Роль гена HLA-G и его экспрессии в генезе привычного невынашивания беременности

Полный текст

Рост числа бесплодных супружеских пар с невынашиванием беременности в анамнезе, включая повторные потери плода, является неблагоприятным фоном в демографической картине Российской Федерации. Иммунологические факторы в 50–80 % случаев были основными причинами ранних репродуктивных потерь. Независимо от срока беременности существует уникальная комбинация экспрессии лейкоцитарного антигена человека (human leucocyte antigen, HLA) на вневорсинчатых клетках трофобласта и материнских лейкоцитах в децидуальной ткани на границе системы мать – плацента – плод. Клетки вневорсинчатого трофобласта экспрессируют полиморфные неклассические антигены главного комплекса гистосовместимости человека класса I — HLA-E, HLA-F, HLA-G и HLA-C (рис. 1). Из них HLA-G представляет собой молекулу, которая защищает плод от разрушения иммунной системой его матери, таким образом в значительной степени способствуя толерантности двух организмов.

 

Рис. 1. Схематичное представление плода, плаценты, децидуальной ткани и функциональное значение белковых молекул экспрессии HLA-G. Прямоугольная вставка показывает увеличенное изображение границы раздела матери и плода с локализацией популяций клеток трофобласта. Клетки цитотрофобласта являются предшественниками популяций дифференцированных клеток трофобласта; клетки вневорсинчатого трофобласта (EVT) на своей поверхности экспрессируют HLA-E, HLA-G и, возможно, HLA-F; клетки синцитиотрофобласта вместе с клетками ворсинчатого трофобласта могут экспрессировать растворимую форму белковых молекул HLA-G. Стрелки на круглой вставке отображают взаимодействия HLA-G с различными рецепторами на поверхности клеток — естественных киллеров (NK) матки, CD8⁺ Т-клеток. ILT — иммуноглобулиноподобный транскрипт [1]

 

HLA-G действует как иммунный механизм «ухода» от опухолей за счет прямого взаимодействия с иммунными эффекторами в качестве «щита» [2]. В 2001 г., когда слово «щит» использовали для определения функции молекул HLA-G по защите от чужеродных или нежелательных тканей и клеток, иммунологически запрограммированного разрушения, это было связано с его структурным содержанием. Однако с течением времени этим межклеточным взаимодействиям лиганд – рецептор, которые блокируют иммунные реакции, было дано новое название — иммунные контрольные точки [3]. Иммунные контрольные точки — это не молекулы, а пути реализации ответа, и поэтому HLA-G больше не является щитом: взаимодействие HLA-G/иммуноглобулиноподобный транскрипт (ILT) — это иммунная контрольная точка.

РАЗВИТИЕ РЕПРОДУКТИВНОЙ ИММУНОЛОГИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

P. Medawar в 1953 г., поставив вопрос «почему полуаллогенный плод защищен от отторжения со стороны материнской иммунной системы?», положил начало репродуктивной иммунологии. Если к беременности применять классические правила трансплантационного иммунитета — плод как «трансплантат» должен быть отвергнут организмом матери — «хозяином».

Напротив, иммунологическое подтверждение беременности организмом женщины необходимо для успешной имплантации и последующего развития беременности. Активация иммунной системы, по-видимому, необходима для нормального исхода [4].

Мировую известность французскому ученому-профессору Jean-Baptiste-Gabriel-Joachim Dausset принесли исследования в области иммунологии, в первую очередь совершенное им совместно с американским иммунологом венесуэльского происхождения Baruj Benacerraf и американским трансплантологом-иммунологом George Davis Snell открытие в 1952 г. человеческих лейкоцитарных антигенов, входящих в главный комплекс гистосовместимости. Благодаря этому открытию ученые получили возможность предсказывать вероятность реакции отторжения при пересадке органов и тканей, что сделало возможным развитие современной трансплантологии [5, 6].

Последующие исследования J. Dausset были посвящены генетическим причинам развития ряда хронических заболеваний. В 1980 г. J. Dausset, B. Benacerraf и G. Snell были удостоены Нобелевской премии по медицине и физиологии «за открытия, касающиеся генетически детерминированных структур на клеточной поверхности, регулирующих иммунологические реакции». На деньги, полученные от Нобелевской премии, и грант французского телевидения в 1984 г. был основан Центр изучения полиморфизма человека (Human Polymorphism Study Center, CEPH), который позже был переименован в Фонд J. Dausset-CEPH.

