Systems biology of the human MHC class I immunopeptidome

Le système de différenciation entre le « soi » et le « non-soi » des vertébrés permet la détection et le rejet de pathogènes et de cellules allogéniques. Il requiert la surveillance de petits peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I). Les molécules du CMH I sont des hétérodimères composés par une chaîne lourde encodée par des gènes du CMH et une chaîne légère encodée par le gène β2-microglobuline. L’ensemble des peptides est appelé l’immunopeptidome du CMH I. Nous avons utilisé des approches en biologie de systèmes pour définir la composition et l’origine cellulaire de l’immunopeptidome du CMH I présenté par des cellules B lymphoblastoïdes dérivés de deux pairs de fratries avec un CMH I identique. Nous avons découvert que l’immunopeptidome du CMH I est spécifique à l’individu et au type cellulaire, qu’il dérive préférentiellement de transcrits abondants, est enrichi en transcrits possédant d’éléments de reconnaissance par les petits ARNs, mais qu’il ne montre aucun biais ni vers les régions génétiques invariables ni vers les régions polymorphiques. Nous avons également développé une nouvelle méthode qui combine la spectrométrie de masse, le séquençage de nouvelle génération et la bioinformatique pour l’identification à grand échelle de peptides du CMH I, dont ceux résultants de polymorphismes nucléotidiques simples non-synonymes (PNS-ns), appelés antigènes mineurs d’histocompatibilité (AMHs), qui sont les cibles de réponses allo-immunitaires. La comparaison de l’origine génomique de l’immunopeptidome de soeurs avec un CMH I identique a révélé que 0,5% des PNS-ns étaient représentés dans l’immunopeptidome et que 0,3% des peptides du CMH I seraient immunogéniques envers une des deux soeurs. En résumé, nous avons découvert des nouveaux facteurs qui modèlent l’immunopeptidome du CMH I et nous présentons une nouvelle stratégie pour l’indentification de ces peptides, laquelle pourrait accélérer énormément le développement d’immunothérapies ciblant les AMHs.

L'expression de la protéine de l'hémochromatose HFE est modulée par les lymphocytes T activés et inhibe la présentation antigénique par MHC I

La présentation antigénique par le complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) I est un processus ubiquitaire permettant la présentation de protéines endogènes qui reflètent l'état de la cellule à la surface cellulaire aux lymphocytes T CD8+ dans le contexte de la surveillance et la réponse immunitaires. Ainsi, l'expression des molécules du MHC I classiques est induite en réponse aux stimuli inflammatoires afin de favoriser la reconnaissance immunitaire et l'élimination des pathogènes. HFE est une molécule du MHC Ib non-classique qui sert de régulateur négatif de l'absorption du fer. HFE est associé au développement de l'hémochromatose héréditaire (HH), maladie associée au métabolisme du fer mais souvent accompagnée de défauts immunitaires. Ainsi, nous avons en premier lieu étudié l'impact de HFE sur la présentation antigénique par MHC I, afin d'expliquer en partie les défauts immunitaires liés à l'HH associée à HFEC282Y. Puis, compte tenu de l'impact de l'inflammation sur l'expression des molécules du MHC I classiques, nous avons étudié la régulation de l'expression de HFE en réponse aux stimuli inflammatoires induits par les cellules du sang périphérique mononucléées (PBMC). Nous avons mis au point un système d’expression antigénique dans lequel nous contrôlons l’expression de MHC I, de HFE et d’un antigène pour lequel nous avons généré des lymphocytes T CD8+ spécifiques. Nos résultats démontrent que la forme sauvage de HFE (HFEWT), contrairement à sa forme mutée (HFEC282Y), inhibe la reconnaissance de complexes MHC I/peptide (pMHC). Nous avons également démontré que l'inhibition de la reconnaissance est maintenue, indépendamment des niveaux d'expression de MHC I à la surface, d'une compétition pour la β2-microglobuline, de la capacité de HFE d'interagir avec le récepteur de la transferrine, de l'origine de l'antigène ou de l'affinité de celui-ci. Par ailleurs, nous avons identifié les domaines α1-2 de HFEWT comme étant responsables de l'inhibition de la reconnaissance antigénique. Par contre, la reconnaissance de peptides chargés de manière externe sur les molécules du MHC I présentes à la surface n'a démontré aucune inhibition en présence de HFEWT, suggérant que HFEWT pourrait affecter la reconnaissance en interférant avec le processus d'apprêtement antigénique intracellulaire. À l’inverse, nous avons souhaité déterminer si les lymphocytes T activés pouvaient influencer les niveaux d'expression de HFE. En termes de régulation de l'expression de HFE, nous avons établi que HFE est exprimé dans les tissus sains chez l'humain et induit chez les lignées de cancers du colon, du sein, du poumon, du rein et du mélanome. Par ailleurs, en co-cultivant des lymphocytes T activés avec ces lignées tumorales, nous avons démontré que l'expression de HFE est fortement inhibée dans toutes ces lignées tumorales lorsqu'exposées à des lymphocytes T activés. Finalement, la modulation de l'expression de HFE est indépendante du contact cellulaire et semble médiée en partie par le GM-CSF, l'IFN-γ et le TNF. En somme, ces résultats suggèrent que les lymphocytes T de l'hôte modulent l'expression de HFE dans le microenvironnement inflammatoire, ce qui pourrait promouvoir la reconnaissance des antigènes présentés sur les molécules du MHC I présentées aux lymphocytes T CD8+ antigène-spécifiques. De plus, ces études soulèvent la possibilité d'un nouveau rôle physiologique de HFEWT dans la voie de présentation antigénique par MHC I, qui pourrait moduler l'immunogénicité des antigènes et la réponse immunitaire cellulaire chez l'hôte.

