Ak komplementrendszer szerepe

Átírás

1 Ak komplementrendszer szerepe kóros folyamatok kialakulásában Józsi Mihály február 24.

2 A komplementrendszer

3 physical barriers (soluble) (modified after Erdei-Gergely: Immunobiology [Medicina])

4 (soluble) physical barriers

5 A komplementrendszer több, mint 40 komponens ismert: - egymást láncreakcióban aktiváló oldékony faktorok - szabályozó molekulák (oldékony és sejtmembrán-kötött) - az aktivált komponenseket megkötő sejtfelszíni receptorok a veleszületett immunitás esszenciális végrehajtó rendszere inaktívan testszerte jelen van a vérben, testfolyadékokban lépésről lépésre aktiválódik (kaszkád)

6 A komplementrendszer aktiválódása és szerepe klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis terminális út C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció szabályozó molekulák gátolják a saját sejtek, szövetek károsodását C5b-9 lízis (célsejt feloldása)

7 Saját nem-saját felismerése 1. stratégia: té a nem-saját felismerése és megtámadása 2. stratégia: minden megtámadása, de a saját megvédése - alternatív út

8 A komplementaktiváció szabályozása klasszikus út lektin út alternatív út C1-inhibitor properdin CR1 MCP DAF I-faktor C4BP C3 H-faktor C3b CR1 MCP DAF I-faktor C5 C5a karboxipeptidáz N vitronectin clusterin CD59 C5b-9 C4BP: C4b-binding protein CR1: complement receptor type 1 MCP: membrane cofactor protein DAF: decay accelerating factor

9 A komplement szerepe a mikrobák elleni védelemben elimináció klasszikus lektin alternatív út út út (fagocitózis, lízis) C1q MBL C3b IgG, IgM mikroba MBL: mannán-kötő lektin Ig: immunoglobulin (ellenanyag, antitest)

10 A komplementrendszer funkciói Veleszületett tt immunitás itá Waste disposal Adaptív immunitás itá opszonizáció immunkomplexek B-sejtek aktiválása mikrobák lízise kemotaxis gyulladás sejtek aktiválása (PMN, Mf, DC,...) eltávolítása apoptotikus és nekrotikus sejtek eltávolítása autoreaktív B-sejtek eliminálása T-sejt válasz elősegítése

11 Cikkek száma a PubMed-ben complement vagy complement system kulcsszóra keresve a rendszer (fő funkciója) felfedezése komponensek, új utak azonosítása, leírása, jellemzése betegségek, terápia

12 A komplementrendszer szerepe betegségekben Ricklin D, Lambris JD. Nat Biotechnol. 2007, 25:1265.

13 A komplementrendszer és betegségek Merle NS és mtsai., Front Immunol May 26;6:257 13

14 A komplementrendszer és fertőzések

15 A komplementrendszer és fertőzések Patogének belépése sejtekbe a komplementrendszer kihasználásával CR2: Epstein-Barr vírus receptora CD46: kanyaróvírus (morbilli) receptora CR1 vörösvérsejteken: Plasmodium falciparum receptora internalizáció opszonikus receptorokon át (pl. CR3) Szepszis: a sok mikróba túlzott komplementaktivációt okoz, fokozott C5a képződés C5aR-on hatva súlyosbítja a folyamatot, hozzájárulva a szöveti károsodáshoz, szervműködések leállásához - neutrofilek paralízise, limfociták apoptózisának kiváltása (immundepléció) - súlyos gyulladás ( cytokine storm kiváltása makrofágokon hatva) - szöveti faktor expresszió fokozása endotélsejteken fokozott véralvadás

16 Komplementdeficienciák és fertőzések Alternatív út (properdin, D-faktor) deficienciái: fokozott fogékonyság súlyos meningococcus fertőzésre, egyes más bakteriális fertőzésekre is Terminális út (C5-, C6-, C7-, C8-, C9-deficiencia): visszatérő, de ritkán halálos meningococcus fertőzés Klasszikus út (C1q-, C2-, C4-deficiencia): tokkal rendelkező baktériumok általi fertőzések pl. S. pneumoniae, N. meningitidis, H. influenzae Lektin út (MBL-, fikolin-deficiencia): visszatérő légúti fertőzések C3 deficiencia: légúti fertőzések, meningitis a leggyakoribb (opszonizációs defektus)

