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 1/30/2017 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

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 tolerálandó

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

Egyedi MHC genetika-egyedi peptid preferencia B*18 NH 2 - D E V L Y F D D E P I F L B*40 Q E M A V L B*41 E C Y A B*44 E M V L W Y F E I L K V B*4501 D E Y I V L P A E P L V V V B*47 E D V M F Y L H K R F L L R K H B*4901 E C M L V I B*50 E L A -COOH NH 2 - -COOH L A P L R NH 2 - -COOH V G B*37 NH 2 - -COOH NH 2 - -COOH NH 2 - -COOH NH 2 - -COOH NH 2 - -COOH NH 2 - -COOH R K H R K

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 Cm Erről az átrendeződött DNS szakaszról jön csak létre mrns

Immunglobulin T C R 10 11 10 16 10 18 H k l a b g d V 65 40 30 70 52 7 10 D 27 2 2 J 9 5 4 61 13 2 2 teljes repertoire + további faktorok

Szomatikus hipermutáció AID Deamination Szomatikus hipermutáció Génkonverzió Osztályváltás Cytosine hibagenerálás Uracil javítás, mutációk = több variáns Neuberger M, BCI 2004

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

Komplement aktiváció Classical MBL Alternative C1q (q,r,s) C4b, C2b C1r,s vagy MASP C3b C3bB C3bBb D factor anaphylatoxins C4a, C3a, C5a C3b C5b C6-8 C9n MAC (membrane attack complex)

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