В исследованиях 1960-х годов было доказано влияние антигенов HLA на развитие плода, течение и исход беременности. В работах 1970-х годов показано большое количество совпадений антигенов HLA в парах с привычным невынашиванием беременности (ПНБ). По данным Л.Д. Серовой, при совместимости супругов по 3 антигенам HLA и более риск невынашивания беременности и бесплодия возрастает до 100 % [7].

C. Ober и соавт. показали высокую частоту совпадений HLA-DQ у супругов с ПНБ, используя метод полимеразной цепной реакции (PCR-SSOP, sequence-specific oligonucleotide probe hybridisation) [8–11].

В 90-х годах была установлена связь между привычной потерей плода и антигеном HLA-DR (DR1 и DR3). В парах с неудачными исходами беременности супруги чаще совпадали по антигенам HLA-DR, в парах с невынашиванием беременности значительно чаще выявляли гаплотип HLA-B44/DR5 [12].

ГЕН HLA-G

Ген HLA-G был впервые описан как структурный гомолог мышиного гена Qa в 1987 г. (D.E. Geraghty, B. Koller, H.T. Orr). Среди всех продуктов экспрессии главного комплекса гистосовместимости I класса HLA-G является наиболее ярким представителем неклассических белков класса Ib, которые экспрессируются на клетках трофобласта. Главные отличия HLA-G — это ограниченное распространение в тканях, низкий уровень полиморфизма, наличие 7 различных изоформных структур, которые образуются в результате альтернативного сплайсинга, а также способность оказывать супрессивное действие на иммунокомпетентные клетки. Ген HLA-G располагается на коротком плече хромосомы 6 в области 6p21.3 в кластере генов главного комплекса гистосовместимости класса I.

Уникальный альтернативный сплайсинг HLA-G приводит к формированию 7 изоформ, в состав которых входят 4 мембраносвязанные (HLA-G1-G4) и 3 растворимые формы (HLA-G5-G7) [13]. Димеры растворимой молекулы sHLA-G увеличивают ее функциональную способность. Во время беременности HLA-G1 и HLA-G5, очевидно, оказывают наибольшее влияние на ее развитие и пролонгирование, так как в ряде исследований было показано, что на границе функционального разделения организма матери и плода клетки вневорсинчатого трофобласта экспрессируют как мембраносвязанные молекулы HLA-G1, так и ее растворимые формы HLA-G5/sHLA-G1. До сих пор остается спорной информация об экспрессии изоформ HLA-G в ворсинчатом цитотрофобласте и синцитиотрофобласте. Кроме того, по последним данным, растворимая форма sHLA-G обнаружена в плазме крови беременных, а также небеременных женщин, в фолликулярной жидкости и супернатантах ооцитов. Интересно, что у мужчин sHLA-G присутствует в плазме крови и в семенной жидкости [14]. Белковая молекула HLA-G взаимодействует с различными иммунными рецепторами, в том числе иммуноглобулиноподобным транскриптом 2 и 4 и KIR2DL4, что способствует иммунологическим процессам, которые включают ингибирование пролиферации и функции Т-клеток, пролиферации NK-клеток и их цитотоксичность, индукцию регуляторных Т-клеток, подавление дифференцировки антигенпрезентирующих клеток, что в конечном счете приводит к изменению секреции цитокинов.

Белковые продукты экспрессии гена HLA-G сложны по своей структуре и могут присутствовать в виде мономеров, гомо- и гетеромультимеров, убиквитинированных белков, находящихся в свободном состоянии в биологических жидкостях или являться составной частью экзосом [15].

ЭКСПРЕССИЯ ГЕНА HLA-G И ЕЕ РЕГУЛЯЦИЯ

Экспрессия HLA-G зависит от комбинаций факторов транскрипции, микроРНК (миРНК) и факторов окружающей среды. Регуляция HLA-G уникальна и отличается от экспрессии других молекул HLA I класса. Так HLA-G экспрессируется на вневорсинчатых клетках цитотрофобласта, что является уникальным, и зависит от фрагмента ДНК размером 250 п. н., который расположен в 1,1 т. п. н. перед старт-кодоном трансляции HLA-G. Данная последовательность ДНК отсутствует в классической HLA I класса и может действовать в качестве предполагаемой локус-контролирующей области. Промоторная область гена HLA-G отличается от классических промоторов I класса главным образом потому, что (1) в ней отсутствуют регуляторные чувствительные элементы для интерферона гамма (IFNγ) и транскрипционного фактора NF-κB, (2) проксимальная область промотора (в пределах 250 п. н. от первого транслированного кодона ATG) не опосредует трансактивацию с помощью основных механизмов трансактивации HLA I класса, и (3) присутствуют идентифицированные альтернативные регуляторные элементы (белки теплового шока, прогестерон и элементы, ответственные за гипоксию — hypoxia) и неидентифицированные элементы, отвечающие за интерлейкин (IL) 10, глюкокортикоиды и другие элементы транскрипции.

