Untersuchungen zur differentiellen Bindung von HLA-DQ-Peptidfragmenten an Hitzeschockproteine im Hinblick auf eine mögliche Bedeutung in der Pathogenese der juvenilen idiopathischen Arthritis

Abstract

Die juvenile idiopathische Arthritis (JIA) ist eine Sammelbezeichnung für chronische, entzündliche Gelenkerkrankungen bei Kindern und Jugendlichen. Die JIA wird den Autoimmunerkrankungen zugeordnet. Die Pathogenese der JIA ist letztlich ungeklärt, umfasst aber außer genetischen auch Umweltfaktoren. Die genetische Prädisposition spielt bei der Entstehung der JIA eine wichtige Rolle. So gibt es prädisponierende HLA-DQ-Moleküle, die mit dem Auftreten der Erkrankung assoziiert sind, sowie protektive und neutrale HLA-DQ-Moleküle. Auf der anderen Seite scheinen Hitzeschockproteine (HSP) neben der MHC-Assoziation ebenfalls an der Pathogenese von rheumatischen Erkrankungen beteiligt zu sein. Die Hitzeschockproteine besitzen immunstimulatorische Effekte, können Peptid-Komplexe über MHC I- und II-Moleküle präsentieren und sind in der Lage eine T-Zell-Antwort auszulösen. Eine differentielle Bindung zwischen HSP70-Molekülen und Peptidfragmenten aus mit der rheumatoiden Arthritis assoziierten HLA-DR-Molekülen, bzw. ganzen HLA-DR-Molekülen ist in der Literatur bereits beschrieben worden. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Interaktion von HSP60- und 70-Molekülen mit besonders variablen Peptidfragmenten aus mit der JIA protektiv- bzw. krankheitsassoziierten HLA-DQ-Molekülen zu untersuchen. Mit einer quantitativen Methode (Europium-Assay) wurde das Bindungsverhalten von HLA-DQ-Peptidfragmenten an den drei verschiedenen Mitgliedern der HSP70-Familie untersucht: DnaK (E. coli), humanes Hsp70 (stress-induzierbar), bovines Hsc70 (konstitutiv exprimiert) sowie an rekombinantes humanes Hsp60. Für rekombinantes humanes Hsp60 konnte keine spezifische Interaktion mit JIA prädisponierenden und protektiven Peptidfragmenten aus HLA-DQ-Molekülen gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit ließ sich aber zwischen HSP70-Molekülen und beiden Peptidsequenzen aus dem als protektiv geltenden HLA-DQ-Molekül DQ2 (DQA1*0201/DQB1*0201) eine Affinität feststellen. Diese wurde sowohl für die eukaryotischen HSP70 Moleküle (stress-induzierbares Hsp70 und konstitutiv exprimiertes Hsc70) als auch für das prokaryotische DnaK gezeigt. Die spezifische Bindung von mit der JIA protektiv assoziierten Peptidsequenzen aus dem DQ2-Molekül (DQA1*0201/ DQB1*0201) an DnaK, Hsc70 und Hsp70 könnte einen möglichen Faktor einer veränderten Antigenpräsentierung und T-Zellreaktion darstellen und damit einen Beitrag zur Erklärung der HLA-DQ Assoziation dieser Erkrankung leisten.

Juvenile idiopathic arthritis (JIA) is a collective term for a chronic inflammatory disorder primarily involving joints in childhood and adolescence. JIA is an autoimmune disorder. The pathogenesis of JIA is still unknow. Interactions among genetic factors, immune mechanisms and environmental exposures are thought to contribute in this case. Genetic factors may play significant roles. There are highly significant associations with different regions of the HLA system: some HLA-DQ molecules confer suceptibility to juvenile idiopathic arthritis, some of these HLA-DQ molecules do not predispose to this disorder or can mediate protection from JIA.

It has been suggested that heat-shock proteins (HSPs) are also involved in the pathogenesis of rheumatic disease. HSPs are highly immunogenic, facilitate presentation of peptide complexes via MHC class I and II molecules followed by effective T cell responses.

Regarding rheumatoid arthritis pathogenesis bindings experiments of HSP70 molecules to peptides covering the HV3 region of HLA-DRB1 molecules or purified complete HLA-DR molecules demonstrated a clear difference in peptide binding specificity.

The aim of this study was to investigate the peptide binding specificity of HSPs to a given JIA-associated peptide fragments of HLA-DQ molecules. We used Europium bindingsassay as a tool to quantitatively analyse peptide binding specificities of three members of the HSP70 family: Escherichia coli heat schock protein DnaK, constitutively expressed mammalian heat schock protein Hsc73, the inducible mammalian heat schock protein Hsp72 and of recombinant mammalian Hsp60.

Recombinant mammalian Hsp60 and peptide fragments of HLA-DQ molecules which confer either susceptibility to or protection from JIA were found not to have a clear difference in peptide binding specificity.

Our results suggest that, peptide fragment like DQA1*0201/DQB1*0201 found in HLA-DQ moleculs and associated with protection from JIA did bind to HSP70. Similar binding specificities could be found for the constitutively expressed mammalian heat schock protein Hsc73, the inducible mammalian heat schock protein Hsp72 and DnaK. Our data indicate that, this specific binding of HSP70 to peptide fragments of HLA-DQ moleculs may be part of T cell regulatory mechanismus that control the development of JIA.