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Sistema HLA
SISTEMA HLA
Dra. C.M. Mayra Masjuán del Pino
El Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC) es una región
de genes altamente polimórfica (ver Cuadro 1), cuyos productos
se expresan codominantemente en la superficie de una gran
variedad de células. Se identificó originalmente en la década de
los años cuarenta por su papel en el rechazo de trasplantes, por lo
cual a las proteínas codificadas por el MHC se les denominó
antígenos de histocompatibilidad. Sin embargo, aunque esto
es importante, el papel central de los genes MHC en la respuesta
inmune fue explicado en los años setenta con la demostración de
que los linfocitos T antígeno-específicos, no reconocen antígenos
en forma libre o soluble pero reconocen porciones de antígenos
proteicos que están unido no covalentemente a los productos
MHC.
El MHC en el ser humano se denomina HLA por las siglas, en
inglés, de antígenos leucocitarios humanos. Se encuentra en el
brazo corto del cromosoma 6 ocupando una extensión
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aproximada de 3 500kb (tamaño similar al del genoma completo
de la E. Coli). Cada individuo hereda un cromosoma 6 de cada uno
de sus progenitores, que lleva un genotipo haploide HLA,
denominado haplotipo, con determinados alelos en cada uno de
sus loci. Así pues, el haplotipo es la combinación de alelos de
cada unidad. Dado que hay diversos loci, y dentro de cada uno de
ellos existe un gran polimorfismo, en una población normal habrá
un número muy elevado de haplotipos diferentes. Al ser
codominantes los genes HLA, en una célula pueden detectarse
dos haplotipos, uno de cada parental.
El Sistema HLA codifica para moléculas MHC clase I y clase II,
así como para otras proteínas. Está organizado como sigue (del
centrómero al telómero):
1. Genes clase II: HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR.
2. Genes de complemento: C2, C4A, C4B y Factor B–llamados
genes de región clase III.
3. Genes de heat shock protein (HSP-70) y de citokinas (factor de
necrosis tumoral –TNF-, lintoxina β-LT β -, linfotoxina –LT)
4. Genes de clase I: HLA-B, HLA-C, HLA-A.
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Los genes de HLA son los más polimórficos del genoma
humano, particularmente en el caso de moléculas que tienen un
papel mayor en la presentación del antígeno, a saber, las
moléculas clase I HLA-A y HLA-B, y las moléculas clase II HLA-DR
y HLA-DQ. Es más, se ha demostrado, por secuenciamiento de
ADN, que el polimorfismo definido serológicamente por
anticuerpos, realmente infravaloraba sustancialmente el
verdadero polimorfismo molecular (Cuadro 1). La definición de
subtipos moleculares es bastante relevante para entender la
asociación HLA-enfermedad ya que la mayoría de tales
asociaciones estuvo inicialmente basado en asociaciones
serológicas con un tipo de HLA específico. Así la determinación de
asociaciones con variantes moleculares específicas ha producido a
menudo un aumento significante del riesgo. Una nueva
nomenclatura se ha desarrollado para distinguir subtipos
moleculares relacionados con alelos mayores. El gen específico
designado está separado por un asterisco de un número de cuatro
dígitos, los primeros dos dígitos denotan la especificidad del alelo
mayor y los dos últimos, el subtipo molecular. Por ejemplo, DRB1
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*0301 definen la cadena B de una variante molecular (split) de
HLA-DR3 (la cual es también descrita por tipificación serológica
como HLA-DR17).
Cuadro No. 1
DISTRIBUCIÓN CELULAR DE LOS ANTÍGENOS MHC. ESTRUCTURA
DE LAS MOLÉCULAS MHC
Los productos de la clase I están compuestos por una
glicoproteína transmembranal de 44 kD: cadena pesada O, en un
complejo no covalente con un polipéptido de 12 kD no polimórfico
que no está unido directamente a la membrana: β2
microglobulina, codificado por un gen en el cromosoma 15. La
porción extracelular de la cadena pesada consta de tres dominios:
α1, :α2, :α3.
Los dominios α3 y β2 microglobulina presentan secuencias
relativamente conservadas y de gran homología con las regiones
constantes de las inmunoglobulinas. Es en el dominio α3 donde se
encuentran los sitios de unión para los linfocitos T CD8+. Los
dominios α1 y α2 están orientados de manera que interactúan uno
con otro y forman una hendidura limitada por dos regiones de
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hélice, que forman las paredes, y ocho segmentos de
conformación β que corresponden al suelo de la hendidura. Esta
hendidura tiene un tamaño tal que puede unir fragmentos
proteicos de 9 a 11 residuos de aminoácidos y es, realmente, el
lugar donde se unen a la molécula clase I, los péptidos extraños
para que sean presentados a las células T. Es en la hendidura
donde se encuentran las zonas polimórficas de residuos de
aminoácidos que definen los diferentes alelos.
La generación de fragmentos peptídicos en las células y su
asociación con las moléculas MHC y transporte a la superficie
celular, es un proceso complejo. Involucrada en esta secuencia
están complejos proteolíticos (proteosomas), los cuales digieren
las proteínas antigénicas en pequeños péptidos y transportan los
fragmentos del citoplasma al retículo endoplasmático. Dentro del
retículo endoplasmático, los péptidos se ligan a la hendidura que
une antígeno de las cadenas pesadas de las moléculas clase I
recientemente sintetizada, que entonces se asocian con β2-
microglobulina para formar un trímero estable que se transporta a
la superficie de la célula para la presentación a los linfocitos T
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citotóxicos CD8+. En esta interacción, el receptor de células T
(TCR) reconoce el complejo de MHC-péptido, y la molécula CD8 ,
actuando como un co-receptor, uniéndose al dominio no
polimórfico α3 de la cadena pesada de clase I. Células T citotóxicas
CD8+ pueden reconocer péptidos virales (u otros) sólo si se
presentaron como un complejo con los mismos antígenos de la
clase I (restricción MHC). En la vigilancia de células T, moléculas
MHC propias son aquellas que se expresaron durante la
maduración dentro del timo. Ya que una de las funciones
importantes de las células T CD8+ es eliminar células infectadas
por virus , tiene buen sentido que presenten expresión extendida
de los antígenos HLA clase I.
Las moléculas clase II son formadas por dos cadenas
polipeptídicas asociadas no covalentemente: cadenas y ; estas
cadenas están codificadas por genes diferentes del MHC y, con
pocas excepciones, ambas cadenas son polimórficas.
La cadena α(32–34 kD) es ligeramente mayor que la cadena
β(29–32 kD) como resultado de una mayor glicosilación. Más de
las dos terceras partes de las cadenas están localizadas en el
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espacio extracelular. La secuencia de aminoácidos revela
semejanzas estructurales con las moléculas clase I, por lo que
constituyen un modelo tridimensional análogo al de estas. Estas
similitudes estructurales fundamentales entre las moléculas clase
I y clase II están, especialmente, en la hendidura de unión de
péptidos. Los residuos polimórficos se concentran también en los
dominios α1 y β1 y, al igual que en las moléculas clase I, el
polimorfismo genético de las moléculas clase II determina la
superficie química de la hendidura, siendo el responsable principal
de la especificidad y afinidad de la unión del péptido y el
reconocimiento de células T. Cada molécula de clase II es capaz
de presentar un elevado número de péptidos diferentes, de 12
residuos de aminoácidos o más. Las moléculas clase II más el
péptido, son reconocidos por los linfocitos T CD4+.
La naturaleza de los péptidos que se ligan a las moléculas clase
II es diferente a la de los péptidos que se unen a las moléculas
clase I. En general, moléculas clase II presentan antígenos
exógenos (ejemplo microbios extracelulares, proteínas solubles)
que son primero internalizados y procesados en los endosomas
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o lisosomas. Los péptidos resultantes de la hidrólisis son
entonces asociados con los heterodímeros de la clase II
ensamblados en el retículo endoplasmático. Finalmente, el
complejo del péptido-MHC se transporta a la superficie de la
célula, donde puede ser reconocido por células T auxiliares CD4+.
En esta interacción, la molécula CD4 actúa como el co-receptor.
Ya que las células T CD4+ sólo pueden reconocer antígenos en el
contexto de moléculas propias de la clase II, ellos presentan
restricción clase II. En contraste con la clase I, la distribución
tisular de los antígenos MHC de clase II, está principalmente
restringida a células presentadoras de antígeno (macrófago,
células dendríticas y células B). Sin embargo, la expresión de
moléculas clase II puede ser inducida en varios tipos celulares,
incluyendo las células del endotelio y fibroblastos, por la acción de
IFN-gamma.
El papel de los antígenos clase II en la inducción de células T
auxiliares tiene una presión importante en la regulación genética
de la respuesta inmune. Cómo moléculas clase II regulan la
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respuesta inmune no está completamente claro, pero hay dos
mecanismos posibles:
Una posibilidad descansa en el hecho que los diferentes
péptidos antigénicos se ligan a diferentes productos génicos de
la clase II . Un individuo expresa una respuesta inmune vigorosa
contra un antígeno sólo si él o ella heredan el gene(s) para
aquéllas moléculas clase II que puede ligar el antígeno nominal y
puede presentarlo a las células T auxiliadoras. Las consecuencias
de heredar un gen determinado de clase II determina en la
naturaleza del antígeno unido a la molécula clase II . Por ejemplo,
si el antígeno fuera un péptido de polen de ambrosía, el individuo
estaría genéticamente predipuesto a padecer una
hipersensibilidad tipo I. Una capacidad heredada de ligar un
péptido bacteriano puede proporcionar resistencia para enfermar
evocando una respuesta de anticuerpo o quizás induciendo una
respuesta autoimmune si el anticuerpo reacciona cruzadamente
con tejidos normales.
