bases moleculares de las enfermedades autoinmunes !!

Upload: gabjasso

Post on 18-Jul-2015

228 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    PANORAMA

    Bases molecularesde susceptibilidada enfermedadesautoinmunesA.M. Blasini y M.A. RodriguezS ec cto n d e Inmun orre um ato lo gfa . C en troN ac io na ld e E nfe rm ed ad es R euma tic as .Hospital Universitario. Caracas. Venezuela.

    Este trabajoha sido financiado en parte conrondos del proyecto 10.10. 2079-89, delClnsejo de Deearrcllo CientificoyHurnanistico, Univereidad Centrald e Ve ne zu ela .Correspondencia ysolicituddeseparatas:Dr. M.A. Rodriguez.Secci6n de Inmunorreumatoiogia.Cen tro N ac io na l d e E nfe nn ed ad esRewruiticas.Apartado 60681 . C aracas 1000 0A .Venezuela.108

    Molecular basisof susceptibilityto autoimmune diseasesThe discovery of the structure of deoxy-ribonucleic acid (DNA) by Watson andCricks in 1953 marked a time for subse-quent breakthroughts in OUf understan-ding of disease. For example, the causefor a common hereditary hemoglobin de-fect namely, sickle cell anemia, wasfound to reside in a point mutation in acritical DNA sequence coding for gluta-mic acid instead of valine. This reviewfocus on the contribution of molecularbiology in unraveling-the genetic basisfor susceptibility to autoimmune di-sorders.By means of recent technical develop-ments in this field it has been possible toestablish the structure of molecules ofknown influence in both regulating theimmune response and predisposing toautoimmunity. For example, genes co-ding for class II molecules have beencloned and sequencies obtained to probegenomic DNA in the search for suscepti-bility patterns. In this regard, the Sout-hern blot technique has become a power-ful ancillary tool to HLA typing in stud-ying gen/disease associations. Further-more, refinements in techniques allowingthe sequencing of relevant DNA seg-ments have made possible to obtain datastrongly suggesting that relatively shortnucleotide sequencies rather than broadspecificities are probably responsible forconditioning an autoimmune response.The possibility of such sequencies co-pying into genes from diverse haplotypesby the gen conversion mechanism mayexplain the failure in establishing as yet aperfect HLA class Iljautoimmune disea-se association.Also, the definition to a very high reso-lution of the bidimensional structure ofthe antigen combining site is rapidly lea-ding to important clues regarding therole of enviromental agents in triggeringautoimmune responses. Such is the caseof a shared sequence in the capside ofEpstein Barr virus and the third hyperva-riable region of the class II moleculepresent in the HLA-DR4 specificity, theone linked to susceptibility to rheuma-toid arthritis.Such exciting new concepts as well asrecent data from immunogenetic studiesin the most common autoimmune disor-ders form the basis of this review.

    INTRODUCCIONDesde el descubrimiento de la es-

    tructura basica del acido desoxirribo-nucleico (ADN) por Watson y Cricks

    en 1953 Ja medicina no ha vuelto :ser la misma. EI desarrollo explosivede 1a biologia molecular en las decadas siguientes ha enriquecido substancialmente nuestro conocimientrsobre los mecanismos basicos de muchas enfermedades. Par ejemplo, edescubrimiento en la anemia de celulas falciformes de una mutaci6n d(punto en una secuencia nucleotfdicacodificando acido glutamico por valina en la cadena beta de la hemoglobina, ilustra la utilidad potencial deesta disciplina en desvelar el origerde enfermedades de etiologia desconocida. En el presente trabajo se reovisara la creciente contribuci6n de I;:biologia molecular en nuestra comprensicn de la etiopatogenia de lasenfermedades autoinmunes.

    El desarrollo por Edward Sou.them en la Universidad de Edimbur-gal de una tecnica que lleva su nom-bre, permite hoy dfa explorar elgenoma humane en la busqueda degenes potencialmente ligados a au-toinmunidad. La posibilidad de com-parar las secuencias de genes predis-ponentes con la de virus u otrosmicrorganismos y la sfntesis de oli-gonuclectidos en el laboratorio parasu uso como sondas en la deteccionde secuencias homologas en el ADNgenomico de poblaciones a riesgoabre posibilidades insospechadashasta ahora.

    La funcicn primordial del sistemainmunitario es la de permitir el reco-nocimiento de 10 propio. En ella par-ticipan un grupo de estructuras quecomparten la caracteristica de tenerdominios con una conformacion es-tructural similar a la de los dominiosconstantes de las cadenas de inmu-noglobulina (Ig). La organizadcn delos genes que las codifican es tam-bien similar, 10 que permite agrupar-las en 10 que se conoce como super-familia del gen de las Ig2 (fig. I).Estas estructuras estan involucradasen el reconocimiento de antigenospropios y extraiios y en el contexteintercelular, y por tanto se vinculancon el fenomenc de autoinmunidad.

    Una de las primeras asociacionesentre enfennedad autoinmune y es-tructuras de reconocimiento antige-nieo fue establecida por Astorga yWilliams en 1969l, quienes demos-traron 1 a ausencia de proliferacion en

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    A.M . BLASINI Y M .A. RO DRIG UEZ.-B ASES M OLECU 1ARES DE SU SCEPTIB ILID AD A ENF ERM EDADES AU TO INM UNES

    Fig. 1. Produclos de la superjamilia del gen de las Ig. Se muestran moleculas relacionadas a 19 en la superficie de la ceuaa.Las regiones relacionadas a dominios de 19 se muestran en circulo, indicdndose su simi/itud con los dominios variables (V) ycowstantes (C). (Tomada de Advanced Immunology 1987; Cortesia de Malt, Champion, Cooke and Gower Medical Publis-hing.)cultivos mixtos de linfocitos de pa-cientes con artritis reumatoide (AR),indicando la presencia de antfgenoscomunes en el complejo mayor dehistocompatibilidad (CMH). Tresados mas tarde, Peter Stastny de-mostrc que el antigeno comun seencontraba en Ia especificidad HLA-DRw46, correspondiente a antfgenosc1ase II del MHC. A partir de esafecha se ha multiplicado el ruimerode asociaciones entre este grupo deantigenos y enfermedades de baseautoinmune" 6.