Ikeno и соавт. идентифицировали потенциально негативный регулятор, который перекрывает длинный встроенный элемент (LINE1), расположенный на расстоянии 4 т. п. н. в направлении 3’-5’ от стартового кодона ATG в гене HLA-G. Этот сайленсерный элемент может объяснить ограниченную экспрессию HLA-G по сравнению с другими генами I класса [16]. Были идентифицированы три альтернативных регуляторных фактора: 1) регуляторный фактор интерферона 1 (IRF-1), который связывает с интерфероном стимулирующие элементы ответа; 2) белки теплового шока 1; 3) прогестерон, который активирует промотор HLA-G in vitro после присоединения к элементу ответа, расположенному между -52 и -38.

Плацента продуцирует и локально секретирует несколько факторов, которые могут модулировать транскрипцию HLA-G и/или экспрессию его белковых молекул в мононуклеарных клетках крови и в клетках трофобласта. Факторы роста, противовоспалительные или провоспалительные цитокины, такие как IL-1β, IL-10, IFNα, -β, -γ, в сочетании с гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором и/или IL-2, лейкемия-ингибирующим фактором, эпидермальным фактором роста и трансформирующим фактором роста β способны повышать экспрессию гена HLA-G. Такой же эффект наблюдался для гормонов, таких как глюкокортикоиды (дексаметазон, гидрокортизон), β-эстрадиол, прогестерон, пролактин и лептин, которые продуцируются плацентой [17–19].

Чтобы некоторые из этих модуляторов были активными, необходима транскрипционная активность гена HLA-G. Это может быть обеспечено ключевой физиологической микросредой в процессе плацентации. Например, активация мРНК HLA-G наблюдалась в исследовании с цитотрофобластом хориона в I триместре гестации [20].

Метилирование ДНК и модификация гистонов — взаимосвязанные эпигенетические механизмы, которые играют ключевую роль в контроле транскрипции. CpG-метилирование ДНК было проанализировано в клеточных линиях при лейкемии у человек, в результате была выявлена активация транскрипции HLA-G после обработки деметилирующим агентом 5-азацитидином (5-Aza-dC) в некоторых клеточных линиях. Однако во многих других клеточных линиях обработка 5-Aza-dC усиливала транскрипцию HLA-G без экспрессии на уровне белка. Когда при эксперименте восемь различных клеточных линий подверглись воздействию трихостатина А — ингибитора гистондеацетилазы — транскрипция HLA-G наблюдалась только в клетках меланомы человека M8. Эти находки указывают на посттранскрипционный механизм регуляции экспрессии HLA-G, который может быть более распространен, чем считали [21].

Посттранскрипционная регуляция связана с миРНК. миРНК — молекулы, способные подавлять экспрессию генов путем индукции деградации РНК при связывании со специфическими сайтами в 3’-областях мРНК. Они представляют собой класс РНК, не кодирующих белки, которые регулируют 30 % всех генов у животных, связываясь со специфическими сайтами в 3’-нетранслируемой области (UTR). Через репрессию мишеней миРНК вызывают критические изменения в программах экспрессии генов, которые лежат в основе таких понятий и процессов, как время развития, дифференциация, пролиферация, гибель клеток и их метаболизм. Экспрессия миРНК тканеспецифична, и, более того, миРНК в большом количестве экспрессируются в плаценте человека. Плод является полуаллогенным по отношению к матери, и предполагается, что HLA-G обеспечивает иммунную толерантность плода и матери для благоприятного течения беременности. Это похоже на механизм в опухолевых клетках, которые избегают иммунного надзора. Дальнейшие исследования показали, что миРНК-133a играет ключевую роль в процессах пролиферации и инвазии опухолевых клеток [22]. В соответствии с этими выводами дисфункция пролиферации и инвазии Т-клеток — одна из основных причин прерывания беременности.

