سازمان ژنومی کمپلکس اصلی سازگاری نسجی mhc

مجموعه ژنی MHC بزرگترین، پیچیده ترین و پلی مورف ترین مجموعه ژنی در انسان است بطوری که بیش از صد لوکوس ژنی مجزا در آن وجود دارد . در انسان کمپلکس ژنی MHC بر روی بازوی کوتاه کروموزوم شماره ۶ واقع شده و قطعه ای در حدود ۳۵۰۰ کیلو باز را اشغال کرده است . بسیاری از پروتئین های درگیر در پردازش آنتی ژن های پروتئینی و پپتیدها به سلول های T  توسط ژن های موجود در MHC کد می شوند و به عبارت دیگر این جایگاه ژنتیکی حاوی بیشتر اطلاعات لازم برای عرضه آنتی ژن است . ژن های MHC-I یعنی لوکوس های ژنتیکی (C و B ، HLA-A ) در سمت تلومری جایگاه ژنی  و ژن های MHC-II یعنی لوکوس های ژنتیکی (DQ و DP ،  HLA-DR) در سمت سانترومری این جایگاه قرار دارند ( شکل ۳: نقشه ژنتیکی MHC انسان ) .

در فاصله ژن های کلاس یک و دو دسته دیگری از ژن ها وجود دارد که چندین جزء از سیستم کمپلمان ، سه سیتوکین دارای ساختمان مشابه یعنی فاکتور نکروز دهنده تومور ، لنفوتوکسین و لنفوتوکسین β وبرخی از پروتئین های شوک حرارتی را کد می کنند .

این دسته از ژن های موجود در MHC که این پروتئین های متنوع را کد می کنند بنام ژن های کلاس III نامگذاری شده اند .

الف) ژنوم کمپلکس سازگاری بافتی کلاس یک (HLA-I):

در بخش تلومر کروموزوم ، ژن های کلاس I و به ترتیب B ، C و A قرار گرفته اند و فضای وسیعی بین ژن های A و C و فضای دیگر بعد از ژن A قرار دارد که ژن های شبه کلاس I در آن قرار گرفته اند و بعضی از آنها ژن کاذب می باشند یعنی چیزی کد نمی کنند. ( F و J و E و HLA-X) جزء ژن های کاذب بوده ولی HLA-G در شناسایی و عرضه آنتی ژن به سلول های NK نقش داشته و برخی معتقدند که HLA-E هم می تواند چنین نقشی داشته باشد . مطلب دیگر اینکه نوع خاصی از MHC-I بر روی سلول های ترفوبلاستیک جفت ظاهر می شوند که آنها را تحت عنوان HLA-G می شناسند و معتقدند که این مولکول در بقای جنین آلوگرافت در بدن مادر نقش بسزایی دارد . امروزه برای جدا کردن سلول های جنین  از خون مادر و بررسی ژنتیک مولکولی آن ، از HLA-G بجای روش پرخطر آمینوسنتز استفاده می شود .

HLA-H نیز که در سمت تلومری HLA-A قرار گرفته در متابولیسم آهن نقش داشته و به همین دلیل موتاسیون این ژن در ارتباط با هموکروماتوز می باشد . این ژن عملکرد شناخته شده ای در سیستم ایمنی ندارد .

*  بنابراین زنجیره  α در MHC-I توسط ژن های (A ،C و HLA-B) کد می گردد .

اخیراً ژن هایی بنام HLA-IB نیز شناسایی شده اند که پروتئین هایی کد می کنند که به همراه  β_۲-μ بیان می گردند و برخی از محققین H و  HLA-G را جزء این دسته از مولکول های کلاس IB می دانند .

ب) ژنوم کمپلکس اصلی سازگاری بافتی کلاس دو (HLA-II) :

در بخش سانترومری کروموزوم ژن های کلاس II و به ترتیب HLA-DP و HLA-DQ و  HLA-DR قرار گرفته اند.

این سه جایگاه ژنی محل کد کردن زنجیره های α و β در MHC-II می باشند . در فضای بین (DQ و HLA-DP) تعداد دیگری از ژن های مختلف حضور دارند که فعالیت های مختلفی داشته و پروتئین های متفاوتی را کد می کنند که در جای خود توضیح داده خواهند شد .