    La biologia molecular ha permiti-do definir los genes que regulan laexpresion de estas molecules de re-conocimiento y su estructura bioqui-mica basica. La figura 2 muestra laubicacion del MHC en un area deaproximadamente 4 cM en el brazecorto del cromosoma 6. Nctese lalocalizacion en sentido centromerico(bacia el centromere) de los genesque codifican los antigenos c1ase Idel MHC (A, C y B), el factor denecrosis tumoral, los antigenos claseIII del MHC (genes para fraccionesdel complemento) y finalmente losantfgenos clase II.ANTiGENOS CLASE IIDEL MHCLa figura 3 muestra con mas deta-lle como se organizan los genes que

    1--15e~5i- 20 eM ~

    o~

    --HLAO-c2 . fJF

    DP DQ DR C4A. C4b B C A-G-i!-----OD-D-OD-Ol__2-+-_07~-O.6~,--- eM eM eM eM

    Fig. 2 . Ubicacion del compleJo mayor de histocompatibilidad en el brazo corto delcromosoma 6. En la parte alta de la figura se ve la ubicacitin del complejo HLAtetamenco al gen de la glioxilasa (GLO) y al gen de la fosfoglucomutasa (PGM3).El gen para el pepsintigeno urinario (PG5) se ubica centromenco al HLA. En toparte baja de la figura se muestra la ubicacitin en sentido centromcnco de losdistintos loci codificando antigenos ctase I (A, C y B), clase III (C2 , BF, C4b y Cab)y clase II (DR, DO y DP).

    regulan la expresion de estas mole- nuevas subregiones DO y DZ, locali-culasv ". Hay tres agrupaciones de- zadas entre las subregiones DP ysignadas DP. DQ y DR orientadas en DQ. es desconocida. Cada subregionsentido telomerico (alejandose del tiene por 10 menos un gen para lacentromere). La aignificacion de dos cadena alia (gen A) y un gen para la109

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    VOLUMEN9, NUMER03.]ULlO-SEPTIEMBRE 1990

    Cromosoma6DP

    I I I

    ~~

    DR

    aaFig. 3. Organizacion de los genes para las tres suhregiones de las molrJculas HLA de ctase II.

    Cadena a Cadena ~

    {34,OOO mWj (29.000 mWj

    Citoplasma

    COOH COCH

    Fig. 4. Representacion esquemdtica de una molecuta HLA de ctase [1 . Se ooseroaque cada molecula (alfa y beta) tiene una porcion transmemorana y una pequenacola intracitoplasmatica. La porcuin. extracetutar tiene dos dominios designadosaJju2 y ~1/~2. (Tomada de la cita bibliogrdfica 6 con auiorizacidn de W.E.Saunders Company.)

    110

    cadena beta (gen B). La subregiorDR contiene un gen A iinico y tresgenes B , de los cuales el DRB2 es urseudogen. Los seudogenes son gene!no funcionales, es decir, secuenciasque no se activan para cod ific ar p re -tefnas. Los genes DRBI y DRB3 co -difican una cadena beta distintaCada cadena beta se combina coruna cadena alfa tinica para formatdos moleculas DR distintas: DRaj3I }DRaj3III, ambas expresadas en I; ;membrana. A dif er encia de las cadenas alia relativamente invarianteslas cadenas beta son altamente polimcrficas y por tanto responsables dedeterminar la especificidad DR. L;;molecula DR j3 I codifica todas las es-pecificidades DR, mientras que I; ;DRj3III regula la e xp re sio n de la sllamadas especificidades supratfpi-cas, es d ec ir, a qu ella s comunes a va-rios anugenos DR. La especificldacsupratfpica DRwS2 comprende Ioshaplotipos DR3, DRS y DR6, mientras que la DRwS3 incluye las espe-cificidades DR4, DR7 y DR9.La region DQ contiene dos pare!de cadenas alfa y beta. Un par (DX'corresponde a seudogenes; el otro esaltamente polimorfico especialmenteen la cadena DQj3. La region DFcontiene tambien un par de cadenasalia y beta (SX) correspondientes aseudogenes. El otro par comprende

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    Fig. 5. Complejo cuaternario de reconocimiento antigenico en cilulas T cooperadoras CD4 (+) (Th) y celulas T citatoxicasCDS (+) (Tc). EI antigeno (Ag) y ta mo/icuia close II (HCMID en conjuncion son reconocidos POT el receptor espeClJico de loslinjocitos T CD4 (+). En los linfocitos CDS (+) Ia interaccion ocurre con moliculas ctase L Las moliculas CD4 y CDSactuando jrosiblemente como factores de anclaje estabiiuan esta interaccion en cilulas Th y Tc, respectioamente. (Tomada deAdvanced Immunology 1987; cortesca de Male, Champion, Cooke and Gower Medical Publishing.)u na ca den a beta altamente polimorfi-ca y una cadena alta relativamenteinvariante.

    La diversidad de este sistema estagarantizada por el polimorfismomencionado en las cadenas beta y enmenor grade de las cadenas alta decada una de las agrupaciones DP ,DQ y DR. Contribuye tambien alapareamiento de una cadena codifi-cada por un gen en un cromosomacon la cadena codificada por un gensimilar en el otro cromosoma. Ade-mas hay Ia posibilidad de entrecruza-miento de la cadena alta de una sub-region (por ejemplo, DR) con lacadena beta de otra (por eiemplo,DQ).

    La figura 4 muestra la estructurabasica de las moleculas clase II . Hayuna cadena alta de aproxim adam ente34-kD de peso molecular, asociadano covalentemente a una cadenabeta de aproximadamente 29kD.Cada cadena tiene dos dominios demas 0 menos 90 aminoacidos (aa)denominados alta 1 y alia 2 para las r

    cadena alfa y beta 1y beta 2 para Iacadena beta. Los dominios alia 1yalia 2 son preciaamente los que com-parten homologfa con dominios cons-tantes de las Ig y agrupan estas mo-leculas en la superfamilia de las Ig.Asu vez el dominio beta 1 contienetres regiones hipervariablea, asf lla-madas por su gran polimorfismo, delas cuales la tercera, ubicada entrelos residuos de aa 67 y 74, parecedesempenar un papel clave en deter-minar Ia capac idad de responder a unantigeno y conferir susceptibilidad aenfermedad autoinmune.