17 A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok visszatérő légúti fertőzések felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis terminális út C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció C5b-9 lízis (célsejt feloldása)

18 A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis terminális út C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció C5b-9 lízis Neisseria (célsejt feloldása) meningitidis CDC/ Dr. Brodsky

19 Komplementdeficienciák és fertőzések Regulátor fehérjék, receptorok deficienciája: I-faktor, H-faktor deficiencia a C3-deficienciához hasonló, mert másodlagosan alacsony C3 és B-faktor szint alakul ki (de pl. H-faktor deficiencia glomerulonephritist is okoz!) CR1 alacsony expressziója véd a malária ellen. CR3/CR4 deficiencia (LAD-1) súlyos opportunista fertőzések, pl. S. aureus (neutrofil adhézió és fagocitózis defektusa miatt)

20 Malária (Plasmodium spp.) 2012-ben kb. 207 millió maláriás fertőzés, kb. 627 ezer haláleset sporozoiták (forrás: WHO) máj merozoiták vörösvérsejt szúnyogbél CR1 vörösvérsejteken: Plasmodium falciparum receptora gametociták CR1 alacsony expressziója véd a malária ellen

21 A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) terminális út C3 C5 C3b C5a amplification loop CR3/CR4 deficiencia (LAD-1) súlyos opszonizáció, fagocitózis opportunista fertőzések, pl. S. aureus (neutrofil adhézió és fagocitózis defektusa miatt) C5b-9 lízis (célsejt feloldása) National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)

22 Patogének menekülése a komplement elől tok, sejtfal etc. (fizikai barrier) egyes fehérjék megkötése: pl. albumin, fibrinogén az antigén-felszín maszkírozása molekuláris mimikri a gazdaszervezet komplementgátló molekuláinak megkötése (C3 inaktiválása, MAC hatástalanítása, stb.) komplementgátló molekulák termelése komplementfehérjéket hasító enzimek expressziója stb.

23 Patogének menekülése a komplement elől ellenanyag depléció (e.g. protein A) direkt komplement gátlás (C3 konvertáz, C5 konvertáz, C5aR) komplementregulátorok rekrutálása (pl. C1-INH, H-faktor, C4BP) regulátor mimikri (e.g. VCP vaccinia virus complement control protein) enzimatikus degradáció (e.g. staphylokinase, Pseudomonas elastase) Lambris JD et al. Nat Rev Microbiol. 2008, 6:

24 A komplementrendszer patológiás folyamatokban

25 Komplementdeficienciák és betegségek Klasszikus út (C1q-, C2-, C4-deficiencia): i i szisztémás lupus erithematosus t (SLE) és SLE-szerű megbetegedés Lektin út: MBL-deficiencia szív-érrendszeri betegségek rizikófaktora C3-deficiencia: immunkomplex-mediált betegségek g (vasculitis, glomerulonephritis) Regulátorfehérjék: H-faktor-deficiencia: glomerulonephritis (dense deposit disease) I-faktor-deficiencia: immunkomplex-mediált betegségek (vasculitis, glomerulonephr.) CD55, CD59: GPI horgony hiánya miatt alacsony v. nincs expresszió paroxismalis nocturnalis hemoglobinuria C1-INH (autosz. domináns): túl sok bradykinin képződik herediter angioneuroticus oedema

26 Komplement-polimorfizmusok és betegségek Komplement-polimorfizmusok li növelhetik az esélyét ét egyes, az alternatív tí út által mediált betegségek kialakulásának. pl. C3 R102G: C3b 102G hez kevésbé kötődik a H-faktor - időskori makuladegeneráció, dense deposit disease, vasculitis rizikófaktora B-faktor R32Q: konvertáz felépülésének hatékonyságát befolyásolja a FB 32Q kevésbé képes konvertázt kialakítani protektív polimor- fizmus az időskori makuladegeneráció esetén A polimorfizmusok összessége meghatározza, hogy milyen mértékben aktiválódhat a komplementrendszer. - patogének szelekciós nyomása! ui. az aktívabb komplement hatékonyabban pusztítja el a kórokozókat, de egyben növeli a komplement által okozott betegségek kockázatát is.

