Az RNS-átvizsgáló mechanizmus hibájából fakadó autoimmunitás Semsei Imre, Darise Farris, Michael Bachmann

ÖSSZEFOGLALÓ KÖZLEMÉNY

Az RNS-átvizsgáló mechanizmus hibájából fakadó autoimmunitás Semsei Imre, Darise Farris, Michael Bachmann

Az autoimmun betegségek patomechanizmusa a mai napig sem ismert. Igen sok tényezô szerepét gyanítják a betegség kialakulásában (genetikai elrendezôdés, hormonális tényezôk, exogén és endogén vírusok stb.), a kiváltó okok magyarázatára több elmélet is született. A legtöbb elképzelés immunregulációs zavart feltételez a folyamatok hátterében, egyes elgondolások szerint viszont az immunrendszer helyesen reagál, s a kiváltó okokat máshol kell keresnünk. A jelen munka azt kívánja bemutatni, hogy egyes genetikai változások és a sejtek bizonyos javító mechanizmusainak hibája miként eredményezheti autoimmun reakciók kialakulását. Két évtizedes molekuláris immunológiai kutatások eredményei szerint az La autoantigén 7-es exonjának forrópont régiójában mutáció található egyes autoimmun betegségben – Sjögren-szindrómában, SLE-ben – szenvedôk perifériás vérének lymphocytáiban. A mutáns génrôl átíródó RNS olyan korai terminációs kodonokat tartalmaz, amelyeket az RNS-átvizsgáló mechanizmusnak eliminálnia kellene, hogy azokról ne íródhasson át fehérje. A mechanizmus hibája miatt mégis keletkeznek mutáns fehérjék, ezek léte végsô soron autoimmun reakciók kiváltását vonhatja maga után. autoimmunitás, La autoantigén, patomechanizmus, RNS-átvizsgáló rendszer

Autoimmunity as a result of escape from RNA surveillance The pathomechanisms of autoimmune diseases are still unknown. Numerous factors are thought to play a role in the formation of the diseases (genetic arrangement, hormonal factors, exogen and endogen viruses, etc.) and many hypotheses have been formulated to explain the role of these factors. Most of the theories suspect that disturbance of the immune system is the clue but according to other researchers the immune system performs properly and one has to find other alterations that could be blamed for the formation of the autoimmune diseases. The aim of our present work is to show that certain genetic alterations together with the mistake of the RNA surveillance system could lead to autoimmune reactions. Results of immune research conducted in the past two decades revealed that there are mutations in the hot spot region of exon 7 of the La gene in the peripheral lymphocytes of patients suffering from certain autoimmune diseases (Sjögren's syndrome, SLE). RNAs originated from the mutant gene contain premature termination codon and therefore the RNA surveillance mechanism should get rid of these RNAs in order to prevent the formation of mutant proteins. However, because of the mistake of the surveillance system mutant proteins are formed that could finally lead to the autoimmune reactions. Magy Immunol/Hun Immunol 2007;6(1–2):39–45. autoimmunity, La autoantigen, pathomechanism, RNA surveillance

DR. SEMSEI IMRE (levelezô szerzô/correspondent), Debreceni Egyetem, Orvos- és Egészségtudományi Centrum, III. Sz. Belgyógyászati Klinika, Immunológiai Tanszék; 4032 Debrecen, Móricz Zs. u. 22. E-mail: semsei@iiibel. dote.hu; DR. DARISE FARRIS, Oklahoma Medical Research Foundation, Oklahoma City, USA; DR. MICHAEL BACHMANN, Carl Gustav Carus Technische Universität, Institut von Immunologie, Dresden, BRD Érkezett: 2006. október 10. Elfogadva: 2007. január 3.