• HLA-DP : از سمت چپ اولین لوکوس کلاس II می باشد . این زیر منطقه حاوی دو مجموعه ژنی است که عبارتند از (DPA₁ و DPB₁) .و سپس (DPA₂ و DPB₂) مجموعه ژنی دوم ، کاذب بوده و پروتئینی کد نمی کنند ولی ژن های DPA₁ و DPB₁ بترتیب زنجیره های α و β را در این HLA کد می نمایند . زنجیره های DPα پلی مرفیسم کمی داشته در حالی که زنجیره ی DPβ دارای پلی مرفیسم زیادی بوده و ظاهراً مشخص کننده ی آنتی ژنی یا HLA-DP  می باشد . از آنجایی که دو زنجیره ی α وβ در HLA-DP پلی مرفیسم دارند ممکن است جفت شدن همسو یا غیر همسو ( توضیح داده خواهد شد ) در این زنجیره ها روی دهد .
• HLA-DQ : دومین لوکوس کلاس II می باشد . این زیر منطقه نیز حاوی دو مجموعه ژنی است که عبارتند از ( A₁ و B₁ HLA-Q)و ( A₂ و B₂ HLA-DQ) . اینجا هم مجموعه دوم ژنی کاذب است بنابراین محصولات ژنی DQA₁ با تولید زنجیره α و مجموعه DQB₁ با تولید زنجیره β می توانند  HLA-DQαβ  را بسازند .

زنجیره های DQα و DQβ هر دو پلی مورفیسم داشته و با این وجود به نظر می رسد که زنجیره DQβ شاخص اصلی در تعیین تیپ HLA-DQ می باشد . در این زیر منطقه نیز جفت شدن همسو و غیر همسو اتفاق می دافتد .

• HLA-DR : این زیر منطقه فقط حاوی یک ژن HLA-DRA  برای تولید زنجیره DRα می باشد و بسته به تیپ DR تعداد ژن های DRB تفاوت داشته و عمومی ترین حالت آن حضور سه ژن DRB می باشد که به صورت DRB₁  ، DRβ_۲  وDRB₃ یا (DRB₄) نمایش داده می شود. یک زیر منطقه DR  می تواند حاوی ژن های DRB₃ و DRB₄ باشد ولی نمی تواند هر دو را با هم داشته باشد . DRB₂ یک ژن کاذب است ، به این معنی که این ژن پلی پپتیدی را کد نمی کند . محصول ژن DRA زنجیره α بوده که می تواند با محصولات ژن های DRB₁ یا DRB₃ یا (DRB₄) ترکیب شود . به این ترتیب توسط زیر منطقه HLA-DR در کل دو مولکول مجزای DRαβ_۱ یا DRαβ_۳ یا (DRαβ_۴) تولید می شود. زنجیره DRα فاقد پلی مورفیسم است در حالیکه زنجیره های DRβ به مقدار زیادی پلی مورفیسم دارند .

بنابراین زنجیره های DRβ تعیین کننده آنتی ژن DR یا تیپ آن می باشند .

• در بین لوکوس HLA-DP و HLA-DQ تعداد دیگری از مولکول های ژنی وجود دارند که عبارتند از:

HLA-DM  : این زیر منطقه حاوی دو ژن HLA-DMA و HLA-DMB می باشد که این دو ژن هترودایمری را کد می کنند که با MHC-II شباهت داشته و غیر پلی مورف بوده و اتصال پپتید آنتی ژنیک را به مولکول های MHC-II پلی مورف تسهیل می کند . عملکرد این پروتئین در عرضه آنتی ژن در مبحث معرفی آنتی ژن ها مورد بحث قرار خواهد گرفت .

HLA-DN  و  HLA-DO : دو زیر منطقه DN وDO نیز دیده می شود که اولی حاوی یک ژن HLA-DNA بوده و دومی نیز حاوی یک ژن بنام HLA-DOB می باشد . تاکنون بروز هیچکدام از این دو ژن در موجودات زنده دیده نشده ولی در In vitro  می توان بروز آنها را القاء کرد . برای این دو ژن نیز تاکنون عملی شناخته نشده است .

TAP [1] : این جایگاه ژنی مسئول سنتز پروتئین هایی است که در انتقال پپتیدهای آنتی ژنیک از سیتوزول به لومن شبکه اندوپلاسمی موثرند . ژن های TAP-1 و TAP-2 هترودایمری را کد می کنند که سبب انتقال پپتیدها از سیتوزول به ER می گردد ( مبحث معرفی آنتی ژن) . پپتیدها در این محل می توانند به مولکول های کلاس I تازه سنتز شده متصل شوند .

 LMP[2] : این جایگاه ژنی نیز دارای دو ژن LMP-2 و LMP-1  می باشد که می توانند هترودایمری را کد کنند که بنام پروتئازوم خوانده شده و سبب ایجاد پپتیدهایی آنتی ژنیک از پروتئین های سیتوزولی می شود . یعنی این هترودایمر به عنوان یک آنزیم پروتئاز توانائی شکستن پروتئین های سیتوزولی را داشته و از درون آنها پپتیدهای آنتی ژنیک را بوجود می آورد که بعداً به مولکول های کلاس یک متصل می گردند  ( شکل ۴: لیست آنتی ژن های شناخته شده HLA).

* تاکنون  انواع متفاوتی از آنتی ژن های II و  HLA-I در میان جمعیت شناسایی شده است . این انواع متفاوت که نشاندهنده پلی مرفیسم در بین انسان ها می باشند ( در شکل۴) آورده شده است. مثلاً در  HLA-A24  آلل مختلف و در لوکوس HLA-B حداقل ۵۲ آلل مختلف وجود دارد . هر آلل مشخص کننده ساختمان یک زنجیره  گلیکوپروتئینی بوده و محصول آلل های مختلف مولکول های سطح سلولی بوده که هر یک شاخص آنتی ژنیک خاص خود را دارا می باشد و انواع مختلف آلل ها با شماره گذاری مشخص می گردند ، مثلاً HLA-A₁ تا HLA-A₂₄ و … اگر آنتی ژنی توسط کمیته نامگذاری HLA بطور رسمی مورد شناسایی قرار نگرفته باشد حرف W که علامت Workshop می باشد قبل از عدد قرار می دهند مثلاً (HLA-DRW₁).

ج) ژنوم کمپلکس اصلی سازگاری بافتی کلاس سه (HLA-III) :

در این ناحیه ژن های متفاوتی وجود دارند که هیچیک جزء مولکول های HLA  نبوده و در معرفی آنتی ژن نقشی ندارند و برخلاف محصولات دو کلاس قبلی آنتی ژن های سطح سلولی نسیتند بلکه اجزاء محلول سرمی هستند و صرفاً به جهت اینکه در میان HLA کلاس I و II قرار گرفته اند بدین نام مصطلح شده اند .

در این ناجیه ژن آنزیم های ۲۱ هیدروکسیلاز A و B قرار گرفته اند که در بیوسنتز استروئیدها فعالیت دارند. اجزای کمپلمان نیز که توسط لوکوس های موجود در منطقه کلاس III کد می شوند حاوی پلی مورفیسم هستند . برای فاکتور B در سیستم آلترناتیو کمپلمان که ژنش در این ناحیه قرار دارد چهـــار آلــــل مختلف وجود دارد که آنها را از نظر میزان حرکت الکتروفورتیکی تشخیص می دهند. بر این اساس دو نوع عادی داشته که یکی با حرکت تند (BFF) و دیگری کند (BFS) وجود دارد و دو نوع نادر و ناقص داشته که باز هم یکی از آنها حرکت تند الکتروفورتیکی داشته (BFF₁) و دیگر کند می باشد (BFS₁) ( شکل ۵: آلل های مختلف سیستم کمپلمان در کمپلکس HLA).

ژن جزء دوم کمپلمان (C₂) نیز دارای سه آلل است که دو تای آنها عادی ( C₂^*Cو C₂^*A) و یک نوع نادر و ناقص (C₂^*QO) . ژن جزء چهارم کمپلمان نیز که دارای سه زنجیره پپتیدی است قسمت C₄A وC₄B  آن در این ناحیه قرار دارد .

جزء C₄A که قبلاً بنام (Rogers) نامیده می شد دارای ۸ آلل مختلف (۷آلل عمومی و ۱ آلل ناقص است) و جزء C₄B که قبلاً به نام (Chido) نامیده می شد دارای ۴ آلل مختلف (۳ آلل عمومی و ۱ آلل ناقص) می باشد .

همچنین ژن بعضی از پروتئین های شوک حرارتی (HSP)[3] در این ناحیه قرار دارند . این پروتئین به طور طبیعی به پروتئین های دناتوره شده در سیتوزول متصل شده و آنها را برای تجزیه به پروتئازوم ها تحویل می دهد . بالاخره ژن فاکتور نکروز دهنده تومور (TNF) و لنفوتوکسین (LT) و لنفوتوکسین (LTβ)β نیز در این ناحیه قرار دارند .

ویژگی های آنتی ژنی و ژنی HLA:

آنتی ژن های HLA را بر مبنای ویژگی مولکولی و تظاهرات آنتی ژنیک به انواع مختلفی نظیر آنتی ژن های مشترک یا عمومی ، آنتی ژن های اختصاصی یا منحصر به فرد و آنتی ژن های مشتق طبقه بندی می کنند .

آنتی ژن هایی که بین چندین مولکول HLA مشترک بوده و با اضافه شدن شاخص یا شاخص هایی بر روی آن ، انواع مولکول HLA ظاهر می شوند ، را آنتی ژن مشترک یا عمومی [۴] می گویند (BW₄ و BW₆) (شکل ۶: آنتی ژن های عمومی … ).