    La funcicn de estas molecules espresentar antfgenos a receptores es-pecfficos en linfocitos T CD4 (+) for-mando un complejo cuatemario, se-g u n se ilustra en la figura 5. Adiferencia de las Ig. los linfocitos TCD4 (+) solo son capaces de recono-cer antigenos cuando les son presen-tados junto a molecules clase II en lamembrana de las celulas accesorias" 9.A su vee, los linfocitos CDS (+)necesitan que el antigeno este unido

    a molecules clase I para poder reco-nocerlo. Las rnoleculas CD4 y COBparecen actuar favoreciendo el an-claje durante esta interaccion.

    En base al modelo tridimensionalde las molecules c1ase Idemostradopor Bjorkman et al" mediante tecni-cas de cristalograffa de radiografiase ha construido un modele porcomputadora de la posible organiza-cion especial de las molecules claseII (fig.6)11. Puede observarse quecada cadena alia y beta tiene unaporcion formada por bandas de ccnfi-guracion beta (ppleated sheef) quese co ntim ia n con otra de configura-cion alfa helice. De esta manera lasdos cadenas se organizan tridimen-eionalmente para formar una hendi-dura donde calzaria exactamente elantfgeno. La teona de la Have y lacerradura tantas veces citada en in-munologfa para referirse a la inte-raccion del antrgeno con el anticuer-po (0 en este caso con una celulainmunocompetente) tiene ahora so -porte a nivel molecular.

    111

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    VO LU MEN 9, NIlM ERO 3. JU UO -SEPTIEM BRE 1990

    que el subtipo DwIO solo difiere d rresto en dos aa ubicados en posicic70 y 7l. Los mismos son aa acdicca diferencia de los aa b a sic os p re se rtes en los demas subtipos. Esta sutdiferencia bioqufmica (la unica entrlos cinco subtipoa) hace que los sujrtos HLA-DR4 con especificidaDwIO no sean susceptibles a des,rrollar AR14, 15. Ello explica por quel antfgeno HLA-DR4 s610 sencuentra presente en un 60-70 ~de los pacientes can AR 0 mas irrportante 31.1n,por que la mayorfa dlos sujetos sanos HLA-DR4 (+) ndesarrollan la enfermedad. Evidentemente la susceptibilidad a AR econferida por secuencias peptfdicapresentes con alta frecuencia perno exc1usivamente en la especificdad HLA-DR4. Estas secuencias sencuentran ubicadas en pequenosegmentos de la cadena beta 1 destas molecules. Se entiende entor

    Fig. 6. Prediccion mediante modelo computadorizado de to conformacion tridimen- c~~como en ciert?s grupos de poblasional del sitio de union con el antigeno en la molecula clase [Pl. Ohsemese que las Clanla AR se asoca a HLA-DRI y ncaaenas a y j3 terminan en dos estructuras a helicoidales parale las: El fondo 10 a HLADR41617constituyen bandas de conformacion j3 ()3-pleatedsheets) aportaaes per amoas~ : f : : : ; : ;ef~:t~;~::t(T:~:d:e;~~a ad1:~i:Z~:;::fi:an 1:"::: ; / : : r : : i : : ; ~ : f ! ; : : - CQNCEPTO DE CONVERSIONVerlag, Heidelberg, y de los autores.) GENICA

    40

    No

    ...... AiI-Ab

    . . . . . . . . . . Ag

    I_Abm12 ~- . . A~m12. : : ...... A~I ~ 'II_Ek/b 'b

    Fig. 7 . Fenomeno de conversion genica en el mutante murino Abet'"12. La secuen-cia serialada con la flecha viaja del gen A (Ebetif) a la cadena correspondiente delgen B (Abetif) originando el mutante Abetc/""12.

    A nivel de la ya mencionada terce-ra region hipervariable de la cadenabeta Iia proteina adquiere una confi-guracion de alfa helice que la capaci-ta espacialmente para reconocer unantigeno especifico!'.

    La importancia de estos conceptosse puede ilustrar con el ejemplo de laespecificidad HLA-DR4. asociada ariesgo de AR. Dentro de la misma seencuentran varios subtipos senaladosen la tabla p2. 13. Puede observarse112

    Existen fuertes evidencias que sogieren que hay secuencias que "viajan" de una molecula a otra mediantel fenomeno de conversion genic(figura 7). EI mismo consiste en Itransferencia de una secuencia dnucle6tidos de un gen A (gen dona"te) a un gen B (gen receptor) que sinserta en el ultimo y al mismo tiempo se conserva en el primero", Eotras palabras, la secuencia se copidel gen A al gen B sin que desaparezca en el gen A. De esta forma 10dos genes terminan compartienduna secuencia identica a pesar de Sguir siendo distintos en el resto de scadena. Si trasladamos este fenomeno al caso de las moleculas c1ase IIencontraremos que dos especificidades distintas, DRw6a y DwIO (sutvariante de la especificidad HLADR4) comparten un segmento homelogo, el Hv3 (figure 8)13. Este segmenta confiere susceptibilidad a perfigo vulgar en poblaciones de orige[udfo". Esta es una enfermedad attoinmune caracterizada por reactivdad contra la membrana basal de Iunion dermoepidermica. La suscept