DNA polymorphism in Cab locus of tomato induced by tissue culture

Plants were regenerated from callus induced from leaf disc explants of a tomato F, hybrid heterozygous for three marker loci (a), without anthocyanin (aw), and hairless (hl). Regenerants were studied for somaclonal variation at the phenotypic level by scoring for variation in the marker loci, and at the DNA level by probing geomic DNA blots with a chlorophyll a/b binding protein (Cab-3C) cDNA sequence. While no variation was observed at the phenotypic level in over 950 somaclones studied, DNA polymorphism for the Cab locus could be detected in two out of 17 somaclones tested. Tissue culture induced variation at the phenotypic level for specific loci is very low (less than 0.001 for a, awor hl) but DNA sequence changes are induced at much greater frequency (- 0.1 for a multicopy gene family such as Cab).

Studies on genetic polymorphism in Santalum Album L.

Loss of natural sandal populations due to illicit felling, forest encroachment and spike disease have an adverse effect on genetic diversity of the species. To initiate any genetic improvement programme in sandal, a precise understanding of the population genetic diversity structure is essential. The concern over the loss of genetic variability in sandal is particularly critical, as there is hardly any information regarding the diversity status of the natural populations. Identifying fast growing, disease resistant, oil rich sandal trees through breeding and their mass multiplication for afforestation are the best method for ensuring sustainable supply of superior sandalwood. The healthy sandal trees existing in heavily spike diseased area can be used as a promising starting point for any such breeding programme (Venkatesh, 1978). So far, no genetic information is available regarding the resistant nature of spike disease evaded trees left in heavily infected patches. The high rate of depletion of the superior trees in South Indian sandal reserves due to illegal felling and spike disease has necessitated an urgent need for conservation of the surviving trees.Widespread occurrence of spike disease in Marayoor forest reserve was reported in 1981 (Ghosh and Balasundaran, 1995). Because of the high density of trees and varying intensity of spike disease, Marayoor sandal population was found to be ideal for experimental studies in sandal (Ghosh et al., 1985). Fifteen trees of reserve 51 of Marayoor range had been selected as candidate plus trees for growth and spike disease evasion . These trees have been selected for mass multiplication through tissue culture technique.

Lecture 14 - Exploring Polymorphism

Which methods are where? Overriding Calling super’s methods Coupling and cohesion

Programming Principles: Polymorphism

In this session we build on inheritance and look at overriding methods and dynamic binding. Together these give us Polymorphism - the third pillar of Object Oriented Programming - and a very powerful feature that allows us to build methods that deal with superclasses, but whose calls get redirected when we pass in sub-classes.

Plasmodium vivax lineages: geographical distribution, tandem repeat polymorphism, and phylogenetic relationship

