Genetika transplantací, transplantační zákony

Transplantací rozumíme přenos orgánu, jeho části nebo tkáně z jednoho organismu do jiného nebo na jiná místa v rámci jednoho organismu. Hlavním problémem, se kterým se u transplantací setkáváme, jsou zejména genetické rozdíly orgánů a lidských tkáni mezi jednotlivci. Důležitou roli hraje hlavní histokompatibilitní systém člověka (MHC), který cizorodé antigeny rozpoznává a neutralizuje.

Typy transplantátů

autotransplantát
- přenos tkáně z jednoho místa na místo jiné na témže těle. Nevyvolává žádné imunologické reakce – MHC vnímá transplantát jako sobě vlastní.
isotransplantát
- přenos mezi dvěma organismy se stejným genetickým základem. Příkladem jsou transplantace u identických dvojčat.
allotransplantát
- přenos mezi dvěma organismy stejného druhu. Nejčastěji se vyskytující typ. Problémem je rozlišné genetické pozadí. Hrozí riziko imunitní reakce a rejekce (odmítnutí) štěpu.
xenotransplantát
- přenos z jednoho živočišného druhu na jiný. Nastává velmi rychlá rejekční reakce daná odlišností v genech. Nejčastěji jde o reakci IgM nebo buněčně zprostředkovanou.

Odmítnutí (rejekce) štěpu

Ačkoliv na reakci proti štěpu se podílí B-buňky i protilátky, tak hlavní role zůstává na T-buňkách. Jejich reakce je závislá na předložení antigenu přes MHC. Do procesu se zapojují také pomocné T-buňky (T_H) a lymfokiny. Z lymfokinů má hlavní význam interleukin 2 (IL-2), který aktivuje T_C-buňky. Při odhojování nebývá napadán celý transplantát rovnoměrně. Většinou bývá reakce zaměřena proti vaskulárnímu endotelu nebo parenchymálním buňkám orgánů.

Role T-buněk v rejekcích byla potvrzena testy na myších. U myší s vrozenou aplázií thymu byla pozorována neschopnost odhojovat transplantáty. Stejný efekt mělo také operační odstranění thymu spolu s radioterapií odstraňující zbytek imunokompetentních T-buněk v těle. Naopak injekce T-buněk těmto myším vede k rychlé a agresivní odhojovací reakci.

Hyperakutní odhojení

Vyskytuje se vzácněji, zejména u pacientů, kteří již mají v krvi protilátky proti štěpu (krevní transfuze, těhotenství nebo rejekce předchozího štěpu). Po obnovení krevního toku dochází k destrukci buněk cévního endotelu (především arterií - tam teče krev nejdříve), dochází ke vzniku sraženin a zablokování krevního zásobení štěpu. Dochází tak k rozsáhlé nekróze tkáně.

Akutní odhojení

Trvá dny až týdny, než dojde k odhojení. Hlavní je role T-buněk, u často již dříve sensibilizovaných pacientů.

Chronické odhojení

Závislé na genetických rozdílech mezi dárcem a příjemcem. Jedná se o pomalý proces, který může trvat měsíce až roky. Pro tento typ rejekce je typická luminální obliterace cév a intestinální fibrózy. Často se objevuje u transplantovaných ledvin i deset let po operaci.

Histokompatibilní antigeny

Hlavní histokompatibilní komplex (MHC) slouží k prezentaci alloantigenů T-buňkám. Jestliže T-buňky rozpoznají antigeny jako tělu cizí, dochází k odhojení štěpu. U lidí mluvíme o HLA = Human Leukocyte Antigen. U myší pak o systému H-2. Každý člověk dědí HLA gen po svých rodičích. Je kódován na 6. chromozomu. Výsledný typ je kombinací mateřské a otcovské informace. Jednotlivé buňky lidského těla exprimují molekuly MHC v rozlišné míře. U buněk, které mají za normálních okolností malou aktivitu, dochází k jejich stimulaci po vystavení interferonu gama (IFNg) nebo tumor necrosis faktoru (TNF). MHC molekula se skládá ze dvou alfa řetězců, dvou imunoglobulinu podobných domén a beta části, která je spojuje. Právě alfa helixy, které se nacházejí na zevní straně membrány mají hlavní roli v aktivaci T-buněk.

Transplantační zákony

[ upravit vložený článek

]

V roce 1966 je na základě svých pozorování vyslovili Snell a Stimpfling. Pracovali s inbredními kmeny laboratorních zvířat, zejména myší. Nakonec postulovali 5 transplantačních zákonů.

Pro znázornění si představíme dva inbrední kmeny laboratorních myší – A a B, lišící se pouze alelami jediného histokompatibilního genu.

1. transplantační zákon

Tkáň transplantovaná mezi geneticky identickými příslušníky téhož kmene je trvale přihojována. Syngenní transplantace je úspěšná.

2. transplantační zákon

Tkáň transplantovaná mezi příslušníky dvou inbredních kmenů, které se liší alelami jednoho nebo několika histokompatibilních systémů, je příjemcem destruována. Alogenní transplantace je neúspěšná. Jedinec kmene A (aa) reaguje imunitní reakcí proti antigennímu produktu kmene B (bb) a naopak.