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    A .M . B LA SIN I Y M .A . R OD RIG U EZ .-B AS ES M O LE CU Lo .R ES D E SU SC EP T1 BIL ID AD A E NF ER M ED AD ES A UT O IN M U NE S

    bilidad inicialmente establecida con TABLA1. Resumen de las diferencias de aminoilcidos presentee en el~~~~fiod:::~~toe~u~e~~~~~ ~ = rp_rirn_ec_'--,dc_onu_;:.:nl",o_;:dc_e,Ia,,-'-,-cac:d",enc:a,,-'C~oR=s~ ' -'~n-"~c_el -- , :: : .r i, ,,o,= - ,: . ::u ,, -bt :: , i, ," ,= -D_R_4c_ ' _~!~:S:b1~r~: c~~e~ e;u:~~~?~J~ ~ : : : : : : : : : : : : t : : ~ 5 7 : : : : [ : : ~ : : : : [ ~ ~ : ~ t : ~ : : : : [ : : " " : : : : [ : : ~ : : : : [ : : : C C : : :dad. Otros ejemplos de conversion Dw4 Asp Leu Glu Gin Lys Ala Glygenica son los subtipos Dw14 y DwlO He Asp Glu ValDw13 originados a partir del subtipo g:~~ ~g Glu ~::!?:':e~~n~i~n~~:I~~~~~~:s ~: I~o~~~ ~D,,:WI:::5==.cSe""~=-_-,----c-c=== cc-,.:Ar'7~~==== -,-Jpecificidad supraupica DRw53. Es- :/~:I~~:.IaS DR~I80n ldentlCas excepto en las poslClones senaladas. Las l in ea " ( -) s igni fk an ldent](lad oontas secuencias viajan de Drw53 aDw4 originando. a partir de este ulti-mo. Dw14 y Dw13 pero no DwlO. elcual pertenece al igual que Dw4.Dw14 y Dw13 a la especificidadHLA-DR4 (figura 8)13. Resulta deinteree recordar que estas secuen-cias generalmente se ubican en latercera region hipervariable de lacadena beta 1 de las m olecu les cla-sell.La ausencia de estas secuencias (yquiza la incorporacion de otra proce-dente de DRw6a) hace que Dwtusea el uni co sub tip o de DR4 que noconfiere riesgo a AR. Esto ilustrabastante bien la importancia del me-canismo de conversion genica en latransferencia de secuencias predis-ponentes a enfermedad en haplotiposHLA diferentes. Se explica asi porque no hay en realidad ninguna mole-cula clase II (reconocida por los me-todos clasiccs serologicos y de culti-vo mixto) que identifique riesgo enun 100 % de pacientes con enferme-dad autcinmune. y al mismo tiempopor que la mayorfa de sujetos sanosque tienen especificidades relaciona-das con dicha enfermedad no la desa-rrollan.iPor que mecanismos estassecuencias de susceptibilidadconfieren riesgo a enfermedadautoinmune?Si la autoinmunidad supone unarotura de la tolerancia inmunologicaa 10 propio es necesario demostrarque estas secuencias moeiifican I arespuesta inmunitaria del portador.Este seria el eslabcn que conciliaria

    el papel dual de las moleculas claseII en determinar tanto la respuestaa antfgenos como la susceptibilidad aautoinmunidad. La tabla IInos mues-tra un ejemplo bastante ilustrativoen este sentido".

    Recipiente Donante

    Dw4

    Dw 10DRw 6a

    7r'--,_~~_;90L - . - ' - - - - L - _ ] I L . . . . . J I DRw 53

    Hv3 94

    Fig. 8. Fentimeno de conversion genica para expiicar el origen de los subtipos DR4.Los atetos Dw13 y Dw14 pueden haberse generado del alelo Dw14 por un even to deconversion ginica con el gen DRrHII que codifica e / alelo DRw53 (identificado en tafigura con una flecha} actuando como donante. E1 alelo DwlO puede habersegenerado por un even to similar a partir del alelo donante DRw6a. (Tomada de tacita bibliogrdfica 14 con permiso de Arthritis and Rheumatism Journal, Copyright18XX, y del American Col/ege of Rheumatology.)

    En este modelo murino, el mutan-te Abeta=" difiere de la cepa paren-tal Abeta" en tres aa ubicados en lacntica tercera region hipervariable,entre los residues 68 y 72 de sumolecule Ia (equivalente al HLA-DQhumano)20.21.Presumiblemente estadiferencia ocurric por un fenomenode conversion genica mediante elcual ese pequenc segmento de nu-cleotidos viajo de la especificidadEbeta'' (h cmclo go con 1a especifici-dad HLA-DRhumana) a la especifici-dad Abetas presente en la cepa pa-rental. EI mutante resultante pierdela capacidad de responder a la cade-na alfa de la insulina de temera (ca-pacidad presente en la cepa parental

    Abeta' ') y adquiere capacidad de res-puesta a la misma cadena de insulinapero de origen porcino. Mas impor-tante aun. el mutante Abeta=" pier-de la susceptibilidad a desarrollarmiastenia gravis" presente en Iacepa parental Abeta' ' . La miasteniagravis es una enfermedad autoinmu-ne caracterizada por la aparicion deanticuerpos contra el receptor deacetil colina en la placa motora. Laespecificidad E beta" tam bien confie-re resistencia a esa enfermedad.Este ejemplo demuestra como la ca-pacidad de respuesta a un antigenoespecifico y la susceptibilidad a au-toinmunidad pueden depender sola-mente de una pequena veriecion es-

    113

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    VO LU MEN 9 , N UM ER O 3, J UU O-S EP TIEM BRE 1 990

    TABLAII. Fenomeno de conversion gimica en moleoulas c1ase II DQ1/DQ2 en pacientes con sindro-r-d.:_==m:: :u": , , ,n: : : t . :_m=un=n-,-o~~~~~~~~~~~~~775'"~i~~ ~Z~ue~=~t~i:'i~e::~a ac~r;::CCG GAG ATC CTG GAG CGA ACG CGG CCC GAG rrollar Ia enfermedad , si eleva signi-Pr Glu lie Leu Glu Arg Thr Arg Ala Glu ficativamente la tendencla del pa-T A A ciente a desarrollar anticuerpos anti-

    Phe Gin Lys SSA (Ro). Si se toma en cuenta queElib P~e Gt L~s estos anticuerpos pueden ser paten-~ = " " " " = - - - , - - - - , - : = = = = = = = = = = = = c : - ; - = - = ' cialmente patogenicos per s;jl3 u se=~;~:!:~~i~;:uf~~~;:~~:~i=Z~~~~=:~r~~d~r:n:~:e:!~~6~en:n

    codificador para estos aa fuera .transferida por un mecanismode ronversi6n genica del gen de Ia cadena I-Ell at agravar una condicion autoinmunegen de Ia cadena I-AfJ, produclendo la mutactOn bmlZ. preexistente. Es un ejemplo de como

    molecules distintas. codificadas porgenes diferentes, contribuyen a ge-nerar autoinmunidad 5010 cuando seasocian complementariamente paraoriginar un epitope relevante.