27 Morgan BP, Harris CL. Nat Rev Drug Discov. 2015;14:

28 Komplementaktiváció és gátlás egyensúlya célzott és korlátozott aktiváció (biztonságos opszonizáció) mintázatfelismerő és opszonikus molekulák együttműködése H-faktor C4BP aktiváció gátlás pl. pentraxinok

29 A szabályozás hibája betegségekhez vezethet szöveti károsodás, gyulladás, autoimmunitás gátlás aktiváció

30 Komplementaktiváció endogén ligandumokon Ligand C1q binding Classical pathway activation C4BP binding Factor H binding Potential pathogenic relevance CRP Cardiovascular diseases, AMD? SAP + + +? Alzheimer s disease PTX Cardiovascular and renal diseases DNA SLE Late apoptotic and necrotic cells SLE Amyloid Aβ Alzheimer s disease peptide fibromodulin Joint diseases decorin and biglycan + (C1q tails) Joint diseases modified after: Sjöberg et al. (2009) Trends Immunol., 30:83-90.

31 Példa: komplement és apoptotikus sejtek Trends in Immunology. 2003; 24:148.

32 Példák betegségekre, ahol a komplement szerepe g g, p p részletesebben ismert

33 1. AMD age-related macular degeneration a látásromlás és vakság vezető oka a nyugati világ országaiban, 3% prevalencia az USA-ban a vakság kb. 54%-áért felelős világszerte kb. 50 millióra becsülik az érintettek számát (WHO) komplex betegség: életkor, örökletes és környezeti tényezők szerepe -öregedés a fő rizikótényező - dohányzás, étkezés, napfény - oxidatív stressz, lipidek, gyulladás, vaszkularizáció - komplementgének, egyéb genetikai tényezők

34 AMD age-related macular degeneration Khandhadia S et al., Immunobiology 2012, 217:127

35 AMD és komplement H-faktor polimorfizmus: Y402H C3 egyes B-faktor, C2 variánsok protektívek CFHR1/CFHR3 gének deléciója protektív ezen variánsok hatásmechanizmusa még nem minden esetben világos, de a komplementrendszer szerepe az AMD patomechanizmusában eléggé biztos H-faktor: single nucleotide change 1277T C (Y402H) (egészségesek kb. 1/3-ában) CT heterozigóták: >2-szeres kockázat CC homozigóták: 3-6-szoros kockázat

36 H-faktor és AMD Y402H polimorfizmus befolyásolja a H-faktor kölcsönhatását különböző ligandumokkal, pl.: extracelluláris mátrix (Bruch s membrane) C-reaktív protein apoptotikus/nekrotikus sejtek malondialdehid epitópok (oxidatív károsodás) Streptococcus t pyogenes! szelekciós nyomás?

37 2. Paroxizmális nokturnális hemoglobinuria 1-2 eset / 1,000,000 fő / év év várható élettartam a diagnózis után vörösvérsejtek pusztulásával jár szerzett, klonális, vérképzőrendszeri betegség Bell S, et al. ACNR 2014;14(3):24-5. CD59 CD55 komplementaktiváció health paroxysmal-nocturnal-hemoglobinuria-pnh/

38 3. Atípusos hemolitikus urémiás szindróma (ahus) potenciálisan halálos, ritka vesebetegség 2 eset / 1,000,000 fő / év hemolitikus anémia, alacsony vérlemezkeszám, akut veseelégtelenség jellemzi courtesy of Dr. Ch.J. Mache veseendotél sérülése fontos a betegség kialakulása során a komplementaktiváció szabályozásának hibájával függ össze felszíneken (sejt, alapmembrán) - komplementgén mutációk és polimorfizmusok - génátrendeződések és deléciók a H-faktor génklaszterben - H-faktor ellenes autoantitestek

39 Atípusos hemolitikus urémiás szindróma (ahus) állandó komplementaktiváció endotélaktiváció, vérlemezke-aktiváció, trombusképződés ( Alexion) kapilláriselzáródás (trombotikus mikroangiopátia) trombocitopénia hemolitikus anémia veseelégtelenség, urémia tünetek egyéb szervekben vörösvértest granulocita vérlemezke von Willebrand-faktor