Semsei Imre: Az RNS-átvizsgáló mechanizmus hibájából fakadó autoimmunitás

39

A

z autoimmun reakciók során a szervezet olyan saját komponensekre támad, amelyekre normális mûködése során nem kellene. Ezek a reakciók legtöbbször a szervezet helytelen mûködését eredményezik, ezeket autoimmun betegségként definiáljuk. A betegség patomechanizmusát nem ismerjük pontosan, de több hipotézis az immunrendszer elváltozásait – például az immuntolerancia génjeinek defektusait – teszi felelôssé. Emellett számos más elképzelés látott napvilágot, mint a vírusfehérjék molekuláris mimikrije1, vagy az apoptotikus sejtek helytelen eliminációja2. Kiváltó tényezôként több külsô és belsô faktor ismert – exogén és endogén vírusok (EBV, HIV CMV, HTLV)3–6 –, de emellett a betegség kialakulásának faktoraként említik az UV-sugárzást, gyógyszerek hatásait, valamint hormonális tényezôket és a komplex genetikai hátteret is7. Az autoimmun reakciók egzakt diagnózisában segít bennünket a megjelenô antitestek detektálása. Az utóbbi idôk megfigyelései alapján azonban igen valószínûnek tûnik, hogy egyes antigének nemcsak a betegség kimutatását segítik, de az autoimmun betegség kiváltó okai is lehetnek. Az La antigén esetleges szerepét több betegségben is – például Sjögrenszindrómában (Ss) vagy szisztémás lupus erythematosusban (SLE) – gyanítják. Az elmúlt két évtizedben az La gént számos oldalról tanulmányozták beható-

an, s több megfigyelés tovább erôsíti azt az elképzelést, hogy az autoantigén változásai elôsegíthetik az autoimmun reakciók kialakulását8, 9.

La autoantigén Az La gén közel két évtizedes tanulmányozása során10 a gént már 1993-ban klónoztuk11, s hamar kiderült, hogy a génnek több splicing variációja is létezik12, 13. A normális, addig ismert forma mellett két másik mRNS-forma is megtalálható sejtjeinkben (1. ábra), s a gén több pszeudogénjét is azonosítottuk14. Már ezek az eredmények ráirányították figyelmünket a 7-es exon forrópont régiójára, ahol a pszeudogénekben eltérô tagszámú oligoA-szakaszok találhatók. Ahogyan közben kiderült15, vannak olyan La-mRNS-ek is, amelyek mutációt tartalmaznak ebben a régióban; ezek expressziója mutáns fehérjéket eredményezhet (2. ábra). Már a különbözô splicing variánsok is mutáns La fehérjék megjelenését hordozták magukban, azonban a meglévô stop kodonok mellett ez csak keretugrás révén lenne lehetséges. Ismert azonban, hogy vírusok hatására a keretugrás lehetségessé válik, s mivel több autoimmun betegség kialakulásában feltételezik a vírusok közremûködését, elképzelhetô, hogy a splicing variánsok önmagukban

1. ábra. Az La antigén mRNS-ei és pszeudogénjei. A genomban a három mRNS-formát kódoló DNS-szakasz mellett három pszeudogén is megtalálható. Az egyik pszeudogén az La 1’ mRNS-formára, a másik kettô a normális formára hasonlít. Mindegyik pszeudogénnek eltérô oligoA-tagszámú szakasza található a 7-es exonban, amely még a kódoló mRNS-tôl is eltér.

40

Magy Immunol/Hun Immunol 2007;6(1–2):39–45.

is megváltozott fehérjék kialakulására adnak alkalmat. Normális esetben azonban mindegyik splicing variánsról normális La fehérje íródik át.

