Expression of “non-classical” molecules of the main histocompatibility complex in rheumatoid arthritis and bronchial asthma

Olga S. Boeva; Боева Ольга Сергеевна; V. I. Borisevich; Борисевич В. И.; V. A. Kozlov; Козлов В. А.; D. V. Vladimirovna; Демина Д. В.; A. E. Sizikov; Сизиков А. Э.; E. A. Pashkina; Пашкина Е. А.

doi:10.46235/1028-7221-13919-EON

Expression of “non-classical” molecules of the main histocompatibility complex in rheumatoid arthritis and bronchial asthma

Authors: Boeva O.S.¹^,2, Borisevich V.I.³, Kozlov V.A.¹, Vladimirovna D.V.¹, Sizikov A.E.¹, Pashkina E.A.¹
Affiliations:
1. Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology
2. Novosibirsk State University
3. Novosibirsk State Medical University
Issue: Vol 26, No 4 (2023)
Pages: 527-532
Section: Forum Sochi 2023
Submitted: 10.07.2023
Accepted: 18.07.2023
Published: 22.09.2023
URL: https://rusimmun.ru/jour/article/view/13919
DOI: https://doi.org/10.46235/1028-7221-13919-EON
ID: 13919

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

HLA-E is a minor understudied non-classical HLA genes. HLA-E transcription is revealed in many cell types, especially, in immune cells, e.g., T and B cells monocytes, macrophages. In this work, we evaluated expression of HLA-E on CD8⁺, CD4⁺ and CD14⁺ cells in conditionallу healthy donors and in the patients with bronchial asthma (BA) and rheumatoid arthritis (RA). Peripheral blood mononuclears (PBMNC) were used as initial biomaterial. PBMNC from RA patients (n = 15), BA (n = 11) and healthy donors were separated from peripheral blood in Ficoll-Urographin density gradient (1.077 g/mL). The cells were then stained with fluorochrome-conjugated monoclonal antibodies: anti-CD3-APC, anti-CD4-APC-Cy7, anti-CD-14-FITC, and anti-HLA-E-PerCP/Cy5. The cell phenotype was analyzed by flow cytometry with FACS Canto II (BD Biosciences, USA). We have found an increased expression of HLA-E on CD8⁺, CD4⁺Т cells, like as on CD14⁺ cells (monocytes) in the RA patients, when compared with BA patients. We have also shown significant differences of HLA-E expression on CD8⁺Т cells between the conditionally healthy donors and RA patients.

Keywords

rheumatoid arthritis, bronchial asthma, major histocompatibility complex molecules, non-classical, autoimmune diseases, allergic diseases

Full Text

Исследование выполнено за счет средств федерального бюджета для выполнения государственного задания на научно-исследовательскую работу «Разработка новых критериев эффективности таргетной иммунотерапии тяжелых форм аллергических заболеваний на основе оценки биомаркеров клеток, участвующих в иммунном ответе на аллерген (код тематики 0415-2023-0005).

Введение

На сегодняшний день в дополнение к высокополиморфным генам «классических» MHC класса I и класса II существует множество генов «неклассических» MHC [1]. Одним из «неклассических» генов представляется HLA-E, который является членом неклассических генов HLA класса Ib и расположен в локусе главного комплекса гистосовместимости (MHC) на хромосоме 6 между HLA-A и HLA-C. Структура HLA-E практически идентична классическим молекулам HLA класса Ia с соединением тяжелой цепи с инвариантной легкой цепью b-2-микроглобулина [5]. В мировой популяции доминируют только две изоформы, совокупная частота аллелей которых превышает 99%: HLA-E*01:01 и HLA-E*01:03, которые различаются по положению 107 аминокислоты в белковой молекуле HLA-E, в HLA-E*01:01 на данной позиции находится аргинин (R), а в HLA-E *01:03 – глицин (G) [12]. На сегодняшний день до конца не изучена роль данных молекул, в особенности, при аллергических и аутоиммунных заболеваниях.