40 Atípusos hemolitikus urémiás szindróma (ahus) kiválthatja fertőzés, gyógyszer, terhesség ~50% végstádiumú veseelégtelenség, ~25% mortalitás az első akut fázis alatt egyéb tünetek (magas vérnyomás, hasmenés, idegrendszeri problémák ) kezelés: plazmaferezis, gyulladásgátlók, anti-c5, immunszuppresszánsok

41 Komplement és ahus klasszikus út lektin út alternatív út (IgG, pentraxinok...) (cukor csoportok) (folyamatos) H-faktor C3 C3b B-faktor MCP I-faktor clusterin terminális út (MAC) funkcióvesztéses (regulátorok) és funkciószerzéses (C3, B-faktor) mutációk szerzett forma: H-faktor autoantitestek MCP: membrane cofactor protein

42 Komplementgén-mutációk ahus-ban H-faktor % I-faktor 4-12 MCP 7-10 B-faktor < 2 C3 8 CFH::CFHR1 hibrid gén 3 anti-h-faktor antitestek 2-10 döntően heterozigóta mutációk alacsony penetrancia (~50%) kell egy trigger, pl. fertőzés, gyógyszer, terhesség további gének, autoantitestek szerepe?

43 Komplementgén-mutációk és veseátültetés mutation transplanted patients recurrence factor H % factor I 8 88 % MCP % Loirat and Frémeaux-Bacchi, Ped. Transplant. 2008, 12:

44 4. Dense deposit disease (DDD) ritka, súlyos vesebetegség a plazma komplementreguláció hibájával asszociált (alacsony C3 szint) Licht et al. (2006) Kidney Int. 70: okozhatja H-faktor deficiencia (kvantitatív v. funkcionális) H-faktor -/- egereknél spontán glomerulonephritis alakul ki a plazmában való ellenőrizetlen komplementaktiváció miatt (Pickering et al., Nat. Genet. 2002) gyakran C3-nefritikus faktor (C3 konvertázt stabilizáló ellenanyag) detektálható a betegekben (50-80%-ban) ritkábban H-faktor vagy B-faktor ellenes autoantitest (néhány ismert eset)

45 (IKEA)

46 Komplementet célzó terápiák

47 Komplementet célzó terápiák Tisztított v. rekombináns fehérjék: C1-INH: HANO kininrendszer elsősorban fejlesztés alatt: pl. H-faktor, H-faktor és CR2 fragmentumok hibridje, scr1 Peptidek: pl. C3-gátló peptid, H-faktor kötő peptid Kis molekulájú inhibitorok: pl. C5aR antagonista, aptamerek Antitestek: anti-c5 (eculizumab): PNH, ahus anti-b-faktor, anti-c3, anti-properdin etc. Klinikai próbák különböző fázisaiban tesztelnek számos potenciális komplementgátló anyagot (pl. AMD-ben, ahus-ban, PNH-ban, szepszisben).

48 Morgan BP, Harris CL. Nat Rev Drug Discov. 2015;14:

49 Komplementgátlók felhasználási területei Komplementaktivációval kapcsolatos betegségek gyógyítása: C1-INH: HANO anti-c5 (eculizumab): PNH, ahus Orvosi beavatkozásokkal kapcsolatos komplementaktiváció gátlására: - transzplantáció során - gyógyszerek adásakor - implantátumok, kanülök stb. alkalmazásakor Komplementgátlók bejuttatása, vagy felszínek (pl. stent, liposzóma) módosítása a cél.

50 A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció szabályozó molekulák gátolják a saját sejtek, szövetek károsodását C5b-9 lízis (célsejt feloldása)

51 A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis Anti-C5 (Soliris, eculizumab) C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció szabályozó molekulák gátolják a saját sejtek, szövetek károsodását C5b-9 lízis (célsejt feloldása)

52 Figure 1 Eculizumab: molecular structure and mode of action Zuber, J. et al. (2012) Use of eculizumab for atypical haemolytic uraemic syndrome and C3 glomerulopathies Nat. Rev. Nephrol. doi: /nrneph

53 Alexion Pharmaceutical s Soliris, at $409,500 a year, is the world s single most expensive drug. This monoclonal antibody drug treats a rare disorder in which the immune system destroys red blood cells. The disorder. if left untreated, is usually lethal within 10 years. Paroxysymal yy nocturnal hemoglobinuria (PNH), hits 8,000 Americans. ( Gyógyszer Indikáció A betegség prevalenciája Kb. átlagos költség / év 1. Soliris Paroxizmális nokturnális hemoglobinuria 8000 (USA) $ Eleprase Hunter-kór 500 (USA) $ Naglazyme Maroteaux-Lamy 1100 (világon) $ szindróma 4. Myozyme Pompe-betegség (világon) $ Vö.: Lipitor for high cholesterol ($1,500 a year), Zyprexa for schizophrenia ($7,000 a year) or Avastin for cancer ($50,000 a year)

54 Alexion Pharmaceuticals (1992) Yale 2007: Soliris engedélyezése PNH-ra 2011: engedély ahus-ra Problémák: ( / adag; éves szinten kb (gyerek < 10 kg) (felnött) 4600 / adag; éves szinten kb (gyerek < 10 kg) (felnött) Vakcináció v. antibiotikumos profilaxis (Neisseria meningitidis)

55 A Soliris-kezelést tilos megkezdeni (lásd 4.4 pont): azoknál a PNH-ban szenvedő betegeknél, akiknél megoldatlan Neisseria meningitidis fertőzés áll fenn; akik jelenleg nincsenek vakcinálva Neisseria meningitidis ellen. azoknál az ahus-ban szenvedő betegeknél, akiknél megoldatlan Neisseria meningitidis fertőzés áll fenn; akik jelenleg nincsenek oltva Neisseria meningitidis ellen vagy nem részesültek megfelelő antibiotikummal folytatott profilaktikus kezelésben a vakcinációt követő 2 héten át.

56 4.4 Különleges figyelmeztetések és az alkalmazással kapcsolatos óvintézkedések Hatásmechanizmusából adódóan a Soliris növeli a páciens érzékenységét meningococcus (Neisseria i meningitidis) itidi fertőzéssel szemben. Ezen betegek esetén nagyobb a ritka szerocsoportok (különösen az Y, W135 és X) fertőzésének kockázata A fertőzés kockázatának csökkentése érdekében minden beteget vakcinálni kell legalább 2 héttel a Soliris beadása előtt. Kifejezetten ajánlottak az A, C, Y és W135 szerotípusok elleni tetravalens vakcinák, lehetőleg a konjugált formák. A vakcinálás nem feltétlenül elegendő a meningococcus-fertőzés megelőzéséhez. Súlyos vagy halálos meningococcus-fertőzésekről számoltak be Soliris-szal kezelt betegeknél.

57 Genetic Variants in C5 and Poor Response to Eculizumab N Engl J Med 2014;370: Jun-ichi Nishimura, et al. A heterozygous missense mutation in exon 21, c.2654g A, predicting p.arg885his, was identified in all Japanese patients with a poor response but not in those who had a good response. A very similar mutation, c.2653c T, which predicts p.arg885cys, was identified in an Argentinian patient of Asian ancestry who had a poor response.

58 Megfontolások a komplementet célzó anyagok kapcsán Szokásos megfontolások: farmakokinetika, biztonságosság, stb. Előnyök és hátrányok, hatóanyagok kombinációja Fertőzések veszélye Immunogenitás Kell-e teljes gátlás egyáltalán? gátlás aktiváció gátlás aktiváció ió

59 Összefoglaló cikkek az előadás témájához: Ricklin D, Hajishengallis G, Yang K, Lambris JD. Complement: a key system for immune surveillance and homeostasis. Nat Immunol Sep;11(9): Ricklin D, Lambris JD. Complement in immune and inflammatory disorders: pathophysiological mechanisms. J Immunol Apr 15;190(8): Ricklin D, Lambris JD. Complement in immune and inflammatory disorders: therapeutic interventions. J Immunol Apr 15;190(8): Morgan BP, Harris CL. Complement, a target for therapy in inflammatory and degenerative diseases. Nat Rev Drug Discov Dec;14(12):