Der Einfluss des Polymorphismus auf die Ausbildung von HLA-DQ-Peptidrezeptoren

Abstract

Klasse-II-Moleküle werden durch Gene des Haupthistokompatibilitätskomplexes (HLA) kodiert und dienen der Antigenpräsentation. Ein Klasse-II-Molekül besteht aus einer Alpha- und einer Beta-Untereinheit, die sich zu einem Heterodimer im ER zusammenlagern. Die Beladung des HLA-Heterodimers mit einem antigenen Peptid erfolgt im MIIC-Kompartiment. Nach dem Transport des Klasse-II-Peptidrezeptors zur Zelloberfläche erfolgt die Präsentation des Antigens für CD4-positive T-Helferzellen. Innerhalb der Gruppe der Klasse-II-Gene des HLA-Komplexes werden drei Genpaare unterschieden, die für die Isotypen DR, DP und DQ kodieren. Gemeinsam ist allen drei Isotypen, dass sie über eine Vielzahl von Allelen, sowohl für die Alpha- als auch für die Beta-Genorte, verfügen (Ausnahme DR Alpha). Ausgehend von diesem Polymorphismus kann ein Individuum maximal zwei Allele für die Alpha- und zwei Allele für die Beta-Untereinheit besitzen. Die verschiedenen Allele führen nach Translation zu den HLA-Untereinheiten. Nach heutigem Stand konnten im menschlichen Genom 26 unterschiedliche Alpha- und 89 Beta-Untereinheiten identifiziert werden, wovon in einem Individuum maximal zwei verschiedene Alpha- und zwei Beta-Ketten vorkommen. Eine freie Kombinierbarkeit der Untereinheiten lässt eine große Vielfalt an DQ-Heterodimeren in der menschlichen Population postulieren. In dieser Arbeit sollte der Einfluss des Polymorphismus auf den Zusammenbau von DQ-Heterodimeren im ER, die Abhängigkeit vom Chaperon „Invariante Kette“ und die Oberflächenexpression der HLA-Rezeptoren untersucht werden. Die Identifikation wichtiger Abschnitte der Primärsequenz, die für die Stabilisierung von Heterodimeren beitragen, sollte weiterführende Erkenntnisse zur Bedeutung des Polymorphismus liefern. Für die experimentellen Analysen dieser Arbeit konnten drei DQ Alpha- und vier DQ Beta-Untereinheiten genutzt werden, die zu insgesamt zwölf DQ-Heterodimeren kombiniert wurden. Zum Nachweis eines funktionsfähigen DQ-Heterodimers wurde der Transport durch den Golgi Komplex, sowie die Oberflächenexpression der Rezeptoren, bestimmt. Die Untersuchung der Reifung der N-Glykane durch Enzyme des Golgi Apparates lieferte zudem einen Hinweis auf die korrekte Faltung der DQ-Moleküle. Die Analyse der zwölf DQ-Allotypen ergab, dass ein Drittel der Heterodimere weder eine Glykanreifung im Golgi erfuhren, noch konnten diese auf der Zelloberfläche detektiert werden. Anhand weiterführender Kompetitionsexperimente gelang der Nachweis, dass eine Untereinheit eine nicht-passende Kette aus dem Alpha/Beta-Komplex verdrängen kann und im Anschluss ein neuer funktionsfähiger HLA-Rezeptor entsteht. Nicht-zusammenpassende HLA-Untereinheiten verbleiben im ER. Die Relevanz dieser Resultate wurde anhand der Kopplung des jeweiligen DQ Alpha- und DQ Beta-Allels auf einem Chromosom (Haplotyp) in 20 regional differenzierten Ethnien untersucht. DQ-Allelkombinationen, die nicht zu einem funktionsfähigen Heterodimer kombiniert werden konnten, sind in 78 von 80 Fällen mit einem negativen Kopplungsungleichgewicht assoziiert. Hingegen sind die Alpha- und Beta-Untereinheiten der funktionell getesteten DQ-Allelkombinationen mit einer positiven Kopplung auf einem Chromosom verbunden. Für die Vererbung von DQ-Molekülen sind vermutlich selektive Mechanismen vorhanden, die das Auftreten von nicht-funktionellen DQ-Allelkombinationen verhindern. Der Ausfall aller möglichen DQ-Rezeptoren in einem Individuum konnte nicht nachgewiesen werden. Die transportkompetenten DQ-Moleküle zeigten eine strikte Abhängigkeit von der Invarianten Kette bezüglich der Reifung der Kohlenhydrate und unterschieden sich dabei von HLA-DR und -DP. Untersuchungen mit chimären Fusionskonstrukten, die Sequenzbereiche von DR und DQ enthalten, lieferten den Hinweis, dass besonders die Aminosäurebereiche am Grubenein- und Ausgang für die Stabilität der Heterodimere verantwortlich sind.