Background: Multi-drug resistance and severe/ complicated cases are the emerging phenotypes of vivax malaria, which may deteriorate current anti-malarial control measures. The emergence of these phenotypes could be associated with either of the two Plasmodium vivax lineages. The two lineages had been categorized as Old World and New World, based on geographical sub-division and genetic and phenotypical markers. This study revisited the lineage hypothesis of P. vivax by typing the distribution of lineages among global isolates and evaluated their genetic relatedness using a panel of new mini-satellite markers. Methods: 18S SSU rRNA S-type gene was amplified from 420 Plasmodium vivax field isolates collected from different geographical regions of India, Thailand and Colombia as well as four strains each of P. vivax originating from Nicaragua, Panama, Thailand (Pak Chang), and Vietnam (ONG). A mini-satellite marker panel was then developed to understand the population genetic parameters and tested on a sample subset of both lineages. Results: 18S SSU rRNA S-type gene typing revealed the distribution of both lineages (Old World and New World) in all geographical regions. However, distribution of Plasmodium vivax lineages was highly variable in every geographical region. The lack of geographical sub-division between lineages suggests that both lineages are globally distributed. Ten mini-satellites were scanned from the P. vivax genome sequence; these tandem repeats were located in eight of the chromosomes. Mini-satellites revealed substantial allelic diversity (7-21, AE = 14.6 +/- 2.0) and heterozygosity (He = 0.697-0.924, AE = 0.857 +/- 0.033) per locus. Mini-satellite comparison between the two lineages revealed high but similar pattern of genetic diversity, allele frequency, and high degree of allele sharing. A Neighbour-Joining phylogenetic tree derived from genetic distance data obtained from ten mini-satellites also placed both lineages together in every cluster. Conclusions: The global lineage distribution, lack of genetic distance, similar pattern of genetic diversity, and allele sharing strongly suggested that both lineages are a single species and thus new emerging phenotypes associated with vivax malaria could not be clearly classified as belonging to a particular lineage on basis of their geographical origin.

Preliminary population study of Methylenetetrahydrofolate Reductase (MTHFR) C677T polymorphism determination in a pilot group of students from the University of Rosario

 Introduction: the 5, 10-methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) is an essential enzyme in folate metabolism; their polymorphisms have been associated with heart disease risk increase, obstetric problems, neural tube defects in fetuses and cancer susceptibility. This gene has a single nucleotide polymorphism, a C-T change at nucleotide 677, which affects significantly its enzymatic activity. Objective: because of the biological importance of this enzyme and the Colombian population genetic heterogeneity characteristic, a study was performed to determine allele and genotype frequencies of MTHFR C677T polymorphism in healthy individuals, taking into account that in Colombia there are only studies that have involved case-control methodology. Methods: we analyzed this polymorphism trough the amplification of the DNA of a 206 students sample population. Additionally, Colombian overall frequencies were calculated, using data from healthy controls reported in other studies. Results: a Hardy-Weinberg disequilibri m was found in the sample tested. For the Colombian data, we found that the global population was in equilibrium. Conclusion: T allele population frequency seems to be under positive selection pressure, which is reflected in the population allele increase, despite its deleterious effect. A Spanish study reported similar results and identified folic acid supplementation on expectant mothers as a probably cause of this change. 

Genotipificación de HLA-B en pacientes colombianos afectados por el síndrome Stevens-Johnson y la Necrólisis Epidérmica Tóxica

Las reacciones alérgicas a medicamentos cutáneas severas (RAM) como el Síndrome Stevens Johnson (SJS) y la Necrólisis Epidérmica Tóxica (NET),caracterizadas por exantema, erosión de la piel y las membranas mucosas, flictenas, desprendimiento de la piel secundario a la muerte de queratinocitos y compromiso ocular. Son infrecuentes en la población pero con elevada morbi-mortalidad, se presentan luego de la administración de diferentes fármacos. En Asia se ha asociado el alelo HLA-B*15:02 como marcador genético para SJS. En Colombia no hay datos de la incidencia de estas RAM, ni de la relación con medicamentos específicos o potenciales y tampoco estudios de aproximación genómica de genes de susceptibilidad.

Enfermedad tiroidea autoinmune en pacientes colombianos con lupus eritematoso sistémico

