Lidské leukocytární antigeny z hlediska CD klasifikace

Souhrn

Autor podává stručnou informaci o pokroku v oblasti lidských leukocytárních antigenů. Článek komplexně shrnuje výskyt membránových znaků zahrnutých do CD (Cluster of Differentiation) klasifikace. CD molekuly mají velké dopady v lékařském výzkumu, imunodiagnostice a i léčbě a tak CD profily se obecně používají u biologů, patologů a kliniků. Jsou uvedeny profily přibližně 400 membránových molekul lidských leukocytů, které jsou zahrnuty do CD klasifikace (CD1–CD350). Většina CD molekul jsou integrální membránové proteiny, které mohou různými způsoby procházet buněčnou membránou. Znalost v utváření domén jednotlivých molekul v intercelulární či extracelulární oblasti je podstatná pro pochopení interakcí s ostatními proteiny. CD znaky jsou velkým přínosem pro výzkum a diagnostiku celé řady chorob včetně možnosti léčby u některých nádorů.

Klíčová slova:
leukocytární a erytrocytární antigeny – HCMD systém – pracovní setkání

Úvod

Těžištěm současné molekulární imunologie a hematoonkologie je identifikace membránových molekul, které se vyskytují na různých normálních a patologických buňkách. Tyto znaky jsou objasňovány hlavně z hlediska jejich chemické struktury, genetické determinace, exprese a funkce. Využívání monoklonálních protilátek k odkrytí a poznání membránových antigenů lidských leukocytů přináší i některé problémy. Některé antigeny byly dříve popisovány pod několika zcela odlišnými názvy, což byl i důvod k zavedení tzv. CD klasifikačního systému, ve kterém velmi dobře definovaným membránovým molekulám jsou přiřazována jednotlivá CD čísla. Tento systém neboli nomenklatura se vytváří na základě pracovních HLDA a HCDM zasedání (workshopů) a konferencí, zaměřených na problematiku monoklonálních protilátek. Tyto protilátky mají zásadní význam, neboť kvalitní monoklonální protilátky jsou také středem zájmu farmaceutického průmyslu.

HLDA a CD klasifikační systém

Zkratka HLDA původně označovala human leukocyte differentiation antigens (lidský leukocytární diferenciační antigen), ale později se jí začala označovat nomenklaturní vědecká zasedání, kterých bylo již uspořádáno celkem osm. Prvé setkání bylo v roce 1982 v Paříži – kde byl založen CD klasifikační systém – potom následovaly pracovní setkání v Bostonu (1984), Oxfordu (1986), Vídni (1989), znovu v Bostonu (1994), Kobe (1996), Harrogate (2000) a naposledy v Adelaide (2004), kde se zavedlo pro tyto antigeny označení HCDM (Human Cell Differentiation Molecules). V Paříži dostaly antigeny definované monoklonálními protilátkami označení tvořené písmeny CD (Cluster of Differentiation) s příslušným číslem a v tomto systému se i nadále pokračuje. Pokud je v CD „názvu“ obsaženo písmeno „w“, znamená to, že antigen ještě není jednoznačně definován (např. CDw12, CDw210, CDw293). Během posledního zasedání (8. HLDA) bylo u několika antigenů písmenko w z jejich původních názvů vypuštěno, takže vlastně zbývají již pouhé 4. Tab. 1 podává základní informace z hlediska formování CD nomenklatury.

Po konferenci v Aldelaide (Austrálie) končí CD systém číslem CD350, ale CD membránových molekul je o něco více, protože v tabulce znaků jsou zahrnuty jednak skupiny příbuzných molekul (integrinů, selektinů) a jednak různé jejich glykozylované formy. V nomenklatuře CD „leukocytárních“ znaků jsou šířeji zavzaty i některé molekuly, které se nacházejí na dendritických a endoteliálních buňkách, erytrocytech a krevních destičkách, takže jejich zahrnutí do „čistě“ leukocytárních antigenů není zcela přesné. U skupiny antigenů velmi blízce příbuzných molekul je jejich rozlišení ještě vystiženo písmeny (např. CD1, CD11, CD16, CD42, CD49 a další) a v případě dimerů či trimerů jsou řetězce označeny i řeckou abecedou (α, β, γ). U některých znaků jsou jejich glykozylované (sialyzované) formy vyjádřené písmenem –s, ale tyto antigeny jsou již zahrnuty do příslušného CD označení bez tohoto písmenka (např. CD15s, CD65s jsou zahrnuty do C15 a CD65). Několik antigenů nese označení –R (např. CD162R, CD236R), což je zkratka pro „restricted“.

Tab. 2 dokumentuje základní údaje o všech antigenech, zahrnutých do CD nomenklatury. Poslední CD znak končí číslem CD350, ale některá čísla jsou pro CD znaky v tabulce pouze rezervována. Jedná se o ty znaky, kde čísla jsou uvedena v závorkách.