A mutációk hatása az La génben A mutációk következtében azonban direkt módon is keletkezhetnek megváltozott fehérjék. Ezek közül figyelmünket elôször a deletióval keletkezô 7A formára irányítottuk, ahol a mutáció miatt egy neoepitóp alakulhat ki (3. ábra). Ez az epitóp autoimmun reakciót is kiválthat, hiszen az átíródott rész a szervezet számára ismeretlen aminosavsorrendet tartalmaz. Emellett a normális fehérjéhez képest csonkolt fehérje keletkezik, s így az elveszíti a C-terminális részben található dimerizációs szignált, s a mag lokalizációs szignálját is. A dimerizációs jel elengedhetetlen az La fehérjék funkciójának kifejtéséhez, hiszen az dimerként funkcionál. A maglokalizációs jel elvesztése következtében pedig az új fehérje többé már nem marad a sejtmagban, hanem a citoplazmába is kivándorol. A mutáns fehérje valóban megjelenik a mutációt hordozó sejtekben, sôt, 2. ábra. Mutáns La fehérjék kialakulásának lehetséges módjai. a kép: a normális és a muaz anti-La-pozitív SLE-ben táns fehérjék deletio (–A) és insertio (+A) hatására. Deletiókor neoepitóp, insertiókor szenvedô betegek mintegy crypticus epitóp keletkezik. b kép: A = normális fehérje; B = az exon 1’ splicing variáns le30%-ánál detektálható (4. hetséges hatásai; C = a deletio (–A) hatása; C = minden hatás együttesen. ábra) is9 (a kimutatási mód- NLS (nuclear localization signal): maglokalizációs jel; ORF (open reading frame): nyílt olvasási szer kis érzékenysége miatt keret; RNP (ribo-nucleo protein): magfehérje esetleg még ezen felül is található a többi SLE-s beteg szérumában is). Látható Az viszont még kérdéses, hogyan vezet mindez tehát, hogy egy mutáció miatt olyan mutáns fehérjék autoimmun betegségek kialakulásához. A mutáns fekeletkeznek, amelyek nem képesek ellátni eredeti hérjét hordozó transzgenikus egértörzs tanulmányofunkcióikat. zása során érdekes adatok váltak ismertté az autoim-


41

Granzim B

Kaszpáz

valamelyik antitest jelenléte. Egyértelmû tehát, hogy a mutáns La fehérje nemcsak a mutáns La elleni antitestek megjelenését eredményezte, de több másét is, ahogy az epitópszóródás jelensége más kísérleteknél is elôfordult7.

Az RNSátvizsgáló mechanizmus Amint azt a 3. ábra is szemlélteti, a mutáció következményeként stop kodon je3. ábra. Az La fehérje szerkezete és egy mutáció hatása a fehérje képzôdésére. a kép: normális La (nLa) és mutáns La fehérje (mLa). A dimerizációs (DIM) és maglokalizációs (NLS) lent meg az aminosavszignálokat jelöltük a C-terminálison. b kép: A deletio hatása a mutáns La aminosav- sorrendben. Több megfisorrendjére, a normális La összehasonlításában. A mutáció neoepitóp kialakulásához vezet gyelés is azt mutatta, hogy (aláhúzott rész). létezik olyan mechanizmus, amely eliminálja a korai RNP (ribo-nucleo protein): magfehérje terminációs kodonokat munitás kialakulásával kapcsolatban9. Az 5. ábra két (premature termination codon, PTC) tartalmazó transzgenikus egérvonal tanulmányozása során nyert RNS-eket, s ezt nonszensz mediálta lebontásnak adatokat szemléltet. A két hónapos transzgenikus ege- (nonsense mediated decay, NMD), vagy RNSreknél nem, vagy csak igen kis mennyiségû mutáns átvizsgáló mechanizmusnak (RNA surveillance) neLa elleni antitesteket figyeltek meg. A négy hónapos vezték el16, 17. A szervezetünkben folyamatosan állatoknál is csak az egyik vonal mutatott szignifikáns keletkezô mutációk tehát nem feltétlenül jelentik azt, mutáns és normális La elleni antitesteket. Az öt-hat hogy arról mutáns fehérjék is keletkezni fognak. hónapos állatoknál viszont már megjelentek a dsDNS Amennyiben ez a mechanizmus nem mûködne korés az Ro elleni antitestek is. Nyolc hónapos kor felett rekten, a mutációt hordozó RNS-ekrôl mutáns – bemár kivétel nélkül minden állatnál kimutatható volt tegségek kialakulását elôsegítô – fehérjék íródnának

4. ábra. A mutáns La fehérje elôfordulási frekvenciája. A szokásos La antitestre pozitív SLE-s betegek szérumának körülbelül 30%-ában megtalálhatók a mutáns La elleni antitestek.