Транскрипция HLA-E была обнаружена почти во всех типах клеток, хотя экспрессия соответствующего белка на поверхности клеток в основном ограничена эндотелиальными клетками, Т- и В-лимфоцитами, моноцитами и макрофагами. Интересно, что, в то время как клетки иммунной системы экспрессируют HLA-E на высоком уровне, эндотелиальные клетки, наоборот, имеют сниженный уровень HLA-E на своей поверхности. Экпрессия HLA-E на эндотелиальных клетках усиливается после воздействия провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухли, интерлейкин-1β, интерферон γ [4, 5, 11]. Также было продемонстрировано, что другая «неклассическая» молекула MHС, HLA-G может модулировать экспрессию HLA-E. Экспрессия различных изоформ HLA-G может влиять на поверхностную экспрессию HLA-E, которая зависит от доступности пептидов, полученных из молекул HLA-G и других молекул HLA-класса I [10].

У человека MHC класса Ib молекула HLA-E играет необычную роль в распознавании NK-клетками и CD8⁺T-лимфоцитами. Комплекс из HLA-E и презентируемого пептида может связываться с ингибирующим рецептором NKG2A: CD94, экспрессированным на NK-клетках, и ингибировать цитотоксическую активность NK-клеток [1]. Но помимо NKG2A, HLA-E также может связываться с NKG2C. NKG2C экспрессируется как на NK-клетках, так и на Т-клетках, и, по-видимому, играет роль активирующего рецептора. В белке NKG2C по сравнению с NKG2A имеются некоторые аминокислотные различия, что приводит к 6-кратному снижению сродства к HLA-E NKG2C, в связи с чем взаимодействие экспрессирующей HLA-E клетки и NK зачастую приводит к ингибированию цитотоксической активности [13]. HLA-E также может связывать лидерные пептиды с белком теплового шока Hsp60sp [6], являющегося одним из аларминов и способного вызвать активацию иммунной системы, что может способствовать развитию воспалительного процесса при различных иммунопатологиях. Следовательно, представляется актуальным исследование уровня экспрессии HLA-E при различных видах иммунопатологий, в том числе при аутоиммунной патологии – ревматоидном артрите (РА) и аллергической форме бронхиальной астмы (БА).

Материалы и методы

В качестве материала для исследования использовались мононуклеарные клетки периферической крови (МНК ПК) пациентов с иммунопатологиями, находившихся на лечении в клинике иммунопатологии НИИФКИ, и соматически здоровых доноров, после подписания указанными лицами информированного согласия. МНК ПК пациентов с РА (n = 15), БА (n = 11) и условно здоровых доноров (n = 14) выделяли из периферической крови в градиенте плотности фиколл-урографина (1,077 г/мл). Затем клетки окрашивали моноклональными антителами, конъюгированными с флюорохромами: анти-CD3-APC, анти-CD4-APC-Cy7, анти-CD-14-FITC и анти-HLA-E-PerCP/Cy5. Фенотип клеток анализировали на проточном цитофлуориметре FACS Canto II (BD Biosciences, США). Анализ проводился с помощью GraphPad Prism 9.3.1, с использованием критерия Краскела–Уоллиса. Значение p (p < 0,05) считалось минимальным критерием для статистической значимости.

Результаты и обсуждение

Нами было обнаружено, что при РА увеличивается экспрессия HLA E CD8⁺, CD4⁺Т-лимфоцитах, а также на CD14⁺ (моноциты), по сравнению с пациентами с БА (рис 1, 2). Также были показаны достоверные различия экпрессии HLA E на CD8⁺Т-клетках между условно здоровыми донорами и пациентами с РА (рис. 3).

Рисунок 1. Экспрессия молекул HLA-E на CD8⁺Т- клетках у условно здоровых доноров и пациентов с бронхиальной астмой и при ревматоидном артрите

Примечание. * – достоверные различия по сравнению с донорами.

Figure 1. Expression of HLA-E molecules on CD8⁺T cells in healthy donors and patients with bronchial asthma and rheumatoid arthritis

Note. *, significant differences compared with donors.

Рисунок 2. Экспрессия молекул HLA-E на CD4⁺Т-клетках у условно здоровых доноров и пациентов с бронхиальной астмой и при ревматоидном артрите

Примечание. * – достоверные различия по сравнению с донорами.

Figure 2. Expression of HLA-E molecules on CD4⁺T cells in healthy donors and patients with bronchial asthma and rheumatoid arthritis

Note. *, significant differences compared with donors.

Рисунок 3. Экспрессия молекул HLA-E на CD14⁺Т-клетках у условно здоровых доноров и пациентов с бронхиальной астмой и при ревматоидном артрите

Примечание. * – достоверные различия по сравнению с донорами.