При изучении механизмов, лежащих в основе ПНБ, X. Wang и соавт. обнаружили, что миРНК-133a значительно больше экспрессируется в ворсинах хориона у пациенток с ПНБ по сравнению с ворсинами хориона у пациенток с индуцированным абортом [21]. Прогнозирование при использовании нескольких программ и полимеразная реакция в реальном времени подтвердили, что миРНК-133a, наиболее вероятно, связывается с 3’UTR HLA-G, а функции децидуальных NK-клеток могут быть подавлены сниженной экспрессией HLA-G, что предполагает возможный механизм повторных репродуктивных потерь (рис. 2). W. Guo и соавт. продемонстрировали, что миРНК-133a негативно регулирует экспрессию HLA-G, влияя на функцию децидуальных NK-клеток через KIR2DL4 у пациентов с ПНБ [23]. Статус экспрессии HLA-G отличается среди эмбрионов, тканей и групп клеточных популяций. Оказалось, что экспрессия HLA-G снижается с помощью миРНК-133a в клетках JEG-3 за счет блокады трансляции, а не за счет деградации мРНК. Эти наблюдения указывают на критическую роль HLA-G при развитии физиологической беременности и на то, что чрезмерная экспрессия миРНК-133a подавляет экспрессию HLA-G у пациенток с репродуктивными потерями. Более того, высокая экспрессия миРНК-133a вносит свой вклад в патогенезе ПНБ.

 

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая гипотезу взаимосвязи между снижением экспрессии гена HLA-G и нарушением функции децидуальных естественных киллеров (NK) при привычном невынашивании беременности (привычная потеря плода). Более низкая экспрессия KIR2DL4 в децидуальных NK-клетках у пациенток с привычным невынашиванием беременности может подавлять проинвазию и секрецию проангиогенных цитокинов в этих клетках. Кроме того, сниженная экспрессия гена HLA-G с помощью миРНК-133a в линии клеток трофобласта, HTR-8/SVneo может влиять на секреционную способность децидуальных NK-клеток при связывании с KIR2DL4. Снижение уровня цитокинов может повлиять на инвазию трофобластов и ангиогенез. EVT — клетки вневорсинчатого трофобласта; VEGF — фактор роста эндотелия сосудов [23]

 

ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА HLA-G

HLA-G отличается от классических генов HLA тем, что обладает очень ограниченными полиморфными аллелями; например, у HLA-B 1431 аллель, у HLA-C 569 аллелей, тогда как у HLA-G только 46 аллелей [24]. Полиморфные изменения затрагивают как кодирующие, так и некодирующие области гена. А.С. Аленичев и соавт. показали, что частота аллеля G*0101 в популяции Северо-Запада РФ составила 86,5 %. Аллель G*0101 рассматривают как наиболее широко распространенный среди европеоидов (в популяции хаттеритов частота составляет 72,5 %, в популяции Дании — 87 %, Германии — 86 %, Японии — 55 %, Индии — 39 %) [25].

Исходя из кластерного анализа, проведенного для аллелей G0101–0107 в различных популяциях, можно выделить два четко выраженных кластера: «Европейский» (Дания, Северо-Запад РФ, Германия и Польша), «Азиатский» (Япония, Северная Индия) (рис. 3).

 

Рис. 3. Сходство различных популяций по аллелям G*0101–0107 гена HLA-G. Кластеризация по методу Варда с использованием меры расстояния Эвклида [25]

 

Анализ гена HLA-G как одного из возможных генов-кандидатов, способствующих развитию мультифакторных заболеваниям, чрезвычайно важен для медицинской генетики.

Кластерный анализ и дальнейшее изучение гена HLA-G позволит индивидуализировать подход к прогнозированию и лечению пациентов с иммунологическими нарушениями и проблемами репродукции исходя из их происхождения и «генетических корней».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании иммунологического взаимодействия с иммунными клетками и ограниченного тканевого распределения очевидно, что HLA-G, по-видимому, подавляет материнскую аллоатаку на плод во время беременности. С учетом этого было приложено много усилий для выяснения, как экспрессия HLA-G влияет на развитие осложнений беременности, таких как повторяющиеся потери беременности, при которых иммунологические факторы, как считается, играют решающую роль. Подробное изучение генов-кандидатов может привести к пониманию патогенеза потери беременности, связанной с иммунной системой.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Статья подготовлена к публикации в рамках выполнения государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № АААА-А20-120041390025-9 «Разработка диагностических критериев прогнозирования ранних репродуктивных потерь на основании экспрессии антигенов главного комплекса гистосовместимости I класса G, E, C» (руководитель — д-р биол. наук профессор Т.Э. Иващенко).

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Об авторах

Маргарита Олеговна Баклейчева

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: bakleicheva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0103-8583
Scopus Author ID: 57203248029

младший научный сотрудник Отдела акушерства и перинатологии

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3

Олеся Николаевна Беспалова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: shiggerra@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6542-5953
SPIN-код: 4732-8089

заместитель директора по научной деятельности, доктор медицинских наук

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3

Татьяна Эдуардовна Иващенко

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Автор, ответственный за переписку.
Email: tivashchenko2011@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8549-6505

доктор биологических наук, профессор

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3

Список литературы

Дополнительные файлы