42


át. Mindamellett, hogy ez a mechanizmus mûködik, ismert néhány példa arra, hogy a mutáns RNS kikerüli ezt a mechanizmust, s ennek következményeként valóban betegségek kialakulását észlelhetjük18–20. Noha ezek a mechanizmusok még nem teljesen tisztázottak, már több vonatkozását sikerült feltárni. Az RNS-eknél az exonok csatlakozásánál fehérjék kötôdnek fel, s ha az RNS korai terminációs kodont tartalmaz, ezek a transzláció elsô köre után is fennmaradnak; az RNS-átvizsgáló rendszer ezt észlelvén lebontja az ilyen RNS-eket. Az La-RNS esetében azonban (6. ábra) az elsô kör után nem maradnak fenn az exoncsatlakozást jelzô fehérjék, s így arról fehérje íródhat át. Ez visszavezethetô a forrópont régióban meglévô oligoA-szakaszra, ami lehetôséget nyújt a keretugrásra, s így a csatlakozó fehérjék leválnak a mutáns RNS-rôl, hiszen a riboszómákon az RNS végigfut, mintha az 5. ábra. La transzgenikus egerek antitest-repertoárja. A két egérvonalban a különbözô annormális La lenne, és nem titestek más idôskálán és más eloszlásban jelennek meg, de a mutáns La elleni antitestek tartalmazná a korai termi- mellett megjelenik a normál La elleni is, sôt, még az Ro és a dsDNS elleniek is. nációs kodont. Az RNSátvizsgáló rendszer tökéletlensége miatt tehát a mu- Komplex genetikai táns RNS-ekrôl mutáns fehérjék keletkezhetnek. A mutáns fehérjéket hordozó lymphocytákat egy- és epigenetikai háttér részt az immunrendszer megkísérli eliminálni, más- Látható tehát, hogy egy mutáció kialakulása és az részt azok maguk is elpusztulnak az apoptózis során. RNS-átvizsgáló rendszer hibája az La gén esetében Az La-mutáció esetében éppen a normális apoptózis végül is autoimmun reakciók kialakulását vonja mafolyamata sérül (7. ábra). A mutáns fehérjék nem ké- ga után. Így esetünkben az alapfolyamatok elindulápesek funkcióikat ellátni (nincs dimerizáció), s ez ki- sához elengedhetetlen volt három tényezô megléte. hat a p53 fehérje negatív regulációját végzô mdm2 Emellett nyilvánvalóan más faktorok és folyamatok is fehérjére21. A p53 részt vesz az apoptózis irányításá- szükségesek a tényleges autoimmunitás kialakulában és a sejtciklus-inhibitor p21 regulációjában. A sához23, 24. p21-szint emelkedése figyelhetô meg több autoimAz a tény, hogy egyes autoimmun betegségekben mun betegség esetén is, ahogy például a mutáns La szenvedôk rokonságában az autoimmun betegség fehérje megjelenése után is. Ez a p21 képes az kifejlôdésének esélyei sokkal nagyobbak a többiekautoreaktív memóriasejtek stabilizálására22, s így hoz- hez képest25, számos más ténnyel együtt azt vetíti zájárul autoimmun reakciók kiváltásához. elénk, hogy mindenképpen lennie kell valamilyen


43

6. ábra. Az La-mRNS az összeszerelés után. Az exonok csatlakozását fehérjekomplexek jelzik, amelyek a transzláció elôtt (a kép) mindenütt megtalálhatók, míg az RNS-átvizsgáló rendszer helyes mûködése esetén a transzláció elsô köre után (b kép) még a korai stop kodon után is megtalálhatók lennének, ami az RNS degradációját vonná maga után. A lehetséges keretugrás miatt viszont a mutáns mRNS mégis normális mRNS-ként funkcionálhat, ami a mutáns fehérje megjelenését eredményezi. PTC (premature termination codon): érés elõtti terminációs kodon