    A~'

    Alibm12

    RA ,EN QUE RESIDELA SUSCEPTIBILIDADA ENFERMEDADAUTOINMUNE?La susceptibilidad a enfermedadautoinmune reside en epitopes co-munes compartidos per distintas es-pecificidades HLA-D.Las evidencias anteriores han lIe-

    vado a Winchester y Gregersen aproponer la hip6tesis de epitopescondicionantes de enfermedad au-toinmune, como altemativa a la cla-sica asodacion con molecules clase IIcompletas-'-". Este mismo grupo re-porto el hallazgo de un anticuerpoFig. 9. Lina]e de una familia con dos miembros, padre e hijo, afectos de artritis monoclonal, el109-d6, que identificareumatoide (AR). El padre es DRI, ateto ligado a AR, mientras que el hijo no porta un alto porcentaje de pacientee conDRI 0 DR4, las dos especificidades cldsicamente asociadas a esta enfermedad. ARzs. Este anticuerpo inicialmenteAmbos pacientes comparten la especificidad DRwIO y son reactioos con el anticuer- se identified por su reactividad con-pa monocJonall09d6. (To_mada de la cita bibliogrdfica 11 con permiso de los auto res tra la cadena P I l I de la especificidady de SPnnger- Verlag, Hndelberg.) DRw5326. En pacientes con AR el

    anticuerpo reconoce un epitope conmayor frecuencia que en sujetos sa-nos DRw53 0 DR4 positivos. La irn-portancia de reconocer esta minies-pecificidad se i1ustra en la figura 9,que muestra un caso multiple de ARen una familia. EI padre tiene la es-pecificidad DR1 que confiere riesgoa la enfermedad. Sin embargo, el hijocon AR carece de las dos especifici-dades (DRl y DR4) ligadas a la en-fermedad, pero comparte con el pa-dre la secuencia reconocida per elanticuerpo 109-d6. Un estudio enpacientes con AR DR4 (-) y DRw53(-) revelo que esta secuencia residfaen la especificidad DRw1011.El de-

    RAa. A33 Cw4 B35DRw 10 DOWI 109 d6+b. A32 Cw4 B44DR, DOW' 109 d6-c. A2 Cw4 B35DR5(DRw12) DOw3109d6-d. A2B Cw4 B14 DR' DOw' 109 d6-

    creando un epitope capaz de modifi-car la respuesta inmunitaria delhuesped. Si no hay apareamiento noocurre l a modif icacion en la respues-ta inmunitaria, a pesar de que ambasmoleculas esten presentee en el ge-noma y se expresen fenotipicamenteen la membrana pero en forma sepa-rada. Asi mismo, si las doe moleculasestan contiguas pero orientadas in-versamente (ejempio una moleculeen posicion cis y la otra en posiciontrans) tampoco se contormara e 1 epi-tope predisponente. Un ejemplo tipi-co es la combinacicn heterocigota

    tructural en una de las moleculesc1ase II del MHC.CONCEPTODETRANSCOMPLEMENTACIONEI arreglo 0 dlsposicion espacialde las moleculas clase II sin que me-dien cambios en sus secuencias pue-de tambien contribuir a conferir sus-ceptibilidad a autoinmunidad. El con-cepto de transcomplementacidn serefiere a la posibilidad de que mole-culas clase II de distinta especifici-dad se apareen en la membrana

    114

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    A.M . B LASINI Y M .A. RO DRIG UEZ .-BASES M OLECU LARES DE SU SCEPTIBILIDAD A ENFERM EDADES AUTO INM UNES

    nominador cormin entre DR1, DR4 yDRw10 es el de compartir la secuen-cia reconocida por el anticuerpo mo-noclonal 109-

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    VO LU MEN 9, NU MERO 3, JU UO -SEPTIEM BRE 1990

    A __ .....

    bl-----!;t=~t:::::.=-o--=====~--R R R'VVVV'

    F ig .l1 . C au sa d e lo s p olim orfis mo s de re stric cio n d e DNA (R FL Ps ), a :va na cio n e nlo s sitios d e co rte e nzim a tic o; e l sitio de corte e n 2 presente en e l DNA d e l p rim e rs uje to o rig in a d os fr a gm e n to s (A y B), e n e l s e gu nd o in dividu o la a us en cia de l s itio2 orig ina un fragmento un ico ma s la rgo (C ). b: va ria c ion en e l num erQ des e cu e n ci a s r e p et it iv o s (R) s ite nte s que de sp la za e l s it io de corte de ta enzim a e n e lDNA d e do s i nd iv id lU lS d if er e n te s .TABLAIII. Marcadores alehcos relacionados a DR4 debidcea polimorfismo del locus DQy su asociaciim con enfermedad5r:-==~=:"::==-T'-'--'====-=;;DR;;;'B;;:II==::__----' Utilidadclinica

    La mayor parte de los estudiof-:: :=-,-;---- '-- ' :------ '-----::-= '-: ' :-- 'c'----=,----- '-------,-,-,=- ': :- '~c____1 con este metodo han revelado asociacion entre enfermedad autoinmune y genes de molecules clase 1 1especialmente del subgrupo 00. Elmuchas enfermedades la combinacion de la transferencia de Southenc__:_---'- _J con tecnicas clasicas de tipaje aumenta la sensibilidad de deteccion d r1 a poblacion de riesgo. Nepom eaP2.33han investigado los RFLP epacientes con diabetes juvenil insulinodependiente y con AR juvenil seropositiva usando una sonda que codifica la region DQP. Digiriendo ADN genomico con la enzima Taq I Ihibridizando los fragmentos resultantes con esta sonda es posible definiel alelo DQw3.2 caracterizado podos fragmentos de 1,9- y O,8-k(tabla III). Digiriendo el ADN con Ienzima Bam HI es posible definir ealelo alternativo DQw3.1 caracterizado por dos fragmentos de 6,9 -3,7- kb. La combinacion del anugeno HLA-DR4 (+) con el alelo DQ,3.2 identiflco el 92-100 % de paciertes con diabetes insulinodependienty solo el 0-8 % en pacientes HLA

