The genetic landscape of Type 1 Diabetes in a genetically heterogeneous population : the role of HLA-G

Abstract

Ο Σακχαρώδης διαβήτης τύπου 1 (ΣΔΤ1), γνωστός επίσης και ως ινσουλίνο-εξαρτώμενος διαβήτης, είναι μια αυτοάνοση διαταραχή, που χαρακτηρίζεται από την καταστροφή των β-κυττάρων στο πάγκρεας μέσω της συνδυασμένης δράσης των διηθητικών κυττάρων Τ και των μακροφάγων. Τα αντιγόνα εαυτού παρουσιάζονται στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, μέσω μιας ομάδας παρουσίαση μορίων/ πεπτιδίων, τα αντιγόνα ιστό-συμβατότητας (HLA). Οι γονοτυπική συνδυασμοί που απεικονίζουν φαινοτυπικά μεγαλύτερο κίνδυνο περιλαμβάνουν τους DRB1 *03:01-DQA1 *05: 01-DQB1 *02:01, DRB1 *04: xx-DQA1 *03:01-DQB1 * 03:02 (DR3-DQ2.5 / DR4-DQ8). Ωστόσο, οι HLA απλότυποι ρίσκου για ΣΔΤ1 ποικίλλουν στους διαφορετικούς πληθυσμούς. Οι HLA απλότυποι του κυπριακού πληθυσμού είναι εξαιρετικά πολυμορφικοί και ο συνδυασμός των αλληλόμορφων HLA είναι πολύ ετερογενής. Επομένως, μέσο αυτού του πληθυσμού μπορεί είτε να επιβεβαιωθούν οι ήδη προτεινόμενοι απλότυποι ρίσκου ΣΔΤ1 ή να βοηθήσει στην αναγνώριση νέων HLA ρίσκου. Περαιτέρω, έχει προταθεί ότι ο κίνδυνος για ΣΔΤ1 έγκειται σε πολυμορφισμούς στην τελομερική θέση του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας (MHC), μια περιοχή που βρίσκεται πλησιέστερα προς αλληλόμορφα κλασικής και μη κλασικής HLA τάξης Ι. Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη διερευνά την εμπλοκή ενός πολυμορφισμός 14 βάσεων (rs371194629) στην 3 'αμετάφραστη περιοχή (UTR) του HLA-G, στην ηλικία έναρξης της νόσου, καθώς επίσης και τη συνολική συμμετοχή του HLA-G στην παθογένεια της νόσου. Ευρήματα που προέκυψαν από αυτή τη μελέτη δείχνουν μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ του HLA-G 14bp-πολυμορφισμού και της ηλικίας έναρξης του ΣΔΤ1. Συγκεκριμένα, ο γονότυπος διαγραφή / διαγραφής (DEL / DEL) βρέθηκε να σχετίζεται με την πρώιμη ηλικία έναρξης, ενώ η παρουσία του αλληλόμορφου εισαγωγής συσχετίστηκε με την μεγαλύτερη ηλικία έναρξης, υποδεικνύοντας έτσι μια πιθανή δεσπόζουσα επίδραση επί του αλληλόμορφου διαγραφής, ένα ρόλο στην καθυστέρηση της έναρξης της νόσου και συνολικά την συμμετοχή του HLA-G στην παθογένεια του διαβήτη τύπου Ι. Η γονιδιακή έκφραση HLA-G βρέθηκε επίσης να είναι 2 φορές χαμηλότερη στην πρώιμη ηλικία εμφάνισης σε σύγκριση με την μεγαλύτερη ηλικία έναρξης. Επιπλέον, ο 14bp πολυμορφισμός είναι μέρος του πιο κοινού HLA-G απλότυπου (Promo-G * 0104a / G * 01:04 / UTR-3) που δεν έχει μόνο συσχετιστεί με τον ΣΔΤ1 αλλά έχει επίσης βρεθεί να εμπλέκετε στην εξέλιξη της ασθένειας. Οι σημαντικές διαφορές μεταξύ των ασθενών με ΣΔΤ1 και την ομάδα ελέγχου όσον αφορά τη γενετική προδιάθεση στα γονίδια CTLA-4 και TGF-β παραπέμπει στην πιθανή συμμετοχή των ρυθμιστικών Τ κυττάρων (Treg), καθώς και οι δύο παράγοντες είναι αναγκαίοι για την αύξηση τους. Ως εκ τούτου, αυτή είναι η πρώτη μελέτη που προτείνει ότι το HLA-G σε παγκρεατικό επίπεδο, αλλά και τα HLA-G θετικά Tregs αποτυγχάνουν να αντισταθμίσουν την αυτοάνοσης αντίδραση λόγο γονοτυπικών διαφορών του HLA-G. Έτσι προτείνουμε αυτά τα HLA-G θετικά Tregs κύτταρα ως πιθανούς θεραπευτικούς στόχους. Τέλος, η αξιολόγηση των HLA αλληλόμορφων σε επίπεδο πρωτεΐνης υποδηλώνει κύρια γενετική συμβολή των HLA μορίων DR / DQ στον ΣΔΤ1. Τα αμινοξέα DQβ L26 και Α57 που συμβάλλουν στη σταθερότητα του ετεροδιμερούς και αποτελούν μέρος του θύλακα δέσμευσης, βρίσκονται πρώτιστα στα αλληλόμορφα ρίσκου DQB1 * 02:01 και *03:02. Ομοίως, όλα τα αμινοξέα στα DQA1 αλληλόμορφα κινδύνου *03:01 και *05:01 είναι εντελώς διαφορετικά από όλα τα άλλα αλληλόμορφα. Αυτό το σύνολο των δέκα DQα αμινοξέων (Y11R52R55F61T64I66L69V/L76H129E/K175), το DRβ Q70 και το DQβ L26A57, έχουν σημαντική λειτουργία, είτε σαν αμινοξέα πρόσδεσης, θέσεις επαφής υποδοχέα Τ-κυττάρων (TCR) ή μέρος του διμερούς σχηματισμού ετεροδιμερούς, γεγονός που υποδηλώνει ότι αυτά τα αλληλόμορφα, λόγω της συντηρημένη πρωτεϊνική σύνθεση τους, είναι οι κύριοι συνεισφέροντες στην παθογένεια της νόσου, ενώ άλλοι γενετικοί παράγοντες μπορούν να ενεργούν ως τροποποίητες της νόσου.

Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM), also known as insulin-depended diabetes mellitus (IDDM), is an autoimmune disorder, characterised by the destruction of insulin-producing β-cell in the pancreas via the combined action of infiltrating T cells and macrophages. Self-antigens are presented to other immune cells via a group of peptide presenting molecules, the Human Leukocyte Antigens (HLA). Genotypic combinations that phenotypically portray greater risk include DRB1*03:01-DQA1*05:01-DQB1*02:01, DRB1*04:xx-DQA1*03:01-DQB1*03:02 (DR3-DQ2.5/DR4-DQ8). However disease related HLA haplotypes vary throughout different populations. The Cypriot population HLA is highly polymorphic and the combination of HLA alleles is very heterogeneous, so that the already proposed T1DM susceptibility alleles may either be confirmed or novel HLA susceptibility loci may be identified. It has been suggested that risk for T1DM lies in polymorphisms of the telomeric MHC locus, a region closest to classical and non-classical HLA class I alleles. Therefore, this study investigates the involvement of a 14bp insertion/deletion polymorphism (rs371194629) at the 3’ untranslated region (UTR) of HLA-G in the context of T1DM and age of onset, as well as the overall involvement of HLA-G in the disease pathogenesis. Findings that emerged from this study show a strong association between the HLA-G 14bp-polymorphism and T1DM with respect to the age of onset. Specifically, the deletion/deletion (DEL/DEL) genotype was found to be associated with an early age of onset, while the presence of the insertion allele was associated to a later age of onset, thus indicating a possible dominant effect over the deletion allele, a role in delaying disease onset and an overall involvement of HLA-G in the pathogenesis of Type I diabetes. HLA-G gene expression was also found to be 2-fold lower in the early age of onset group when compared to the late one. In addition, this 14bp polymorphism is part of the most common HLA-G extended haplotype (Promo-G*0104a/G*01:04/UTR-3) that has not only been associated with T1DM but has also been found to be involved in disease progression since it is commonly found in the early onset group. Moreover, new HLA-G promoter haplotypes, genotypes and 3’UTR haplotypes have been recognised in the Cypriot population due to new SNP combinations and the high diversity of this population. The significant differences between T1DM patients and controls concerning genetic susceptibility in the CTLA-4 and the TGF-beta genes alludes to the possible involvement of regulatory T cells (Treg), since both factors are heavily required for their augmentation. Therefore, this is the first study that proposes that HLA-G localised at the pancreatic level but also HLA-G positive Tregs may fail to render immune modulation during autoimmune response due to HLA-G genotypic differences and thus identify these cells as potential therapeutic targets. Lastly, evaluation of the HLA alleles at the protein level suggests a strong genetic contribution of the HLA molecules DR/DQ. Amino acids DQβ L26 and A57 which contribute to the stability of the heterodimer and are part of the binding pocket , are exclusively found in the risk DQB1 alleles *02:01 and *03:02. Similarly, all the amino acids on the risk DQA1 *03:01 and *05:01 alleles are entirely different from all the other alleles. This set of ten DQα amino acids (Y11R52R55F61T64I66L69V/L76H129E/K175), DRβ Q70 and DQβ L26A57 have significant function, either as pocket amino acids, T-cell receptor (TCR) contact sites or part of the dimer of heterodimer formation, suggesting that these alleles, due to their conserved protein composition, are the main contributors in the disease pathogenesis while other genetic factors may act as disease modifiers.