La otra posibilidad está relacionada con el papel de moléculas
MHC formando el repertorio de células T. Durante la diferenciación
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intratímica, se seleccionan sólo células T que pueden reconocer
moléculas MHC propias para la exportación a la periferia
(tolerancia inmunológica). Así, el tipo de moléculas MHC que las
células T encuentran durante su diferenciación influye en la
capacidad funcional de células T maduras periféricas.
Por tanto, la expresión de ambas clases de moléculas MHC está
regulada a nivel transcripcional por la diferenciación celular, en
una célula y tejido específicos, y por estímulo extrínseco inmune e
inflamatorio.
FUNCIONES DE LAS MOLÉCULAS HLA
En lo anteriormente expuesto queda evidenciado que las
moléculas MHC son esenciales parea el reconocimiento
inmunitario. Su principal función es unir fragmentos de péptidos
extraños y formar un complejo que pueda ser reconocido por las
células T.
Las células T citotóxicas CD8+, involucradas en el
reconocimiento y el rechazo de células infectadas por virus y
células tumorales, reconocen el antígeno unido a moléculas de
clase I y las destruyen. Las células T CD4+ reconocen el antígeno
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unido a moléculas de la clase II en las células presentadoras de
antígenos; entonces, pueden cooperar con los linfocitos B para
inducir la producción de anticuerpos y liberar citokinas que
ayudan a los macrófagos a destruir los microorganismos
intracelulares.
Cuando un animal es infectado por virus, sus linfocitos T
citotóxicos quedan sensibilizados y destruirán las células
infectadas por ese virus. Sin embargo, estos linfocitos no podrán
destruir células infectadas por el mismo virus que tenga un
haplotipo HLA distinto. Este fenómeno se conoce como
citotoxicidad restringida por el haplotipo o restricción MHC, e
implica un doble reconocimiento de un antígeno viral y una
molécula HLA propia. De hecho, las moléculas clase I son como
señales que guían a las células citotóxicas hacia sus dianas.
La restricción MHC se aplica también a los linfocitos T
auxiliadores, que reconocen el antígeno en los macrófagos y en
los linfocitos B en asociación con las moléculas clase II. En este
caso, las moléculas clase II actúan como señales de
reconocimiento entre las células presentadoras de antígenos y los
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linfocitos. Estas interacciones genéticamente restringidas son
características de las reacciones inmunitarias en que están
involucradas las moléculas MHC.
En cuanto a la variación alotípica, es decir, el enorme
polimorfismo dentro de las moléculas MHC, se ha propuesto que
su función es impedir que los microorganismos puedan evadir al
sistema inmune, ya que si existiera un número limitado de
moléculas MHC, un microorganismo podría cambiar sus antígenos
de superficie hasta conseguir una estructura que no pudiera
unirse a ninguna molécula MHC, de manera que las células T no
podrían reconocerlo; sin embargo, con muchas moléculas MHC
disponibles dentro de un gran pool génico, es improbable que
surja un antígeno que sea incapaz de unirse a ninguna de estas
moléculas. Una ventaja selectiva contra enfermedad infecciosa
asociada con heterocigocidad aumentada a las moléculas clase I y
clase II del Sistema HLA se cree que juega un papel mayor
manteniendo la extraordinaria diversidad alélica de estos genes.
Se ha reportado que un máximo de heterocigocidad HLA de los
loci de moléculas clase I (A, B, y C) retarda el ataque del síndrome
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de immunodeficiencia adquirida (SIDA) entre pacientes
infectados con HIV-1, mientras que individuos homocigóticos de
uno o más loci progresan rápidamente a la enfermedad y muerte.
La “contrapartida” es que la posesión de determinados
antígenos de histocompatibilidad hace que el individuo sea más
susceptible a presentar determinadas enfermedades, como la
espondilitis anquilosante o la enfermedad de Reiter en el caso de
HLA-B27, o la esclerosis múltiple en el caso de HLA-A3 o B7.
EL COMPLEJO MAYOR DE HISTOCOMPATIBILIDAD Y
SUSCEPTIBILIDAD A ENFERMEDADES.
Han pasado más de 30 años desde el primer informe en que la
susceptibilidad a una enfermedad fue asociada con herencia de
un gen de HLA específico. Desde el descubrimiento de un
aumento estadísticamente significante en la incidencia de la
enfermedad de Hodgkin en pacientes que heredan ciertos genes
de HLA-B, tales asociaciones se han planteado para más de 500
enfermedades diferentes. En muchos de estos casos, el aumento
en susceptibilidad es bastante débil y, en algunos, puede
representar análisis estadístico defectuoso o una ocurrencia de la
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oportunidad. En otros, sin embargo, la asociación es muy fuerte e
impele a la conclusión que los genes dentro del complejo de HLA
tienen un papel en la patogénesis de la enfermedad.
