The importance of CTLA-4 and HLA Class II for Type 1 diabetes immunology / Carl-Oscar Jonson.

• Type 1 Diabetes (T1D) is a serious chronic disease that results from an autoimmune destruction of the insulin-producing beta cells. Sweden has the second highest incidence of T1D in the world, and it affects more and more children each year. Genes controlling key functions of the immune system regulation of autoimmunity has been associated to T1D. Polymorphism in the Human Leukocyte Antigen (HLA) Class II is a major risk determinant for T1D but also Cytotoxic T lymphocyte Antigen 4 (CTLA-4) polymorphism can affect predisposition. Immune responses towards Glutamic Acid Decarboxylase 65 (GAD65), Insulin, insulinoma-associated antigen 2 (IA-2) and Heat Shock protein 60 have all been implicated in T1D pathogenesis. We aimed to study the effect and role of CTLA-4 and HLA Class II in the T1D immunity. By focusing on the immune responses associated to T1D in healthy children with risk genotypes we aimed to study immunological effects of T1D risk. We found that HSP60-peptide induced a higher IFN- response in subjects with risk associated CTLA-4 +49GG allele while GAD65 induced IL-4 secretion was lower in risk subjects. Individuals with T1D neutral HLA showed higher IFN- responses to GAD65 than DR3-DQ2 and DR4-DQ8 positive children. We did also detect that T1D patients have reduced IFN- responses to GAD65 compared to healthy children. Interestingly, HLA and CTLA-4 risk genotype seem to reduce those responses to become similar to responses of T1D patients. We also found that CTLA-4 and HLA risk is associated to reduced percentages of lymphocytes expressing intracellular CTLA-4 in healthy children. In another study we recorded maintained levels of CTLA-4 and TGF- mRNA responsiveness to GAD65 in recent onset T1D patients receiving ECP treatment although clinical outcome was certainly limited. In conclusion, HLA Class II risk genes but also CTLA-4 +49A/G to some extent, influence CTLA-4 capacity and T1D protective antigen-specific responses in a manner that might explain the genes’ predisposing and pathogenic capability. 
• Varför har Sverige näst efter Finland världens högsta incidens av barndiabetes? Typ 1 diabetes (T1D) är vanligare i norra Europa och särskilt i de nordiska länderna. Genetisk profil, infektioner och andra miljöfaktorer påverkar en individs mottaglighet för T1D. Hittills är det dock okänt vad som till slut utlöser den process som leder till att aktiverade immunförsvarsceller ”byter sida” och förstör kroppens egna insulinproducerande celler i bukspottskörteln. Ett grundläggande problem utifrån immunförsvarets perspektiv är att kunna skilja mellan vän och fiende, dvs skilja skadliga bakterie- eller virusfragment från fragment som tillhör kroppen själv. För att lära sig vad som är vad, utbildas immunförsvarets dirigenter, T-cellerna (en sorts vita blodkroppar) i thymus-körteln. Där sorteras överreagerande celler bort och de som blir kvar skickas ut i kroppen för att hjälpa oss att hålla oss friska. En förutsättning för att cellerna ska kunna göra den här åtskillnaden är att de nedbrutna bakterie- och virusfragment i form av äggviteämnen, visas upp för andra vita blodkroppar. HLA klass II molekylen fungerar som en serveringsbricka och håller upp det som ätarceller hittat och brutit ned. Variationer i konstruktionskoden för HLA gör att risken för att utveckla T1D ökar eller minskar. Möjligen sker detta genom att de HLA-varianter som finns i 95 % av T1D patienter serverar äggviteämnen på ett sätt som immunförsvaret missförstår som farligt. Vissa virus har identiska sektioner med äggviteämnen i de insulinproducerande cellerna vilket gör att immunförsvaret skulle kunna missta betacellerna för virusinfekterade celler och attackera dem. Det har på senare år visat sig att utbildningssystemet i thymus inte fungerar perfekt, utan faktiskt släpper igenom en del överreagerande celler, som skulle kunna starta reaktioner mot kroppens egna celler. För att hindra detta utnyttjar immunförsvaret ett kontrollsystem bestående av regulatoriska signaler och T-celler (T-reg celler). Treg celler har till uppgift att hålla eventuella självreaktiva immunprocesser i schack och undervisa immunförsvaret att tolerera ofarliga äggviteämnen. Ett viktigt äggviteämne i detta kontrollsystem är CTLA-4. Det är en ytmarkör som finns i och på T-celler, och framförallt T-reg celler. CTLA-4 fungerar som en sorts tröskel, så det krävs en tillräckligt stark (=säker) hotsignal för att komma över denna tröskel så att immunförsvaret sen kan gå till attack. CTLA-4 aktivitet tros vara väldigt