Objetivos: Determinar la prevalencia y los factores asociados con el desarrollo de hipotiroidismo autoinmune (HA) en una cohorte de pacientes con lupus eritematoso sistémico (LES), y analizar la información actual en cuanto a la prevalencia e impacto de la enfermedad tiroidea autoinmune y la autoinmunidad tiroidea en pacientes con LES. Métodos: Este fue un estudio realizado en dos pasos. Primero, un total de 376 pacientes con LES fueron evaluados sistemáticamente por la presencia de: 1) HA confirmado, 2) positividad para anticuerpos tiroperoxidasa/tiroglobulina (TPOAb/TgAb) sin hipotiroidismo, 3) hipotiroidismo no autoinmune, y 4) pacientes con LES sin hipotiroidismo ni positividad para TPOAb/TgAb. Se construyeron modelos multivariados y árboles de regresión y clasificación para analizar los datos. Segundo, la información actual fue evaluada a través de una revisión sistemática de la literatura (RLS). Se siguieron las guías PRISMA para la búsqueda en las bases de datos PubMed, Scopus, SciELO y Librería Virtual en Salud. Resultados: En nuestra cohorte, la prevalencia de HA confirmado fue de 12% (Grupo 1). Sin embargo, la frecuencia de positividad para TPOAb y TgAb fue de 21% y 10%, respectivamente (Grupo 2). Los pacientes con LES sin HA, hipotiroidismo no autoinmune ni positividad para TPOAb/TgAb constituyeron el 40% de la corhorte. Los pacientes con HA confirmada fueron estadísticamente significativo de mayor edad y tuvieron un inicio tardío de la enfermedad. El tabaquismo (ORA 6.93, IC 95% 1.98-28.54, p= 0.004), la presencia de Síndrome de Sjögren (SS) (ORA 23.2, IC 95% 1.89-359.53, p= 0.015) y la positividad para anticuerpos anti-péptido cíclico citrulinado (anti-CCP) (ORA 10.35, IC 95% 1.04-121.26, p= 0.047) se asociaron con la coexistencia de LES-HA, ajustado por género y duración de la enfermedad. El tabaquismo y el SS fueron confirmados como factores predictivos para LES-HA (AUC del modelo CART = 0.72). En la RSL, la prevalencia de ETA en LES varío entre 1% al 60%. Los factores asociados con esta poliautoinmunidad fueron el género femenino, edad avanzada, tabaquismo, positividad para algunos anticuerpos, SS y el compromiso articular y cutáneo. Conclusiones: La ETA es frecuente en pacientes con LES, y no afecta la severidad del LES. Los factores de riesgo identificados ayudarán a los clínicos en la búsqueda de ETA. Nuestros resultados deben estimular políticas para la suspensión del tabaquismo en pacientes con LES.

Rapid acidification and alkylation: Redox analysis of the MHC class I pathway

The technique of rapid acidification and alkylation can be used to characterise the redox status of oxidoreductases, and to determine numbers of free cysteine residues within substrate proteins. We have previously used this method to analyse interacting components of the MHC class I pathway, namely ERp57 and tapasin. Here, we have applied rapid acidification alkylation as a novel approach to analysing the redox status of MHC class I molecules. This analysis of the redox status of the MHC class I molecules HLA-A2 and HLA-B27, which is strongly associated with a group of inflammatory arthritic disorders referred to as Spondyloarthropathies, revealed structural and conformational information. We propose that this assay provides a useful tool in the study of in vivo MHC class I structure. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

An approximate Bayesian computation approach to overcome biases that arise when using amplified fragment length polymorphism markers to study population structure

There is great interest in using amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers because they are inexpensive and easy to produce. It is, therefore, possible to generate a large number of markers that have a wide coverage of species genotnes. Several statistical methods have been proposed to study the genetic structure using AFLP's but they assume Hardy-Weinberg equilibrium and do not estimate the inbreeding coefficient, F-IS. A Bayesian method has been proposed by Holsinger and colleagues that relaxes these simplifying assumptions but we have identified two sources of bias that can influence estimates based on these markers: (i) the use of a uniform prior on ancestral allele frequencies and (ii) the ascertainment bias of AFLP markers. We present a new Bayesian method that avoids these biases by using an implementation based on the approximate Bayesian computation (ABC) algorithm. This new method estimates population-specific F-IS and F-ST values and offers users the possibility of taking into account the criteria for selecting the markers that are used in the analyses. The software is available at our web site (http://www-leca.uif-grenoble.fi-/logiciels.htm). Finally, we provide advice on how to avoid the effects of ascertainment bias.

Amplified fragment length polymorphism genetic fingerprinting challenges the taxonomic status of the near-endemic species Chara curta Nolte ex Kutz. (Characeae)

Amplified fragment length polymorphism (AFLP) genetic fingerprinting of 14 accessions of Chara curta and Chara aspera Willd., sampled across a range of habitats and morphologies in Britain, suggests that these taxa are part of the variation within a single species complex. Two primer combinations generating 397 fragments (97% of which were polymorphic), analysed by Jaccard's similarity coefficient and principal co-ordinate analysis, did not recover groups which reflect the current taxonomy. By contrast with the genetic study, a Gower general similarity coefficient and principal co-ordinate analysis of 52 morphological characters recovered the currently recognized species groups. A Mantel test showed no significant correlation between the genetic data and the morphological data, supporting the hypothesis that phenotypic variability in Chara L. is either to some extent environmentally induced or represents developmental stages. Implications for the conservation status of C. curta in Britain are discussed. (c) 2007 The Linnean Society of London, Botanical Journal of the Linnean Society, 2007, 155, 467-476.