Nachweis einer ausgeprägten Individualität von HLA-Ligandomen durch massenspektrometrische Analysen

Abstract

Die HLA-Ligandomik, die systematische Untersuchung von HLA-Peptidrepertoires im großen Stil, ist Grundvoraussetzung für zwei wichtige Forschungsfelder. Zum einen gewährt sie Einblicke in die fundamentalen Mechanismen und Prinzipien der Antigenprozessierung und -präsentation. Zum anderen erlaubt sie die Übertragung dieses Wissens auf klinische Anwendungen wie TZellepitopvorhersagen, Immundiagnostik oder peptidbasierte Immuntherapie. Zunächst wurden die Peptidmotive von 18 HLA-Allelen – basierend auf knapp 2000 natürlichen Liganden – entweder neu aufgestellt oder aber überarbeitet und verfeinert. Diese Motive, die durch Anker, Hilfsanker und Längenverteilungen charakterisiert sind, zeigen, dass sich verschiedene Allele meist durch viele einzigartige Merkmale voneinander abheben. Dies spiegelt sich auch in der geringen Überlappung der HLA-Peptidrepertoires verschiedener Allotypen wider. Diese wurde insbesondere für den HLA-B44-Supertyp eingehend mit Hilfe verschiedenster massenspektrometrischer Methoden untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Mitglieder des Supertyps weniger als 3% ihrer Peptide gemeinsam haben. Diese HLA-LigandomÜberschneidungen können allerdings im Einzelfall für kleine Gruppen von Subtypen oder HLA-Antigenen sowie für andere Supertypen auch größer sein. Die Proteomik und die HLA-Ligandomik sind durch gemeinsame Methoden sowie durch analog anwendbare Konzepte und Forschungsfragen eng verwandt. Dies wurde an den Beispielen Gewebsspezifität, allotypische Peptide und Quellproteinanalysen näher betrachtet. So konnte etwa der HLA-A*02-Ligand YLLPAIVHI bislang auf 77% aller HLA-A*0+ Sources detektiert werden und stellt somit ein „Markerpeptid“ für HLA-A*02 dar. Schließlich wurde die Bedeutung der HLA-Ligandomik für die klinische Anwendung an zwei Beispielen verdeutlicht. Zum einen wurden Peptide aus potentiell tumor-assoziierten Antigenen zur in vitro-Stimulation von CD8+ T-Zellen verwendet. Zum anderen konnte anhand von vier HLA-B*44- bzw. HLA-B*40-restingierten EBV-T-Zellepitopen bei 130 Spendern gezeigt werden, dass es innerhalb des HLA-B44-Supertyps keine promiskuitive T-Zell-Epitoperkennung gibt. Peptidvakzinierungen werden also patienten- und allotypspezifisch erfolgen müssen.

HLA ligandomics – the systematic large-scale analysis of HLA peptide repertoires – provides a basis for two important fields of research. On the one hand it contributes to our understanding of fundamental mechanisms and principles of antigen processing and presentation. On the other hand it enables transfer of this knowledge into clinical applications such as T cell epitope predictions and the formulation of immunodiagnostic and immunotherapeutic strategies. First, peptide motifs of 18 HLA allotypes were build up or refined based on nearly 2000 natural HLA ligands. Such motifs are characterised by primary and auxiliary anchors as well as peptide length distributions and reveal the uniqueness of different HLA allotypes. This is reflected by an only marginal overlap of their peptide repertoires. Particularly the HLA-B44 supertype was investigated in detail by different mass spectrometric methods. These analyses showed an overlap of HLA ligandomes of below 3%. Nevertheless, HLA ligandome overlaps might be more pronounced for small groups of subtypes or other HLA supertypes. Proteomics and HLA ligandomics share not only mass spectrometry as core technology but also concepts and research questions. This was exemplified for tissue specificity, allotypic peptides and source proteins analyses. For example, YLLPAIVHI – an HLA-A*02-presented natural ligand – was detected in 77% of all HLA-A*02+ sources and can therefore be considered as marker peptide for HLA-A*02. Finally the importance of HLA ligandomics for clinical applications was pointed out by two examples. First, peptides derived from potential tumor-associated antigens were used for in vitro stimulations of CD8+ T cells. Second, T cell responses to four HLA-B*44- or HLA-B*40-restricted EBV-derived epitopes were analysed in 130 blood donors. No promiscuous T cell recognition was observed among allotypes of the HLA-B44 supertype. Thus, patient-specific approaches are now called for.