genetikai és/vagy epigenetikai meghatározottságnak is. A genomon belül több olyan helyet azonosítottak, amelyek szerepet játszhatnak különbözô autoimmun betegségek kialakulásában 26. Emellett azt is megállapították, hogy közös gének expressziója változik meg autoimmun betegségek esetén27. További igen fontos megfigyelés, hogy ezek a gének nem random módon helyezkednek el a genomon belül, és helyzetük korrelál a genomon belül az autoimmun betegségek kialakulásában szerepet játszó gének helyzetével28. Emellett számos polimorfizmus is fontos tényezôként jöhet szóba 7. ábra. A mutáns La fehérje expressziójának következményei. A normális apoptózisban az autoimmun betegségek részt vevô p53 fehérjét reguláló MDM2 fehérje helytelenül expresszálódik, ez a p21 fehérje kialakulásában29, 30, ami szintjének emelkedéséhez és az autoreaktív memóriasejtek apoptózisának zavarához ve- akár genetikai, akár epigezet. netikai szabályozó tényeIRES: (internal responsive element): belsõ reagáló elem zôként is hozzájárulhat a

44


betegség iránti fogékonysághoz, annak kialakulásához. Mindezen fent említett tények nem zárják ki, hogy az

eddig felfedezett monogénes autoimmun betegségek24 mellett esetleg további kórképekrôl is bebizonyosodik, hogy egy-egy gén konkrét hibája képez kiváltó okot.

IRODALOM 1. Oldstone MB. Molecular mimicry and autoimmune disease. Cell 1987;50:819-20. 2. Andrade F, Casciola-Rosen L, Rosen A. Apoptosis in systemic lupus erythematosus. Clinical implications. Rheum Dis Clin North Am 2000;26:215-27. 3. Flescher E, Talal N. Do viruses contribute to the development of Sjögren’s syndrome? Am J Med 1991;90:283-5. 4. Fox RI, Luppi M, Pisa P, Kang HL. Potential role of Epstein-Barr virus in Sjögren’s syndrome and rheumatoid arthritis. J Rheumatol 1992;19:18-24. 5. James JA, Kaufman KM, Farris AD, Taylor-Albert E, Lehman TJA, Harley JB. An increased prevalence of Epstein-Barr virus infection in young patients suggests a possible etiology for systemic lupus erythematosus. J Clin Inv 1997;100:3019-26. 6. Magistrelli C, Samoilova E, Agarwal RK, Banki K, Ferrante P, Vladutiu A, et al. Polymorphic genotypes of the HRES-1 human endogenous retrovirus locus correlate with systemic lupus erythematosus and autoreactivity. Immunogenetics 1999;49:82934. 7. James JA, Scofield RH, Harley JB. Immunoglobulin epitope spreading and autoimmune disease after peptide immunization: Sm B/B´-derived PPPGMRPP and PPPGIRGP induce spliceosome autoimmunity. J Exp Med 1995;181:453-61. 8. Semsei I. Az La gén mutációi: az immunrendszer helyesen reagál. Magy Immunol 2006;5:16-22. 9. Bachmann MP, Holger B, Gross JK, Maier SM, Gross TF, Workman JL, et al. Autoimmunity as a result of escape from RNA surveillance. J Immunol 2006;177:1698-707. 10. Bachmann M., Pfeifer K, Schröder HC, Müller WEG. Characterization of the autoantigen La as a nucleic acid dependent ATPase/ dATPase with melting properties. Cell 1990;60:85-93. 11. Semsei I, Tröster H, Bartsch H, Schwemmle M, Igloi GL, Müller WEG, Bachmann M. Isolation of rat cDNA clones coding for the autoantigen SS-B/La: Detection of species specific variations. Gene 1993;126:265-8. 12. Tröster H, Metzger T, Semsei I, Schwemmle M, Mayet W, Bachmann M. One gene two transcripts: Isolation of an alternative transcript encoding for the autoantigen La/SS-B from a cDNA library of a patient with primary Sjögren’s’ syndrome. J Exp Med 1994;180:2059-67. 13. Grölz D, Laubinger J, Wilmer F, Tröster H, Bachmann M. Transfection analysis of expression of mRNA isoforms encoding the nuclear autoantigen La/SS-B. J Biol Chem 1997;18:12076-82. 14. Grölz D, Bartsch H, Tröster H, Bachmann M. The nuclear autoantigen La/SS-B. Mapping and sequencing of the gene and the three retropseudogenes. Gene 1997;191:23-9. 15. Bachmann M, Tröster H, Bartsch H, Grölz D. A frame shift mutation in a hot spot of the nuclear autoantigen La/SSB. J Autoimmun 1996;9:747-56.