Inventarizace – či přiřazování – membránových molekul do CD systému nemá logiku, v podstatě se nahodile jednotlivým znakům dávají CD čísla. Jenom snad pro lepší zapamatování lze v CD systému najít některé logické snahy, mající charakter spíše pomůcek. Např. Fc γ receptory (III, II, I) jsou v CD tabulce uvedeny pod násobkem čísla 16, tj. CD16, CD32 a CD64. Receptory pro interleukiny (IL1, IL2, IL3, IL4, IL5, IL6, IL7 a IL8) jsou uvedeny posloupností čísel CD121 až CD128 a dále receptory pro IL10 až IL19 mají vymezeno postupné označení CD210 až CD218. Podobně je tomu v pořadí čísel pro chemokinové receptory. Dalo by se říci, že organizátoři hledají co nejvíce možností, jak tyto antigeny uspořádat, aby v zařazování byl co nejmenší chaos.

Po 8. HLDA konferenci se do CD tabulky promítly některé změny, které dosavadní nomenklaturu velmi rozšiřují či doplňují. Zhruba 100 znaků bylo do CD tabulky vloženo. Do nové CD tabulky byly začleněny některé velmi podstatné molekuly, jako jsou např. TRAIL receptory, TOLL-„like“ receptory, receptory programované buněčné smrti (B7DC, B7H1, PD1) a celá řada dalších molekul, které mohou mít i významné uplatnění v klinickém a diagnostickém terénu. Samozřejmě nelze říci, že některý receptor je zajímavější či důležitější, spíše jeho funkce se může jevit z hlediska našich znalostí pro některé buňky významnější a pro jiné méně tak zásadní. Konference v Adelaide přinesla i některé změny z hlediska strategie zařazování lidských membránových antigenů. Označení HLDA (Human Leukocyte Differentiation Antigens) bylo pozměněno na HCDM (Human Cell Differentiation Molecules) a také zařazování nových znaků bude prováděno jiným způsobem, a to s ohledem na nomenklaturu genů podle „Human Geonome Organization (HUGO), Gene Nomenclature Committee“.

Rozpracovávání inventarizace leukocytárních antigenů naráží i na řadu problémů. Jedním z nich je, jaké spektrum molekul má být do této nomenklatury zahrnuto. Má se jednat hlavně o buněčné znaky čistě leukocytární, popř. rozšířené o molekuly exprimované na krevních elementech (destičkách, erytrocytech) hematopoetického původu, nebo má se systém rozšířit třeba o skupinu úzce příbuzných molekul, vyskytujících se na různých somatických buňkách (hepatocyty, keratinocyty, mozkové buňky apod). Do jednotlivých workshopů byly zahrnuty sekce týkající se karbohydrátových (lektinových) struktur, erytrocytárních buněk, dendritických buněk, kmenových/progenitorových buněk a také sekce se snahou zavedení určitých korelací s buňkami některých živočišných druhů. To je dáno tím, že některé epitopy nejsou pouze specifické pro lidský systém, ale jsou vytvořeny i na buňkách jiných živočišných druhů. Další otázky vyvstávají, zda mají být karbohydrátové epitopy či antigeny třeba krevních skupin, nebo některé „intracelulární“ diferenciační molekuly, také zahrnuty do této nomenklatury. Po konferenci v Adelaide bylo dohodnuto, že budou tyto antigeny zahrnuty do i CD klasifikace.

CD nomenklatura je mezinárodně akceptovaná WHO a IUIS (International Union of Immunological Societies), a tak bude zřejmě nezbytné tuto nomenklaturu určitým způsobem dotvořit či uzavřít. I když nomenklatura nemá zcela jasné logické uspořádání a původní předpoklad „inventarizovat všechny membránové molekuly lidských leukocytů“ se poněkud zkomplikoval, přesto v biologii leukocytů je tato nomenklatura jeví jako velmi užitečná. Některé názvy molekul (např. CD3, CD4, CD8, CD34) se dokonale vžily, takže jsou běžně mezinárodně používané. Jiné názvy některých adhezivních a destičkových molekul se vyskytují v obojí podobě (tj. původní název a CD označení). Se zahrnutím membránových imunoglobulinů (mIg), TC receptorů (TCRα/β, TCRγ/δ), HLA molekul (HLA-A, B, C a HLA-DR) se do CD nomenklatury již nepočítá, protože označení pro tyto znaky jsou tak zažitá, že měnit je, by zřejmě nemělo smysl.

