Die Rolle von HLA II bei nicht-insulin geführtem Diabetes mellitus

Hintergrund: Die HLA-Komplexe sind wichtige Mittler bei Entzündungsgeschehen. Durch die Präsentation von zelleigenen oder zellfremden Peptiden werden T-Zellen aktiviert, welche über Zyto- und Chemokine weitere Entzündungszellen aktivieren, anlocken oder aber zum programmierten Zelltod der präsentierenden Zelle führen. Dabei ist die Peptidbindungsstelle der HLA-Komplexe zwar genetisch hochkonserviert, doch auch hochvariabel und so hat jeder HLA-Komplex sein eigenes Bindungsrepertoire. Beim Diabetes mellitus (DM) gibt es drei etablierte Entitäten, die mit einer Autoinflammation einhergehen: Typ 1 Diabetes mellitus (T1DM), Typ 2 Diabetes mellitus (T2DM) sowie der Schwangerschaftsdiabetes (GD). Bei T1DM kommt es zu einer Insulitis mit Aktivierung von CD8+ T-Zellen und darüber zum Untergang der β-Zellen und konsekutiv zu absolutem Insulin-Mangel. Dabei sind schon seit langem die HLA-Serotypen HLA-DR3/DR4 und HLA-DQ2/DQ8 als assoziiert bekannt. Im Falle des T2DM kommt es zur Inflammation des Fettgewebes und darüber zu einer Verminderung der Insulinsensitivität. Hierbei scheinen MHC II Moleküle eine wichtige Rolle zu spielen, da ein Fettgewebsspezifisches Knock-out der MHC II Expression zu einer Verminderung der Insulinresistenz führt. Deng et al. zeigten, dass die MHCII Expression als Reaktion auf Leptinausschüttung erhöht wird, noch bevor es zur Einwanderung der Entzündungszellen kommt. Außerdem scheint es zu einer CD4+ T-Zell getriebenen Insulitis, sowie zu autoimmun aktivierten T-Zellen zu kommen. Schwangerschaftsdiabetes geht ebenfalls mit einem Entzündungsgeschehen einher. 5 Hier zeigte eine großangelegte Studie eine Assoziation zu HLA-DQB1*02, DQB1*06:02 und DRB1*13:02. Ziel: Ziel dieser Studie war der Nachweis einer Assoziation von HLA II Allelen mit der Ausprägung und dem Bestehen eines nicht-insulin-geführten Typ 2 Diabetes mellitus. Methoden & Material: LIFE – Adult (N=4649) und Life-Heart (N=4815) sind Leipziger Bevölkerungsstudien, während die Sorbenkohorte (N=949) ursprünglich Sorben aus der Lausitz umfasst. Die Kohorten wurden umfangreich charakterisiert und die vorhandenen Single Nucleotide Polymorphism Daten aus der Sequenzierung und 1000 Genome Imputation wurden in den weiteren Analysen untersucht. Außerdem fielen alle Teilnehmer heraus, die mit Insulin behandelt wurden. Auf Basis der SNP Genotypisierung wurden schließlich HLA -Genotypen auf 4-Digit Level imputiert, deren Allelfrequenz für ein vergleichendes Phylogramm verwendet wurden. Assoziationen der einzelnen Allele mit Diabetesstatus, HbA1c, Nüchternplasmaglucose, HOMA-IR, HOMA-B und dem Stumvoll-Index in allen Kohorten und wurden mittels linearer bzw. logistischer Regression untersucht, für alle Allele, die mit einer Frequenz von mindestens 5% in den Kohorten vertreten waren. Anschließend wurde eine Meta-Analyse der Assoziationsstudien mit allen drei Kohorten durchgeführt. Dem schloss sich eine Haplotypanalyse und Epitopanalyse an. Alle Ergebnisse wurden nach Benjamini-Hochberg (FDR) gegen multiples Testen korrigiert und auf Alter, Geschlecht und BMI adjustiert. Ergebnisse: Die Allelfrequenzen der LIFE Kohorten unterschieden sich nach Kalkulation der Nei’s distance nicht signifikant von der Deutschen Knochenmarks Spender-Kohorte, während die sorbische Kohorte sich zwischen der deutschen und der tschechischen Vergleichskohorte aus der öffentlich zugänglichen Datenbank einordnen ließ. In der Allelanalyse zeigte sich, dass HLA-DQB*05:01 mit Plasmanüchternglucose und HLA-DRB1*01:01 mit Plasmanüchternglucose und HOMA-IR in der sorbischen Kohorte asoziiert war. In der LIFE-Adult Kohorte assoziierte HLA-DQB*03:02 und HLA-DRB4*01:03 signifikant mit HbA1c. In der anschließenden Meta-Analyse zeigte HLA-DRB5*01:01 den größten protektiven Effekt. Ebenfalls signifikant protektiv wirksam waren die HLA Komplexe HLA-DQA*01:02, HLA-DQB*06:01 und HLA-DRB1*15:01. Der von diesen Allelen gebildete Haplotyp ist bekannt für seine protektive Wirkung in T1DM und zeigte diesen Effekt auch in dieser Testung auf nicht-Insulin-geführten T2DM. Einen Risiko-vermittelnden Haplotyp gab es in Form des DRB1*07:01-DQA1*02:01-DQB1*03:03 Haplotypes. In der Epitopanalyse fanden sich mit A71 und R13 zwei schützende Epitope für T1DM, die in meiner Studie auch als schützende Epitope mit T2DM assoziiert waren. Diskussion: Im Endeffekt zeigte sich in dieser Studie, dass wenn es um den HLA II Locus geht, T1DM und T2DM scheinbar gemeinsame genetische Grundlagen haben. Da nicht einmal für T1DM die Wirkungsweise der HLA-Allele vollkommen verstanden ist, lässt sich nur mutmaßen, wie der kausale Zusammenhang der Ergebnisse dieser Studie aussieht. Zum Beispiel könnte es sein, dass sich aufgrund unterschiedlicher Affinität protektive und permissive Allele in ihrem Bindungsverhalten krankheitsrelevanter Epitope unterscheiden. Da sich HLA-DRB1*15:01 und HLA-DRB1*07:01 in ihrem Bindungsverhalten stark ähneln, aber konträre Effekte auf die Entwicklung eines T2DM haben, muss der Unterschied in den dem Haplotyp zugehörigen DQA1 und DQB1 Allelen liegen. Eine weitere Theorie ist das Epitope stealing, das für HLA-DQ6 im Raume steht. Dabei führte die Bindung der entsprechenden Epitope nicht zu einer CD4-Antwort und somit war das Pankreas vor autoinflammatorischen Geschehen geschützt. Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern, dass der HLA Locus sowohl permissive als auch protektive Wirkung sowohl in der Entstehung von T1DM als auch T2DM hat.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ......................................................................................................................................... 3 1.1 Aus der Historie des Diabetes mellitus.................................................................................... 3 1.2 Diabetes Mellitus Typ 1 ........................................................................................................... 4 1.3 Diabetes Mellitus Typ 2 ........................................................................................................... 6 1.4 Major Histocompatibility Complex & Human Leucocyte Antigen ........................................... 7 1.4.1 HLA Allele ....................................................................................................................... 10 1.4.2 MHC / HLA und T1DM ................................................................................................... 14 1.4.3 MHC / HLA und T2DM ................................................................................................... 15 1.5 Gemeinsame Determinanten für T1DM und T2DM .............................................................. 16 1.6 Rationale ................................................................................................................................ 17 2 Publikation ..................................................................................................................................... 20 3 Zusammenfassung der Arbeit ....................................................................................................... 30 4 Literaturverzeichnis ....................................................................................................................... 34 References ............................................................................................................................................. 34 5 Supplements .................................................................................................................................. 39 5.1 R-Scripts ................................................................................................................................. 39 5.1.1 Errechnung der Allelfrequenzen.................................................................................... 39 5.1.2 Vorbereitung für Arlequin ............................................................................................. 42 5.1.3 PCA und Dendrogramme ............................................................................................... 48 5.1.4 Signifikanz-Plot .............................................................................................................. 53 5.1.5 Assoziationen LIFE Adult................................................................................................ 61 5.1.6 Assoziationen LIFE Heart ............................................................................................. 115 5.1.7 Assoziationen Sorben .................................................................................................. 169 5.1.8 Meta-Analyse............................................................................................................... 223 6 Abkürzungsverzeichnis ................................................................................................................ 223 7 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................. 226 8 Tabellenverzeichnis ..................................................................................................................... 226 9 Nachweis über die Anteile des Coautors .................................................................................... 227 10 Anlagen .................................................................................................................................... 228 10.1 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit ..................................................... 22