Figure 3. Expression of HLA-E molecules on CD14⁺T cells in healthy donors and patients with bronchial asthma and rheumatoid arthritis

Note. *, significant differences compared with donors.

В настоящее время многие исследования направлены на изучение влияния взаимодействия молекул HLA-E с ингибирующими рецепторами NKG2A/CD94 при аутоиммунных заболеваниях, таких как ревматоидный артрит, аутоиммунный энцефаломиелит и другие.

NK-клетки способны уничтожать аутореактивные Т-клетки, однако при высокой экспрессии NKG2A в NK-клетках, наоборот, предотвращается этот процесс. Следовательно, блокада взаимодействия NKG2A с лигандом является эффективным подходом для лечения аутоиммунных заболеваний. Взаимодействие NKG2A с лигандом приводит к развитию иммунологической памяти и клональной экспансии аутореактивных Т-клеток, а также способствует защите активированных CD4⁺Т-клеток от лизиса NKG2A⁺ NK-клетками [7].

Также повышение экспрессии NKG2A наблюдалось в NK-клетках пациентов с болезнью Грейвса и впервые выявленным псориазом, а также у пациентов с системной красной волчанкой (СКВ) и у пациентов с ревматоидным артритом (РА), что указывает на то, что отсутствие ингибирующих сигналов может привести к гиперактивации Т-клеток и иммунологическим нарушениям [13].

Есть данные о том, что NK-клетки проявляют более высокую цитотоксическую активность против активированных CD4⁺Т-клеток, которые были получены от мышей с дефицитом Qa-1 (аналог «неклассических» молекул MHC I класса у мышей). Также было показано на мышиной модели ревматоидного артрита (РА), что блокирование NKG2A ускоряло опосредованное NK-клетками уничтожение патогенных Т-хелперов 17 (Th17) клеток, а также фолликулярных Т-хелперов (Tfh) клеток, тем самым останавливало прогрессирование заболевания [7].

Исследования, направленные на изучение экспрессии молекул HLA-G и HLA-E в бронхиальном эпителии, подтверждают гипотезу об участии этих молекул в ремоделирование ткани бронхов при бронхиальной астме. Все изоформы HLA-G экспрессировались в полностью дифференцированных HBEC (клетках бронхиального эпителия человека) у здоровых доноров и пациентов с БА, как со средней степенью тяжести, так и с тяжелой БА. Экспрессия мРНК HLA-G была значительно снижена у пациентов с БА по сравнению с со здоровыми донорами [17]. Также было показано сверхэкспрессия HLA-E в опухолевых клетках при колоректальном раке, которая была связана с ингибированием NK или CD94⁺/NKG2A⁺/CD8⁺Т-клеток, инфильтрирующих опухолевую ткань [2].

Вышеупомянутые результаты могут подтвердить участие HLA-G в пролиферации и дифференцировке эпителиальных клеток [8, 9]. Согласно литературным данным, структурное ремоделирование бронхиального эпителия и нарушение разрешения воспаления, которое наблюдается при бронхиальной астме, могут быть результатом внутренних дефектов клеток бронхиального эпителия человека, что проявляется в экспрессии изоформы «неклассических» молекул HLA-G, а не дисфункции иммунных клеток.

Таким образом, группа «неклассических» молекул главного комплекса гистосовместимости, в частности HLA-E, является перспективным направлением для дальнейшего изучения. Накопленные данные позволяют утверждать об их роли в патогенезе различных заболеваний иммунной природы. На экспериментальных моделях продемонстрированы положительные результаты, указывающие на возможные терапевтические подходы в лечении аутоиммунных заболеваний. Особый интерес представляет значение генов HLA-E при бронхиальной астме, поскольку на данный момент небольшое количество исследований подчеркивают их участие в развитии данного заболевания и пока указывается лишь их косвенное влияние.

Выводы

Было обнаружено увеличение экспрессии HLA-E на иммунокомпетентных клетках при РА, что свидетельствует о возможной роли данной молекулы в патогенезе данного заболевания.

About the authors

Olga S. Boeva

Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology; Novosibirsk State University

Author for correspondence.
Email: starchenkova97@gmail.com

Student, Novosibirsk State University; Assistant Researcher, Laboratory of Clinical Immunopathology, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology

Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk