Az immunválasz genetikai szabályozása. Falus András Semmelweis Egyetem GSI Intézet

Az immunválasz genetikai szabályozása Falus András Semmelweis Egyetem GSI Intézet

a modell..a humán genom Nature 171, 737-738 1953. április 25. 2001. február 15-16...az enciklopédia...1000-2500-5 millió genom 3/5/2018 2012. szeptember

Genom (a teljes örökítő anyag) és a genom-szintű megközelítés Genetikai állományunk 26 ezer gén, 23 kromoszóma, 3.2 milliárd nukleotid betű 20 millió mutáció (SNP) 2m DNS/sejt 7.6 fénynap

génkölcsönhatások, génhálózatok genom szintű analízis (GWAS) mobilis genetikai elemek epigenetika (EWAS) mikrobiom-ökoszisztéma

FEHÉRJE FIZIKAI TECHNIKÁK Biofizika, nanofizika METODIKAI REPERTOIRE GCAATCGATCTGGTACAGTAGCTA GCAATTGATCGGGTACATTAGCTA Hap-Map/ 20 millió pontmutáció TELJES GENOM VIZSGÁLAT Adatbázisok Egy sejt analitika (subnano) EXPRESSZIÓS MICROARRAY/CHIP NANOTECHNOLÓGIA, Szilárd Fázisú KÉMIA DNS NYELVÉSZETI ELJÁRÁSOK ÚJ GENERÁCIÓS SZEKVENÁLÁSOK CRISP/Cas9 rendszer BIOINFORMATIKA GÉNHÁLÓZATOK- ÚTVONAL ANALÍZIS

Gyorsuló genetikai/genomikai adathalmaz A DNS adatok megkétszereződnek 18 havonta Ennek költségei a feleződnek 18 havonta

Systems biology of the immune system

Az immunrendszer fő funkciója Szervezetünk védelme a külső és belső élősködőkkel szemben külső: baktériumok, vírusok, gombák, férgek patogén mikrobiom belső: tumor sejtek szimbionta

Az immunrendszer működésére vonatkozó új koncepció veszélyes immunrendszer ártalmatlan elpusztítandó izolálandó tolerálandó

Veleszületett és szerzett immunitás innate immunity (rapid response) adaptive immunity (slow response) αβ Nature Reviews Cancer 4, 11-22 (January 2004)

The Immune Transcriptome Neutrophils Macrophages DC NK cells B cells Naïve T cells Mast cells Eosinophils Mast cell specific TIM-3, Gpr43, HtrA1 alt. spl. mi transcription factor Tryptase β2 Major basic protein Adenylate cyclase activating polypeptide1 Cathepsin G Solute carrier 30 member 2 ATPase, H+ transporting lysosomal V0 CD33L1 Cortactin binding protein 2 Pre-B-cell leukemia transcription factor 1 Serum deprivation response Monoamine oxidase B plasminogen activator, tissue FAT tumor suppressor homolog 1 Chromosome 1 open reading frame 19 EST (BE856562) Phosphodiesterase 3A, cgmp-inhibited SEC15-like 2 Amisyn LIM domain only 4 Hypothetical protein BC007772 Basophils Signal 0 500 Mackay, BCI 2004

lymphochip rheumatoid arthritis specific signature (lymphocytes from 202 RA patients)

Cancer IL-2 immuntherapy; supervised analysis of ethnic specific genes regulated by IL2 216 genes (p 2 <0.005) 374 genes (P 2 <0.01) IL-2-D14-Ch IL-2-D13-Ch IL-2-D17-Ch IL-2-D12-Ch IL-2-D15-Ch IL-2-D10-Ch IL-2-D4-Ch IL-2-D21-Ch IL-2-D27-Ch IL-2-D23-Ch IL-2-D5-Ch IL-2-D3-Ch IL-2-D1-Ca IL-2-D19-Ca IL-2-D18-Ca IL-2-D9-Ca IL-2-D6-Ca IL-2-D11-Ca IL-2-D26-Ca IL-2-D16-Ca IL-2-D24-Ca IL-2-D7-Ca IL-2-D25-Ca IL-2-D22-Ca IL-2-D20-Ca IL-2-D8-Ca IL-2-D2-Ca IL-2-D5-Ch IL-2-D3-Ch IL-2-D14-Ch IL-2-D27-Ch IL-2-D23-Ch IL-2-D21-Ch IL-2-D12-Ch IL-2-D15-Ch IL-2-D10-Ch IL-2-D4-Ch IL-2-D17-Ch IL-2-D18-Ca IL-2-D19-Ca IL-2-D9-Ca IL-2-D6-Ca IL-2-D1-Ca IL-2-D13-Ch IL-2-D11-Ca IL-2-D8-Ca IL-2-D2-Ca IL-2-D7-Ca IL-2-D25-Ca IL-2-D22-Ca IL-2-D20-Ca IL-2-D26-Ca IL-2-D16-Ca IL-2-D24-Ca cauc orient Wang, E, BCI 2004

Az immunválasz jellemzői 1. /antigén/ specifitás 2. /antigén/ érzékenység 3. memória 4. klónszelekció elvén alapuló működés

1,375 25,000 = 5.5%

Az immungenetika-genomika jellemzői: poligénikus polimorf gének betegségasszociációk gyors evolúció génklaszterek repertoire-ket képeznek hálózatos működés Trowsdale, J, Seminars in Immunology, 2003

MHC (HLA..) populációgenetika- intelligens vakcina-design Antigénreceptorok (Ig, TCR)- egyedi genetika Mintázat felismerő (korlátozott specificitású) receptorok Komplementgenetika

MHC I MHC II citoplazmatikus farok citoplazmatikus farok

MHC-I zárt zseb 8-9 aminosavas peptidek MHC-II nyitott zseb 11-20 amino acids

MHC I HLA-A,B,C 8-9 aminosav peptid ligand MHC II HLA-DR, DP, DQ 13-20 aminosav peptid ligand............ a sejt által termelt endogén, belső fehérjékből származó peptidek MHC I allél specifikus "zseb" az endoszómákból származó exogén, külső peptidek

bármely magvas sejt Professzionális antigénbemutató sejtek (DC, B sejt, makrofág) HLA-A HLA-B HLA-C HLA-A HLA-B HLA-C HLA-DP HLA-DQ HLA-DR HLA: humán leukocita antigén

MHC 1. Polimorf (populációs szinten) 2. Poligénes 3. Kodominánsan öröklött

Populációs polimorfizmus ~ 10 10

Kelley, de Bono & Trowsdale, submitted 2004

MHC génkomplex

C2, Bf, C4

Intelligens vakcina tervezés in silico

Az antigénbemutatás sémája

Proteaszomális predikció EPITOPE

TAP (peptid pumpa) predikció

MHC predikció

HLA-B44 "supermotif" NH 2 - D E P M W A V Y I L F -COOH B44 supertype 458 natural ligands

HLA-A*0201 YMNGTMSQV GILGFVFTL ALWGFFPVV ILKEPVHGV ILGFVFTLT LLFGYPVYV GLSPTVWLS WLSLLVPFV FLPSDFFPS CVGGLLTMV FIAGNSAYE Peptid kötés predikció

genom In vivo antigen processing and presentation In vitro genome analysis tools immunoinformatics in vitro confirmation immunom EpiVax: Informatics

EpiVax: Informatics A patogén azonosítása

A patogén DNS/RNS szekvenciája AAAACAGATGGCAGGTAGATGATTGTGTGGCAAGTAGACAGGATGAGGATT AGAACATGGAAAAGTTAGTAAAACACCATATGTATGTTTAGTAAAACACC EpiVax: Informatics

G - Glycine (Gly) P - Proline (Pro) A - Alanine (Ala) V - Valine (Val) L - Leucine (Leu) I - Isoleucine (Ile) M - Methionine (Met) C - Cysteine (Cys) F - Phenylalanine (Phe) Y - Tyrosine (Tyr) W - Tryptophan (Trp) H - Histidine (His) K - Lysine (Lys) R - Arginine (Arg) Q - Glutamine (Gln) N - Asparagine (Asn) E - Glutamic Acid (Glu) D - Aspartic Acid (Asp) S - Serine (Ser) T - Threonine (Thr)