    - DQw3.1 1)Qw3.2RFLP informativo 6,9/3,7-kbBamHI 12-kbBamHI3,4-kbHindIII 1,9-kbTaq 1EnfermedadasociadaDiabetesinsulinodependiente 0-8% 92-100%A R J seropositiva 64% 91%fio variable que migraran electrofo-reticamente en el gel de agarosa se-gun su tamafio y longitud (fig. 10).Usando la misma enzima es posi-ble obtener fragmentos de ADN dedistinto tamano en individuos geneti-camente no relacionados. En estascondiciones el mismo gen podni te-ner una ubicacion variable en el ge-noma. Esto se conoce como polimor-fismo de los fragmentos de restric-cion (RFLPs, del Ingles: res tric t ionfragment length polymorjJhisms) yconstituyen el principio en que sebasa la tecnica para estudios de po-blacion.La base de estos polimorfismos esla ubicacion diferencial de los sitiosde reconocimiento de la enzima en el116

    ADN genomico en distintos indivi-duos (figura 11a). Alternativamente,puede haber desplazamiento de estesitio de reconocimiento en el ADNdebido a la presencia intercalada desecuencias repetitivas silentes (queno codifican proteinas) (figura 11b),o a cambios en el sitio de restriccionpor mutaciones de una base. Es posi-ble construir un mapa de restriccionque identifique los sitios de corte devarias enzimas en una secuencia deADN y permita ubicar el gen proble-ma. Por supuesto, es necesario usarenzimas que no corten Ja secuenciadel gen en estudio, por ella cuando laubicacion de este es desconocidadebe probarse con distintas enzimashasta lograr la cornbinacion optima.

    Cuando una enzima de restricciororigina fragmentos similares en todos los individuos se dice que el patron es monomorfico y por tanto n.informativo. Cuando una enzima origina fragmentos variables en un grupo de sujetos geneticamente diferentes se dice que hay polimorfism.para un determinado gen. Esta es Icondicion ideal para estudiar la segregacion diferencial de alelos relevantes en una enfermedad. Dentr.de ese polimorfismo se p od ra n identificar patrones mas frecuentes (,exclusivos) de enfermedad. Naturalmente, ello tendra como base la ubicacion diferencial del gen 0 generelacionados a enfermedad en el genoma.Las desventajas de la tecnica SOlsu coste y duradcn. La tecnica dramplificacion del ADN mediante Lreaccion en cadena con la enzimpolimerasa, mas economica y rapidasubstituira a la transferencia convencional con la ventaja adicional de permitir el analisis con cantidades minimas de ADN.

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    A.M . B LASINI Y M .A. RO DRIG UEZ.-B ASES M OLECU LARES DE SU SCEPTIB lLIDAD A ENFERM EDADES AU TO INM UNES

    DR4 t+) con el alelo DQw 3.1. EnAR seropositive juvenil tambien liga-da al antigeno HLA-DR4, los alelosDQ mencionados se distribuyen uni-formemente= 13. La interpretacionde ello es que la transferencia deSouthern identifica un gen DQI3 liga-do a diabetes insulinodependiente,pero no a AR juvenil seropositiva,que segrega con frecuencia pero noexclusivamente junto a genes queconfieren la especificidad HLA-DR4.

    Estudios mas recientes en pacien-tes con AR han demostrado una se-cuencia en la cadena beta de molecu-las 00, compartida por las especifici-dades Dw14 y DRl34.

    Trabaios actualmente en curso enla Universidad de Alabama han reve-lado la presencia de varios genes DRresponsables de conferir susceptibili-dad a AR en sujetos caucasicos". Deigual modo, este grupo de investiga-dores han identificado que el subgru-po de pacientes con espondilitisanquilosante que expresa artritis pe-riferica rnuestra un fragmento de9,2-kb en ADN genomico digeridocon la enzirna Pvu-II e hibridizadocon una sonda especifica para la es-pecificidad B736 Esta es una de laspocas asociaciones conocidas de en-fermedad autoinmune con un antige-no clase I del MHC. La obtencion deresultados controvertidos sobre 1 amencionada asociacion" indican lanecesidad de extender estos estudiosa grupos mas amplios, en cuanto anumero de pacientes se refiere.

    Se ha comunicado el descubri-miento de un gen en el primer domi-nio de la cadena 0 0 1 3 denominadoDQwl-SLE, presente solo en paden-tes con lupus eritematoso sistemico(LES)38. En pacientes con sindrornede Felty se ha encontrado una preva-lencia aumentada de un gen en lacadena beta del antigeno HLA_DQ39enfatizando la utilidad de esta subre-gion en definir riesgo a autoinmu-nidad.

    Ademas de las molecules clase I yc1ase II del MHC, se ha investigadola potencial utilidad de alteracionesmoleculares en otras estructuras dereconocirniento antigenico talescomo los receptores para celulas T(TcR) y las Ig. Millward et al cornu-nicaron polimorfismos en genes de lacadena beta del TcR en pacientes

    con diabetes insulinodependiente'",Kotzin et al-' observaron una esci-sion de 8,8-kb en el gen de la cadenabeta del TcR en ratones NZW, cepaparental que apareada con la NZBorigina la progenie Fl NZBfNZW.Esta cepa sufre una enferrnedad muyparecida al LES humano. EI ratonNZW es sana rnientras que el NZBdesarrolla una enfermedad autoin-mune limitada. Se deduce entoncesque la cepa sana NZW debe contri-buir geneticamente a desencadenaruna enfermedad autoinmune sistemi-ca en 1 a progenie Fl. Yanagi et al"dernostraron, mediante interesantesexperimentos de cruce reverso de lacepa NZWjNZB Fl con la cepa pa-rental NZB, que este defecto era ca-paz de inducir autoinmunidad en es-tos ratones. En pacientes con LESno se ha demostrado tal anormali-dad" pero estos estudios dejanabierta la puerta para investigacio-nes que puedan realizarse en el futu-ro del papel del TcR en esta y otrasenfermedades autoinmunes.