3. transplantační zákon

Tkáň jedinců obou parentálních kmenů transplantovaná na příslušníky F1 hybridní generace je trvale přihojena, zatímco tkáň F1 hybridních jedinců je příslušníky obou rodičovských kmenů odhojována. V důsledku kodominance histokompatibilních genů jsou součástí aloantigenní výbavy F1 hybrida antigenní produkty odlišných alel obou rodičovských kmenů. F1 hybrid je tak geneticky areaktivní vůči rodičovským antigenům, ale naopak jeho tkáň navozuje u obou rodičovských kmenů imunitní reakci.

4. transplantační zákon

Tkáň příslušníků F2 hybridní generace a všech dalších generací je trvale přihojována F1 hybridními příjemci. Je tomu tak proto, že se v dalších generacích mohou objevit pouze různé kombinace aloantigenů rodičovských kmenů (pokud nedojde k mutaci některého lokusu), které jsou všechny obsaženy v genotypu F1 hybrida.

F1 hybrid dvou inbredních kmenů je univerzálním příjemcem štěpů obou parentálních kmenů a všech typů potomků jejich vzájemného křížení.

5. transplantační zákon

Tkáň jedinců obou parentálních kmenů je částí příslušníků F2 hybridní generace odhojována a u části trvale přežívá. Na příkladu, kdy se rodičovské inbrední kmeny liší alelami jediného histokompatibilního lokusu, vidíme, že přežívá 75 % rodičovských štěpů na F2 hybridních příjemcích.

Frekvence přežití rodičovských štěpů na F2 hybridních příjemcích

Snižuje se se zvyšujícím se počtem odlišných histokompatibilních lokusů.

$f_{x}=({\frac {3}{4}})^{n}$

f_x = frekvence trvale přežívajících štěpů;
n = počet histokompatibilitních (H) lokusů, jimiž se parentální kmeny odlišují.

Odhad počtu H-lokusů

diferencí mezi parentálními kmeny podle počtu jejich přežívajících kožních štěpů na F2 hybridech

odhad počtu H-diferencí
Počet H-lokusů	1	2	3	4	5	6	8	10	12	14
Frekvence přežití fx	0,750	0,563	0,422	0,316	0,237	0,178	0,100	0,056	0,031	0,017

Reakce hostitele proti štěpu – HvGR (host vs. graft reaction)

Vzniká při transplantaci antigenů, které nejsou přítomny u příjemce. Zejména u allotransplantátů. Tělo štěp odhojí.

Příklady:

dárce typu A + příjemce typu A = akceptování
dárce typu B + příjemce typu A = rejekce
dárce typu B + příjemce typu A/B = akceptování
dárce typu A/B + příjemce typu B = rejekce

Reakce štěpu proti hostiteli – GvHR (graft vs. host reaction)

Pokud štěp obsahuje kompetentní T-buňky. Buňky hostitele jsou těmito T-buňkami rozpoznány jako cizí. Štěp začne ohrožovat příjemce, zejména proto, že ti jsou často imunosuprimováni a nejsou schopni na tyto agresivní cizí T-buňky reagovat. Štěp ohrožuje svojí agresivitou příjemce. Vznik silné zánětlivé reakce vede k vážnému postižení pacienta a velmi často i k jeho smrti.

Hostitel toleruje štěp u

novorozence – nemá plně vyvinut imunitní systém

dospělého jedince s vyřazeným imunitním systémem (ozáření, patologický stav imunodeficience, apod.)

Výjimky z transplantačních zákonů

neúspěšná transplantace kůže ze samců na samice téhož inbredního kmene – způsobeno expresí samčího transplantačního antigenu kódovaného H-lokusem na chromozómu Y (imunitní odpověď anti-H-Y)
neúspěšná transplantace kůže samce parentálního kmene na F1 samici – odpověď proti H-Y antigenu
neúspěšná transplantace kůže jedinců obojího pohlaví téhož parentálního kmene, z něhož pocházel otec, na F1 samce - odpověď proti H-X antigenu kmene A
neúspěšná transplantace kůže jedinců obojího pohlaví téhož parentálního kmene, z něhož pocházel otec, na F1 samce - odpověď proti H-X antigenu kmene B (viz prezentace)

Jak tedy zabránit odhojení transplantátu?

Samozřejmostí je vybírání odpovídajících dárců a příjemců v rámci histokompatibilního systému. Problémem zůstává fakt, že v serologických vyšetřeních jsme schopni posoudit pouze hlavní antigeny (MHC, HLA). Existují však i antigeny minoritní. Ty mohou vyvolávat imunitní reakce u zdánlivě jinak vyhovujících pacientů. Jedinou výjimkou v tomto směru jsou identická dvojčata.

Samozřejmostí je také krytí imunosupresivní léčbou. Ta je důležitá zejména jako prevence reakce hostitele proti štěpu. Hlavní je potlačení T_C-buněk. Zároveň však musíme počítat i se zvýšeným rizikem infekce těchto pacientů.

O vhodnosti dárce a příjemce se přesvědčujeme jak serologickými testy, tak také pomocí PCR (polymerázové řetězové reakce). Serologické vyšetření hlavních antigenů zabere pouze několik hodin.

Odkazy

Související články

Zdroj

Laws of Transplantation

Použitá literatura

ALBERTS, Bruce, Alexander JOHNSON a Julian LEWIS, et al. Molecular Biology of the Cell [online] . 5.. vydání. Garland, 2007. Dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21054/>. ISBN 978-0-8153-4111-6.