Výčet membránových znaků lidských leukocytů není ještě zdaleka vyčerpán. Popsaných antigenů (nebo skupin antigenů), které mají CD označení, je v současné době zhruba 400. Mimo to, na leukocytech existují další molekuly, které jsou již popsané, ale doposud nemají CD označení, a také molekuly, které zatím nejsou objevené a tak se dá předpokládat, že současný stav poznání membránových struktur leukocytů se pohybuje kolem 50–60 %. Tento odhad vychází z nálezů rozlišení membránových proteinů lidských leukocytů dvourozměrnou elektroforézou, kde lze nalézt až kolem 1 000 molekul. Pro jednotlivé typy buněk je charakteristické spektrum membránových struktur, které mohou být vyjádřeny v různém zastoupení (počet kopií) na buňce. Třeba na erytrocytech může být exprimováno 100–200 různých molekul, na lymfocytech 200 až 300 a na monocytech snad ještě o něco více. Také počet kopii jedné molekuly na buňku může být různý, např. na erytrocytárním povrchu je CD99 (12E7 protein, E2) vyjádřen kolem 1 000 kopií oproti znaku GLUT1, který je zastoupen v rozmezí 200 000 až 700 000 kopií. Dále se odhaduje, že na buněčné membráně lidských leukocytů může být vyjádřeno až 8–10 milionů všech molekul. Spektrum jednotlivých molekul vtiskují buňce její funkce, které podmiňují její komplexnost a také její plastičnost. V naší práci jsme sledovali počet kopií chemokinových receptorů na lymfocytech, monocytech a granulocytech a nalezli relativně malé zastoupení v počtu kopií na těchto buňkách (výsledky připraveny pro tisk).

Membránové antigeny nejen napomáhají charakterizovat jednotlivá diferenciační a proliferační stadia lidských normálních leukocytárních buněk, ale mají zásadní dopad v patogenezi a patofyziologii celé řady chorob. V současné době některé diagnosticky významné molekuly výraznou měrou napomáhají v klasifikaci leukemií a lymfomů, což se odrazilo do jejich diferenciální imunodiagnostiky.

Kvalitativní i kvantitativní zastoupení jednotlivých molekul je relativně konstantní pro jednotlivé typy buněk, což indikuje, že celá architektura buněčné membrány je pod genetickou kontrolou. Fenotypové kopie (počet molekul na buňku) jsou konstantně přepisovány a organizovány do daných stechiometrických poměrů, které ve fylogenezi byly zřejmě utvářeny dle určitých funkčních hledisek. U patologických buněk (leukemických/lymfomových) může být exprese membránových molekul pozměněna, ale přesto zůstává otázka, ke kterému typu normálních buněk je tato exprese vztažena. V CD nomenklatuře jsou zahrnuty i některé erytrocytární molekuly vytvářející krevní skupiny (Kell = CD238, Band3/Diego = CD233, Duffy skupina = CD234, Rh30CE = CD240CE, Rh39D = CD249D, Rh30D/CE = = CD240DCE).

Jednotlivé membránové molekuly lokalizované na buněčném povrchu mají celou řadu funkcí, pomocí nichž se buňka orientuje v daném mikroprostředí a zprostředkovává svoji odezvu. Tímto způsobem buňka vlastně jednak reaguje na prostředí a jednak vyjadřuje svoji individualitu. Buňka má tedy ve svém vybavení velkou škálu receptorů, pomocí nichž má možnost zprostředkovávat celou řadu interakcí. Zjednodušeně by se dalo říci, že různé funkce, jako diferenciace, proliferace, aktivace, migrace, polarizace, apoptóza, „homing“ a některé další jsou vytvářeny pomocí membránově vázaných molekul, které jsou propojeny různými mechanizmy s celou řadou dalších systémů.

Závěr

Na závěr lze říci, že v poslední době byly popsány celé skupiny příbuzných molekul, které mají různé zastoupení na normálních a patologických buňkách. Na některých buňkách může být počet těchto molekul velmi malý (200–500 molekul/buňku), a naopak některé molekuly mají vysoký počet kopií na buňku. Celá řada molekul se vyskytuje na patologických buňkách, což výrazným způsobem napomáhá osvětlovat patologii a patofyziologii různých nádorů. V neposlední řadě se otevřela imožnost využít monoklonální protilátky se specifitami proti membránovým antigenům pro cílené působení v léčbě některých nádorů.

Poděkování

Autor vyslovuje i poděkování Ing. J. Buriánkové za tabelární zpracování CD nomenklatury. Článek je podpořen i novým vědeckým záměrem pro UHKT na rok 2007. Autor měl možnost se aktivně účastnit posledních 4 pracovních setkání, kde prezentoval výsledky reaktivit monoklonálních protilátek proti chemokinovým receptorům s různými normálními i patologickými profily lidských buněk.

RNDr. Kristián Koubek, DrSc.

www.uhkt.cz

e-mail: Kristian.Koubek@uhkt.cz

Doručeno do redakce: 12. 12. 2007

Přijato po recenzi: 30. 1. 2008