Amino Amino acid position within the peptide acid 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A -20.0 1.8 0.3 1.1 0.2 0.5-0.3 1.4 1.1 C -20.0 2.0-1.2 1.9-1.2-1.8 2.1-0.1 0.9 D -20.0-2.4-1.9 0.8-0.8-0.7-1.4-1.8-1.9 E -20.0-1.0 0.7-2.4 0.2 0.6 0.5-1.3-2.2 F 0.0 1.4-0.6 1.9 0.1 0.4 2.0-2.3-1.1 G -20.0-1.2-0.9-1.2 0.1 1.1-0.3 0.5 0.3 H -20.0-0.6 1.3 0.1 1.2-0.8 2.0 1.5-1.0 I -1.0-0.7 0.6 1.1 0.5-1.2 0.6-0.5-0.2 K -20.0 0.4-2.4-2.1 0.9-0.7 0.7-0.7-1.8 L -1.0-1.8 0.7 0.0 0.1 0.6 0.9 0.2-2.1 M -1.0 0.2-2.1 2.5 0.8-0.3 2.1 0.5-1.7 N -20.0 0.4-1.7 0.4-1.0 0.4 1.9 1.8-1.8 P -20.0-0.5-0.7 0.0 0.3 1.1 0.6 0.2-1.4 Q -20.0-0.2 1.0 1.0-0.9-2.0 0.4 0.8 0.1 R -20.0 2.5-1.7 0.1 0.5-0.1 0.4 0.6-0.8 S -20.0 0.9 0.2-1.6-0.2 0.4-1.2 1.8 1.2 T -20.0 1.2 2.1-1.9-0.9 2.1-0.4 2.4-1.5 V -1.0-2.5 1.3 0.7 0.6 0.7 0.9 1.1 1.0 W 0.0-1.0 0.2 1.1-2.3 1.5-1.9 1.8 0.1 X a -20.0-1.0-1.0-1.0-1.0-1.0-1.0-1.0-1.0 Y 0.0 0.2-0.5-0.1-1.1-1.3 0.0 0.4 1.8 a X is unknown (any) amino acid. YKLARADEL 0 + 0.4 + 0.7 + 1.1 + 0.5 + 0.5-1.4-1.3-2.1 = -1.6

A méret, töltés, amisosav sorrend, polaritás együtt határozzák meg az MHC-hoz történő affinitást. Nem random--modellezhető EpiVax: Informatics http://www.umassmed.edu/pathology/graphics/sternfig1.jpg (malaria epitope in DRB1*0101)

DNA inzert DNA Vector

Ig nehéz lánc génátrendeződés V H 1-65 D H 1-27 J H 1-9 Cµ Erről az átrendeződött DNS szakaszról jön csak létre mrns

Immunglobulin T C R 10 11 10 16 10 18 H κ λ α β γ δ V 65 40 30 70 52 7 10 D 27 2 2 J 9 5 4 61 13 2 2 teljes repertoire + további faktorok

B7 MHC II

PAMP (pathogen asszociált molekuláris mintázat) és DAMP (veszély asszociált molekuláris mintázat) receptoraik PRR/DRR Toll-like receptorok Several synonymous and nonsynonymous single-nucleotide polymorphisms (SNPs) have been identified in the promoter and coding regions of TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR7, rex.nci.nih.gov/research/ basic/eib/segal.htm and TLR9, and their associations with infectious, inflammatory, cancer and allergic diseases (Medvedev, 2013

MHC III: C3 konvertázok

HANO Komplement hiányokból adódó szindrómák (Túl sok C2a) Immunkomplex betegségek (nincs immunkomplex szállítás - nincs clearance ) (Nincs opszonizáció) (gyenge fagocitózis) Ismétlődő bakteriális fertőzések (nincs MAC) Ismétlődő Neisseria fertőzések

Genome-wide association studies (GWAS)

2017 márciusáig 1980 SNP-t (genetikai variációt) tártak fel, melyek valamilyen betegség kialakulását befolyásolták! 57

GWAS Hapmap mutáció gyüjtemény

Az asthma susceptibilitás a teljes genom szintjén GWAS Radix50-IL13 LDLR-like prot HLA DR/DQ Sorting nexin carbonic anhydrase zinc metalloenzyme DA Meyers The Journal of Allergy and Clinical Immunology 126: 439-446, September 2010

Génhálózatok

Akut limfoid leukémia gyógyszerhatás SNP-hálózatok ABCC2 ABCB1 SR1 P53 NR1/2 ABCB1 NP 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 ND ND 8 + 9 + Beteg 1

Akut limfoid leukémiában a citosztatikum eltérő genetikai háttér esetén másképp hat SNP-hálózatok NP 1 + ABCC2 2 + ABCB1 3 + SR1 4 5 + P53 6 + 7 ND ND NR1/2 8 + ABCB1 9 + Beteg 2

Quo vadis immungenetika/immungenomika; trendek az immunválasz kutatásában ismert jelentőségű gének polimorfizmusa több gén haplotípusának kombinációja génhálózatok-útvonalanalízisek jelentős etnikai eltérések az érintett génekben és variációikban teljes genom szűrések (GWAS)... génszerkesztés (CRISPR-Cas)