    Sidebottom et al encontraron pa-trones distintivos de RFLP en pa-cientes con AR explorando el ADNgenomico con una sonda que codificaun segmento de fraccion constantede la cadena lambda de 19'4, hallazgoextendido por Williams et al 4S a pa-cientes con enfermedad de Graves.Con este mismo grupo hemos inicia-do un estudio para examinar estospatrones en pacientes caucasicos ehispanicos con LES.

    CONCLUSIONESLas evidencias arriba discutidasc1aramente indican la necesidad de

    incursionar en el terreno de la biolo-gfa molecular para poder seguir elpaso a una serie de hallazgos quemuy probablemente cambiaran nues-tra vision de las enfermedades au-toinmunes en la proxima decada.

    Esta discipline ha rebasado el labo-ratorio de investigacion y esta revo-lucionando las bases de la medicinaen los albores del siglo XXI. La iden-tificacion de genes de susceptibilidada enfermedad autoinmune nos acer-cera mas a identificar posiblesagentes causales. Muy posiblementese confirmara la interaccion de facto-

    res extnnsecos. inc1uyendo virus 0componentes bacterianos, con mole-culas involucradas en el proceso dereconocimiento de 1 0 propio". Unhallazgo prometedor en este sentidoes la homologfa entre la glucoprotei-na gpllO de la capside del virus deEpstein-Barr y la tercera region hi-pervariable de la cadena 131 de mole-culas clase II presentes en las espe-cificidades HLA-DR4 y HLA-DRl,ambas ligadas a susceptibilidad aA R 4 1 .

    La segregacion de ciertos genescodificando estructuras proteicaspropicias para la rotura del delicadobalance entre tolerancia y defensainmunitaria permitira identificar lossuietos proclives a desarrollar enfe-medades autoinmunes. De haber unmicroorganismo involucrado 0 uncomponente del rnismo se podran de-sarrollar vacunas dirigidas a preve-nir enfermedad solo en aquellos gru-pos susceptibles.

    En conclusion, asl como en unprincipio la doble helice de Watson yCricks nos permitio entender el on-gen de la vida, la lectura del codigogenetico en el DNA nos acerca cadavez mas a desvelar el misterio deenfermedades que han desafiado eltalento de muchos hombres de cien-cia en el presente siglo.AGRADECIMIENTOAgradecemos al Dr. Jose Luis Ramirez

    (Centro de Biologia Molecular, Facultad deCiencias, Universldad Central de Venezuela)susvaliosassugerenciasenlarevisioncrfticadelmanuscrito.

    Bjblicgrafia1. Southern EM. Detection of specificsequences among DNA fragments sepa-rated by gel electrophoresis. J Mol BioI1975; 98:503-517.2. Capra JD, Hoover ML. The immuno-globulin gene superfamily and human di-sease. Transplant Proc 1987; 19:25-28.3. Astorga GP, Williams RC Jr. Alteredreactivity in mixed lymphocyte culture oflymphocytes from patients with rheuma-toid arthritis. Arthritis Rheum 1969;12:547-554.4. Stastny P. Association of the Bceilalloantigen DRw4 with rheumatoid arth-ritis. N Englj Med 1978; 298:869-871.5. Neporn GT. HLA Class II Variants:Structural studies and disease associa-tions. Ann NY Acad Sci 1986; 475:1-11.6. Schiffenbauer J, Schwartz BD. The

    117

  • 5/16/2018 Bases Moleculares de Las Enfermedades Autoinmunes !!

    V OL UM EN 9, N UM ERO 3. JU UO -S EP T1E MB RE 1 990

    HLA complex and its relationship torheumatic disease. Rheum Dis ClinNorth Am 1987; 13:463-485.7. Schwartz SD. Diversity and regula-tion of expression of human leukocyteantigen class II molecules. Am J Med1988; 85 (supl 6A):6-8.8. Buus S, Colon S, Smith C, Freed JH,Miles}C, Gray HM. Interaction betweena "processed" ovalbumin peptide and Iamolecules. Proc Nat! Acad Sci USA1986; 83:3.968-3.971.9. Clevers H, Alarcon B, Wileman T,Terhurst C. The T cell receptorjCD3complex: A dynamic protein ensamble.Ann Rev Immunol 1988; 6:629-662.10. Bjorkman PJ, Saper MA. SamraouiB, Bennett WS, Strominger JL, WileyDC. Structure of the human class I histo-compatibility antigen, HLA-A2. Nature1987; 329:506-512.11. Winchester R J , Gregersen PK. Themolecular basis for susceptibility torheumatoid arthritis: The conformationalequivalence hypothesis. Springer SeminImmunopathol1988; 10:119-139.12. Reinsmoen NL, Bach FR. FiveHLA-D clusters associated with HLA-DR4. Human Immun 1982; 4:249-258.13. Gregersen PK. Shen M, Song QL,Merrymen P et al. Molecular diversity ofHLA-DR4 haplctypes. Proc Nat! AcadSci 1986; USA 83:2.642-2.646.14. Gregersen PK, Silver J, WinchesterR J . The shared epitope hypothesis. Anapproach to understanding the moleculargenetics of susceptibility to rheumatoidarthritis. Arthritis Rheum 1987;30:1.205-1.213.15. McDermott M, McDevitt HO. Theimmunogenetics of rheumatic diseases.Bull Rheum Dis 1988; 38:1-10.16. Woodrow JC, Nichol FE, Zaphiro-houlos G. DR antigens and rheumatoidarthritis: A study of two populations. BrMed J 1981; 283:1.287-1.288.17. Brautbar C, Naparstek Y, Yaron Met al. Immunogenetics of rheumatoidarthritis in Israel. Tissue Antigens 1986;28:8-14.18, Fathman CG, Goronzy J, Weyand C.Gene conversion, A mechanism to ex-plain HLA-D region and disease associa-tion, Ann NY Acad Sci 1986; 475:24-31.19. Amar A, Rubinstein N, Hacham-Zadeh S, Cohen 0, Cohen T, Brautbar C.Is predisposition to pemphigus vulgarisin jewish patients mediated by HLA-DwlO and DR4? Tissue antigens 1984;23:17-22.20. Mengle-Gaw L, Conner S, McDe-vitt HO, Fathman CG. Gene conversionbetween murine class II MHC loci: Func-tional and molecular evidence from thebm12 mutant. J Exp Med 1984;160:1.184-1.194.21. Christadoss P, Lindstrom JM, Mel-118

    vorl RW. Talal N, Mutation of I-A betachain prevents experimental autoimmu-ne myasthenia gravis, Immunogenetics1985; 21:33-38.22. Harley JB, Reichlin M, Arnett FC,Alexander EL, Bias WB, Provost TT.Gene interaction at HLA-DQ enhancesautoantibody production in primarySjogren's syndrome. Science 1986;232:1.145-1.147.23. Alexander E, Arnett FC, ProvostTT, Stevens MB. Sjogren's syndrome:Association of anti-Ro (SSA-A) antibo-dies with vasculitis, hematological abnor-malities and serologic hyperactivity. AnnIntern Med 1983; 98:155-159.24. Scott JS, Maddison PJ, Taylor PV,Esscher E, Scott 0, Skinner RP. Connec-tive tissue disease. antibodies to ribonu-cleoprotein and congenital heart block. NEngl J Med 1982; 309:209-212.25. Lee SR. Gregersen PK, Shen HH,Winchester R J . Strong association ofrheumatoid arthritis with the presenceof a polymorphic Ia epitope defined by amonoclonal antibody: Comparison withthe allodeterminant DR4. Rheumatol Int1984 (supl) 4:17-23.26. Matsuyama T, Schwenzer J, SilverJ , Winchester R. Structural relationshipsbetween the DR~I and DRfUi subunits inDR4, 7 and w9 haplotypes and theDRw53 (MT3) specificity. J Immunol1986; 137:934-940.27. Goronzy J, Weyand CM. FathmanCG. Shared T cell recognition on humanhistocompatibility leukocyte antigenclass II molecules of patients with sero-positive rheumatoid arthritis. J Clin In-vest 1986; 77:1.042-1.049.28. Stastny P. HLA and the role of Tcells in the predisposition to disease.Rheum Dis Clin North Am 1987; 13:1-6.29. Stastny P, Myers LK, Nunez G,Hoover ML, Capra D, Ball E J . Moleculargenetics and T cells in autoimmunity.An n NY Acad Sci 1986; 475:12-23.30. Bidwell J. DNA-RFLP analysis andgenotyping of HLA-DR and DQ antigens.Immunol Today 1988; 9:18-21.31. WatsonJD, Tooze J, Kurtz DT. Re-combinant DNA. A short course. eds.New York, Scientific American Books.1983; 83.32. Nepom BS, Palmer J, Kim SJ, Ran-sen JA, Rolbeck SL, Nepom GT. Specificgenomic markers for the HLA-DQ subre-gion discriminate between DR4+ insulin-dependent diabetes mellitus and DR4+seropositive juvenile rheumatoid arthri-tis. J Exp Med 1986; 164:345-350,33. Nepom GT. HLA variants: Structu-ral studies and disease associations. AnnNY Acad Sci 1986; 475:1-11.34. Nepom Gr. Structural and geneticfeatures of human leukocytic antigenclass II elements associated with rheu-

    matoid arthritis. Am J Med 1988; 8(supI6A):12-13.35. McDaniel DO, Acton RT, BargeBO, Koopman WL, Marcon GS. Molectlar genetic studies of rheumatoid arthr;tis. AmJ Med 1988; 85 (supI6A):23-25.36. McDaniel DO, Acton RT, BargeBO, Koopman WJ, Reveille JD. Association of a 9.2 kilobase Pvu II class I majohistocompatibility complex restrictiofragment length polymorphism witankylosing spondylitis. Arthritis Rheur1987; 30:894-900.37. Reveille JD, Koopman WD, BargeBO, Acton RT. McDaniel DO. RFLIanalysis in ankylosing spondylitis. AmMed 85 1988; (supl 6A):48-50.38. Frcnechk Z, Timmerman LA, AlpeCA et al. Major histocompatibility complex associations with systemic lupuerythematosus. Am J Med 85 198~(supI6A):42-44.39. So AKL, Warner CA, Sansom DWalport M J . DQ~ polymorphism and genetic susceptibility to Felty's syndromeArthritis Rheum 1988; 31:990-994.40. Millward BA, Welsh KI, Lesli'RDG, Pyke DA, Demaine AG. T cellreceptor beta chain polymorphisms anassociated with insulin-dependent diabetes. Clin Exp Immunol 1987; 70:152157.41. Kotzin BL, Barr VL, Palmer E. flarge deletion within the T cell receptoBeta-chain gene complex in New Zealanrwhite mice. Science 1986; 229:167-170.42. Yanagi Y, Hirose S, Nagasawa RShirai T, Mak TW, Tada T. Does thrdeletion within T cell receptor Betachain gene of NZW mice contribute autoimmunity in (NZBxNZW)Fl miceEur J Immunol 1986; 16:1.179-1.182.43. Wong DW, Bentwich Z, MartinezTarquino C et al. Nonlinkage of the 1cell receptor (l,~ and r genes to systemi,lupus erythematosus in multiplex families. Arthritis Rheum 1988; 31:1.3711.376.44. Sidebottom D. Grennan OM, Sanders PA. Read A. Immunoglobulin lambc ia chain genes in rheumatoid arthritisAnn Rheum Dis 1987; 46:587-589.45. Williams RC Jr, Marshall NJ, Kilpatrick K et al . Kappa/lambda Ig distribution in Graves thyroid stimulating antibodies. Simultaneous analysis of C-Iambdgene polymorphisms. J Clin Invest 198882:1.306-1.312.46. Rodriguez MA, Williams RC Jr. Infection and rheumatic diseases. Clin Ex]Rheumatol1989; 7:91-98.47. Roudier J, Rhodes G, Petersen JVaughan JH, Carson DA. The EpsteinBarr virus glycoprotein gpllO, a molecular link between HLA DR4, HLA DRIand rheumatoid arthritis. Scand J Irnmuno11988; 27:367-371.