viktigt i de mekanismer som kan bromsa eller hejda utvecklingen av T1D. Dessa skyddande mekanismer är målet för en del av forskningen kring framtida behandlingar av T1D. Konstruktionskoden för CTLA-4 varierar något mellan olika personer. Några varianter har visat sig vara sammankopplade med ökad risk för T1D och andra sjukdomar där immunförsvaret överreagerar och angriper kroppens egna vävnader (så kallade autoimmuna sjukdomar). Tidigare studier har visat att immunförsvarets signalmolekyler, cytokiner, driver in systemet mot i huvudsak två olika profiler, Typ1 och Typ2. De här profilerna är en viktig del i den normala kampen mot virus och bakterier, men i vissa sjukdomar visas en övervikt av den ena eller den andra profilen. Typ1 är vanligare bland personer som utvecklar typ 1 diabetes, medan Typ2 verkar skydda. Både immunprofil och Treg celler går att spåra med hjälp av signaler som är karakteristiska för celltyperna. Populärt förfarande vid utredning av T1D-immunologi och genetik är att man antingen studerar signalerna inom immunförsvaret och dess inbördes förhållanden, eller att man studerar hur stor andel av individerna med en viss genvariant som utvecklar sjukdomen. Detta är förstås värdefull information, men det lämnar en kunskapslucka i relationen mellan gen och immunförsvar. Det som är unikt med vår forskning är att vi studerat just vad för effekt de genetiska förändringarna får på immunförsvaret och särskilt det immunreglerande proteinet CTLA-4. Vår hypotes är att genom att gruppera friska och sjuka individer för olika kända riskgener - och sedan studera deras immunreaktioner – så kan vi identifiera delar av den process som riskgenerna verkar genom. Vi har fokuserat vår forskning på att försöka ta reda på hur de olika varianterna i HLA och CTLA-4 påverkar immunförsvaret så att de insulinproducerande cellerna angrips. Vi har observerat att immunsvaret i individer med den sjukdomsassocierade varianten av CTLA-4 har en större övervikt mot typ 1 när det retas med ett särskilt äggviteämne som är intressant inom diabetesforskning. Vi kunde även observera att friska barn med HLA klass II risk att utveckla T1D reagerade med svagare Typ1 svar än barn med neutrala gener när deras celler retades med ett äggviteämne som verkar vara aktivt i sjukdomsmekanismen av T1D. Intressant nog verkar barn med HLA risk ha en responsprofil som liknar de barn som redan utvecklat T1D. Observationer från ett annat projekt visar tecken på att barn med både CTLA-4 och HLA risk har försämrad förmåga till att uppreglera tolerans. Cellernas depåer av äggviteämnet CTLA-4 som är en viktig aktör i den toleransprocessen, är lägre i friska barn med genetisk risk. Inom avhandlingen har vi dessutom studerat effekter på toleranssystemen efter behandling med en tidigare föreslagen terapikandidat vid T1D, fotoferes. Behandlingen som i princip gick ut på att en andel av de vita blodkropparna bestrålades med UV-ljus, hade begränsade kliniska resultat men vi kunde se att behandlingen verkade stödja toleranssystemen. Genom att studera centrala immunologiska mekanismer och gener starkt förknippade med T1D har vi kunnat observera interaktioner mellan dessa system. Om vi drar oss till minnes att 95% av individerna som utvecklar T1D har HLA risk, kan vi nära nog säga att HLA risk är nästintill en förutsättning för att senare utveckla sjukdom. Vi visar att friska barn med HLA risk har en försämrad kapacitet att motverka ett självreaktivt immunförsvar. Kan det alltså vara så att T1D föregås av en försämring av kontrollsystemen? Det är viktigt att fortsätta undersöka hur CTLA-4 och framförallt HLA påverkar immunförsvaret och vad det betyder för personer med riskvarianter av dessa gener. I framtiden kanske vår forskning leder till att vi blir bättre på att se vem som riskerar att bli sjuk och hur detta går till. Det är också av yttersta vikt att vi får en tydligare bild av hur dessa centrala toleransmekanismer verkar när vi utvärderar den möjliga effekten av det nu aktuella T1D-”vaccinet” Diamyd och andra kliniska terapiförsök. 

Ämnesord

Medical and Health Sciences  (ssif)

Clinical Medicine  (ssif)

Endocrinology and Diabetes  (ssif)

Medicin och hälsovetenskap  (ssif)

Klinisk medicin  (ssif)

Endokrinologi och diabetes  (ssif)

MEDICINE  (svep)

Dermatology and venerology,clinical genetics, internal medicine  (svep)

Internal medicine  (svep)

Diabetology  (svep)

MEDICIN  (svep)

Dermatologi och venerologi, klinisk genetik, invärtesmedicin  (svep)

Invärtesmedicin  (svep)

Diabetologi  (svep)

Genre

government publication  (marcgt)

Indexterm och SAB-rubrik

Type 1 Diabetes

Genetics