Role of HLA-DP polymorphism in the pathogenesis of systemic sclerosis

Abstract

목표: 전신성 경화증의 위험이 높은 인간 백혈구 항원(HLA)-DPB1 대립인자 유형들을 비교하여 아미노산 서열의 공통적인 특징을 규명하고, 자가항원으로 의심되는 토포아이소머레이스-I의 아미노산 서열 중 병원성 펩티드로 작용할 수 있는 부분을 예측하는 것을 이 연구의 목표로 하였다. 방법: 127명의 한국인 전신성 경화증 환자와 548명의 건강한 한국인 대조군을 연구의 대상으로 하였다. 전신성 경화증 위험이 높은 HLA-DPB1 대립인자들의 아미노산 서열에서, 펩티드 결합부위를 중심으로 공통점을 분석하였다. 또한 토포아이소머레이스-I의 전체 아미노산 서열을 15개 아미노산 단위로 나눈 조각들을 대상으로, HLA-DP 각 대립인자 유형들과의 결합친화력을 NetMHCIIpan-3.0 프로그램을 통해 계산하였다. 이러한 기법을 이용하여, 전신성 경화증에 보호 효과를 갖는 HLA-DPB1 대립인자 대비 위험이 높은 대립인자에 대한 결합친화력 간의 비율을 산출하였고, 이 비율이 높은 토포아이소머레이스 조각을 병원성 펩티드로 작용할 수 있을 것으로 예측하였다. 결과: HLA-DPB1*0901, *1301, *030101 대립인자들이 항-토포아이소머레이스-I 항체(ATA) 양성을 보이는 전신성 경화증에서 고위험 대립인자들이었다. 대조적으로, HLA-DPB1*020102, *0501 대립인자들은 전신성 경화증에 대하여 보호 효과를 갖는 것으로 나타났다. HLA-DP의 슈퍼타입을 기준으로 재분석 했을 때, HLA-DP6가 고위험 슈퍼타입이었다. HLA-DPB1의 아미노산 서열 중 55-57, 67-69, 82, 84-85번째 위치에서 음전하를 띄는 아미노산(아스파르트산, 글루탐산)이 연속하여 세 개씩 나타나는(이하 음전하 트리플렛) 대립인자들이 발견되었는데, 이러한 음전하 트리플렛이 많이 나타날수록 ATA양성 전신성 경화증의 위험이 증가하는 것으로 보였다. 음전하 트리플렛의 위치도 중요했으며, 특히 HLA-DPB1 아미노산 서열의 82, 84, 85번째 위치에 나타나는 음전하 트리플렛이 전신성 경화증 위험과의 연관성이 깊었다. HLA-DP의 고위험 대립인자들과 강한 친화도를 보이는 병인성 펩티드 조각들은 과거 알려졌던 HLA-DQ의 고위험 대립인자들과도 일부 강한 친화도를 보였으나 HLA-DR의 고위험 대립인자들과는 관련이 없었다. 결론: ATA양성 전신성 경화증의 위험이 높은 HLA-DPB1 대립인자들은 펩티드와 결합하는 부위에 음전하 트리플렛을 공유하고 있었다. 토포아이소머-레이스-I의 펩티드 조각들 중 HLA-DPB1과 관련하여 병인성을 가진다고 알려진 것들은 HLA-DQB1와도 관련이 있었으며, 이 펩티드들은 전신성 경화증의 발병과정에 일정한 역할을 할 것으로 보인다. 주요어: 전신성 경화증, 인간 백혈구 항원, 토포아이소머레이스-I, 항원 결정기

Objectives: To identify common characteristics of amino acid sequences in the risk HLA-DPB1 alleles in systemic sclerosis (SSc) and to predict pathogenic peptide sequence of topoisomerase I. Methods: A total of 127 Korean patients diagnosed with SSc and 548 healthy Korean controls were enrolled. Amino acid sequences of the risk HLA-DPB1 alleles were analyzed, with a focus on known HLA-DP binding motifs. The affinity of all possible 15 amino acid peptide fragments from topoisomerase I against HLA-DP risk alleles compared to protective alleles was examined by NetMHCIIpan-3.0. Results: HLA-DPB1*0901, *1301, and *030101 were revealed as risk alleles for anti-topoisomerase I antibody (ATA)-positive SSc. In contrast, HLA-DPB1*020102 and *0501 were protective against ATA-positive SSc. HLA-DP6 had higher risk than any other supertype of HLA-DP. At amino acid positions 55-57, 67-69, and 82, 84-85 of HLA-DPB1, the number of negatively-charged triplets (NCTs) of amino acids (D, aspartic acid, and E, glutamic acid) were proportional to the odds ratio of ATA-positive SSc. The positions of the NCTs were also important and beta-82,84, and 85 at P1 of HLA-DP binding pocket has a key role. The pathogenic peptides with high affinity to HLA-DP risk alleles had partial concordance with those towards the risk allele of HLA-DQ but no concordance with known risk alleles of HLA-DR. Conclusion: ATA-positive SSc-susceptible HLA-DPB1 alleles share NCTs at critical positions in the peptide binding groove. The peptide fragments of topoisomerase I with high affinity to HLA-DPB1 risk alleles were also favored by risk alleles of HLA-DQB1, suggesting that they may play a role in the pathogenesis of SSc. Key word: Systemic sclerosis, HLA, Topoisomerase-I, Epitope