considered as a candidate gene for T1D. •Indeed, CTLA4 maps on to chromosome 2q33, which is linked to T1D (IDDM12) • Several variants in and around CTLA4 were reported to be associated to T1D, but with some conflicFng results. T1D PTPN22 •PTPN22 codes for lymphoid‐specific phosphatase (Lyp), and belongs to the family of protein tyrosine phosphatases, which are regulators of the immune response. • Lyp is an intracellular protein that interacts with Csk kinase and this protein complex inhibits TCR signaling, leading to reduced T‐cell acFvaFon. •The C1858T variant in the coding region of PTPN22 was first demonstrated to be associated to T1D in two different populaFons; Fine‐mapping using a dense map of SNPs obtained by resequencing PTPN22 was performed and showed that the primary associaFon was conferred by C1858T, but that other variants may contribute. T1D PTPN22 •The C1858T variant results in an amino acid subsFtuFon R620W in Lyp, and was shown to result in a Lyp protein with enhanced binding properFes with Csk. •This is predicted to result in more efficient suppression of TCR signaling. It is postulated that this gain‐of‐funcFon may predispose to T1D through an increased survival of autoreacFve T cells during thymic selecFon. •AlternaFvely, the variant Lyp may also affect regulatory T‐cell populaFons,making them less effecFve in suppressing an autoimmune response. T1D