16. Fasken MB, Corbett HA. Process or perish: quality control in mRNA biogenesis. Nat Struct Biol 2005;12:482-9. 17. Weischenfeldt J, Lykke-Andersen J, Porse B. Messenger RNA surveillance: neutralizing natural nonsense. Curr Biol 2005;15:R559R562. 18. Schell T, Kocher T, Wilm M, Seraphin B, Kulozik AE, Hentze MW. Complexes between the nonsense-mediated mRNA decay pathway factor upf1 (up-frame shift protein 1) and essential nonsensemediated mRNA decay factors in HeLa cells. Biochem J 2003; 373:775-83. 19. Culbertson MR. RNA surveillance: unforeseen consequences for gene expression, inherited genetic disorders and cancer. Trends Genet 1999;15:74-80. 20. Hentze MW, Kulozik AE. A perfect message: RNA surveillance and nonsense-mediated decay. Cell 1999;96:307-10. 21. Trotta, R, Vignudelli T, Candini O, Intine RV, Pecorari L, Guerzoni C, et al. BCR/ABL activates mdm2 mRNA translation via the La antigen. Cancer Cell 2003;3:145-60. 22. Lawson BR, Baccala R, Croft M, Kono DH, Theofilopoulos AN. Deficiency of cyclin kinase inhibitor p21(WAF-1/CIP-1) promotes apoptosis of activated/memory T-cells and inhibits spontaneous systemic autoimmunity. J Exp Med 2004;199:547-57. 23. Buzás E, Falus A, Szegedi Gy. Az autoimmun betegségek patogenetikai jellemzôi. Orv Hetil 2006;148:12–6.. 24. Rioux JD, Abbas AK. Path to understanding the genetic basis of autoimmune disease. Nature 2005;435:584-9. 25. Szegedi Gy. Autoimmun betegségek sajátosságai. LAM 2004;14: 739-46. 26. Jawaheer D, Seldin MF, Amos CI, Chen WV, Shigeta R, Monteiro J, et al. A genomwide screen in multiplex rheumatoid arthritis families suggests genetic overlap with other autoimmune diseases. Am J Hum Genet 2001;68:927-36. 27. Maas K, Chan S, Parker JS, Slater A, Moore JH, Olsen N, Aune TM. Cutting edge: Molecular portrait of human autoimmune disease. J Immunol 2002;169:5-9. 28. Aune TM, Parker JS, Maas K, Liu Z, Olsen NJ, Moore JH. Colocalization of differentially expressed genes and shared susceptibility loci in human autoimmunity. Genet Epidemiol 2004;27: 162-72. 29. Márka M, Bessenyei B, Zeher M, Semsei I. IL-10 prometer –1082 polymorphism is associated with elevated IL-10 levels in control subjects but does not explain elevated plasma IL-10 observed in Sjögren’s syndrome in a Hungarian cohort. Scan J Immunol 2005; 62:474-80. 30. Bessenyei B, Márka M, Urbán L. Zeher M, Semsei I. Single nucleotide polymorphisms: Aging and diseases. Biogerontology 2004;5:291-303.

HÍR 3RD INTERNATIONAL CONFERENCE ON AUTOIMMUNITY: MECHANISMS AND NOVEL TREATMENTS Place and date: October 7–12, 2007, Aldemar Paradise Village, in Rhodes, Greece The deadline for receipt of abstracts, early registration, and hotel reservations is July 15, 2007. Further information: http://www.aegeanconferences.org/registration/meetingregistration/autoimmunity.asp


45

Az RNS-átvizsgáló mechanizmus hibájából fakadó autoimmunitás Semsei Imre, Darise Farris, Michael Bachmann

Recommend Documents