En la tabla siguiente se presenta algunas enfermedades
asociadas con HLA.
Cuadro No. 2
La importancia de genes de HLA en la predisposición para
enfermar, normalmente se expresa como "el riesgo relativo" o la
proporción de la frecuencia con la que una enfermedad ocurre en
individuos que llevan un gen HLA particular dividida por su
frecuencia en aquellos que no lo llevan. Como se ilustró en la
tabla, el riesgo relativo entre enfermedades particulares y
moléculas de HLA es reportado para variaciones marginalmente
significantes (ejemplo 2.0 para la enfermedad de Hodgkin en
individuos que expresan la molécula HLA DP3) a un papel
preponderante determinante en susceptibilidad a la enfermedad
(ejemplo un riesgo relativo mayor que 80 de desarrollar
espondilitis anquilosante en individuos que tienen HLA-B27).
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La inspección de la tabla de herencia de HLA y susceptibilidad a
la enfermedad revela algunas conclusiones generales y unas
sorpresas. Entre las conclusiones están que las enfermedades
asociadas a HLA se han identificado en virtualmente cada sistema
principal y, adicionalmente, la mayoría sustancial de estas
enfermedades se considera como autoimmune. Una segunda
conclusión es que la mayoría de las enfermedades están
asociadas con las moléculas HLA-DR y HLA-DQ del complejo de
HLA, pero con algunas excepciones notables, particularmente el
gen de la clase I HLA-B27.
Trabajos recientes han reportado asociación HLA y Enfermedad
de Alzheimer, Tuberculosis, Enfermedad hepática alcohólica y
muchas otras enfermedades.
Entre las sorpresas está la observación que un papel del
sistema inmune no está claro en algunas de las enfermedades
altamente asociadas, dramáticamente, como la asociación de
narcolepsia con herencia de HLA-DR2, DQ6 que tienen un riesgo
relativo de casi 130. Además, en algunos casos la herencia de un
alelo de HLA específico está asociada con protección más que con
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susceptibilidad a una enfermedad. El mejor conocido de estos
casos es la asociación negativa de HLA-DR2 y DQ6 con
susceptibilidad a diabetes mellitus insulina-dependiente (IDDM).
También se plantea el riesgo reducido en la severidad de la
Coccidioidomycosis, relacionado con HLA-DR1 y DQ-B1.
Globalmente, sin embargo, el peso de estas observaciones
conduce a la conclusión que los genes del complejo de HLA están
críticamente involucrados en la patogénesis de enfermedades
autoimmunes.
Un corolario lógico es que el papel de moléculas de HLA en la
patogénesis probablemente está relacionado con su participación
en el normal funcionamiento del sistema inmune. Esto se pone en
evidencia en la deficiencia antigénica de moléculas MHC clase II.
Muchos afectados con este síndrome recesivo autosómico son de
África del Norte. Los pacientes presentan en infancia temprana
con diarrea persistente que es a menudo asociado con
cryptosporidiosis e infecciones de enterovirales (poliovirus,
coxsackievirus). Ellos también tienen una frecuencia aumentada
de infecciones con herpesvirus y otros virus, candidiasis oral,
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pulmonía bacteriana, pulmonía P. carinii, y septicemia. La
inmunodeficiencia no es tan severa como en SCID, como es
evidenciado por su fracaso para desarrollar infección diseminada
después de vacunación de BCG o GVHD por las transfusiones de
sangres no irradiadas.
Pacientes deficientes de moléculas MHC clase II tienen un
número muy bajo de células T CD4+ pero normal o números
elevados de células T CD8+ . La linfopenia es sólo moderada. Los
antígenos MHC clase II HLA-DP, DQ, y DR son indetectables en
las células B y monocitos, aunque las células B están presentes
en número normal. Los pacientes son hipogammaglobulinémicos
debido a las respuestas antígeno-específicas dañadas, causadas
por la ausencia de estas moléculas antígeno-presentadoras.
Además, células B deficientes en antígenos MHC no estimulan
cultivo mixto de linfocitos. La proliferación de linfocitos muestra
respuestas normales a mitógenos pero ninguna respuesta a los
antígenos. El timo y otros órganos del sistema linfoide son
severamente hipoplásicos, y la falta de moléculas clase II resulta
en selección tímica anormal. Los defectos asociados de inmunidad
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de células B y T y de expresión de HLA da énfasis al papel
biológico importante de los determinantes HLA en la cooperación
celular eficaz.
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