در حالیکه آنتی ژنی که فقط بر روی یک مولکول مشخص HLA یافت می شود را آنتی ژن اختصاصی [۵] می نامند . ابتدا به نظر می رسید که آنتی ژن های اختصاصی تنها از یک ویژگی آنتی ژنیک منحصر بفرد و غیر قابل تفکیک برخوردارند . لیکن بررسی های انجام شده نشان داد که برخی از این آنتی ژن های اختصاصی از مجموع چند ویژگی ظریف تر و کوچکتری بوجود می آیند . بعبارت دیگر برخی آنتی ژن های اختصاصی از دو یا چند شاخص آنتی ژنیک کوچکتر درست می شوند که به هر یک از شاخص های کوچک مشتق یا جزئی از آنتی ژن اصلی[۶] می گویند . به پیشنهاد کمیته علمی سازمان بهداشت جهانی آنتی ژن اصلی را در داخل پرانتز و پس از ذکر شماره آنتی ژن مشتق ذکر می کنند . برای مثال آنتی ژن های B₄₄(12) و  HLA-B₄₅(12) نمایانگر آن است که HLA-B₄₅ و HLA-B₄₄ مشتقات آنتی ژن HLA-B₁₂ هستند ( شکل ۷: برخی گروههای واکنش گر …. ) .

اشتراک بنیان آنتی ژنیک ( آنتی ژن عمومی) در بین چند آنتی ژن اختصاصی باعث بروز پدیده واکنش متقاطع [۷] می شود . لذا چنین آنتی ژن هایی را در یک گروه طبقه بندی نموده و تحت عنوان گروه آنتی ژن های مشابه [۸] و با نام اختصاری (CREG) معرفی می کنند . گروههای B₇(B₇-CREG) و B₅(B₅_CREG) که مشتمل بر تعدادی آنتی ژن اختصاصی هستند از این دسته اند  (شکل ۸: مشتقات آنتی ژن های HLA) .

ژن های پاسخ ایمنی : (Ir gene)

از سالها قبل مشخص شده بود که برخی از عفونت ها در خانواده های معینی شیوع بیشتری داشته و بروز آلرژی بیشتر در فامیل های خاصی دیده می شود .

همچنین این واقعیت که برخی از حیوانات یا «نژادهایی از یک حیوان به آنتی ژن های بخصوصی به خوبی پاسخ داده در حالیکه تعداد دیگری یا پاسخ نداده و یا ضعیف پاسخ می دهند، از مدتها پیش شناخته شده بود . بنابراین ژن های پاسخ ایمنی را به صورت ژن هایی تعریف می کردند که تعیین کننده توانایی یک فرد در ایجاد پاسخ ایمونولوژیکی علیه یک آنتی ژن خاص خارجی باشد . بعدها مشخص گردید که محل ژن های پاسخ ایمنی در نزدیکی ژن های کلاس HLA-II انسانی است و تصور می شود که خود مولکول های کلاس دو محصولات پروتئینی ژن های پاسخ ایمنی هستند . مولکول های مختلف کلاس دو از نظر اتصال به آنتی ژن متفاوتند بنابراین توانایی آنها در اتصال به یک قطعه پپتیدی خاص متفاوت است و به این ترتیب در عرضه یک قطعه پپتیدی خاص بعضی از مولکول های کلاس II کارآیی بیشتری دارند .

تفاوت در قدرت اتصال به قطعات پپتیدی می تواند توضیح دهنده آن باشد که چرا برخی از افراد به یک ماده خارجی خاص پاسخ می دهند در حالیکه افراد دیگر پاسخ نمی دهند . در واقع افرادی که توانایی پاسخ به ماده خارجی مورد نظر را دارند ژن های مناسب کلاس دو برای اتصال به پپتیدهای حاصل از پردازش ماده خارجی و ارائه آنها به سلول های T را به ارث برده اند .

در واقع نژادهای پاسخ دهنده، آلل هایی از HLA را به ارث برده اند که محصولات آن می توانند به پپتید مزبور متصل شده و کمپلکس پپتید HLA- توسط سلول های T اختصاصی کمک کننده شناسایی شده وسیستم ایمنی هومورال و سلول های  Bاختصاصی فعال شده و آنتی بادی تولید نمایند . در «نژادهای غیر پاسخ دهنده HLA قادر به اتصال به پپتید نبوده بنابراین کمپلکس پپتید HLA- تشکیل نشده ، سلول T اختصاصی فعال نگردیده و آنتی بادی تولید نمی شود . به این صورت نقش ژن های پاسخ ایمنی روشن می گردد .

جفت شدن همسو و غیر همسو

از آنجائی که هر فرد حاوی دو زیر منطقه برای HLA-DP و HLA-DQ می باشد که هر یک  بر روی یکی از کروموزوم های ۶ قرار گرفته اند و از آنجایی که ژن های DP و DQ با هم رابطه غالب و مغلوبی ندارند ، هر فرد که در زیر منطقه های DP و DQ هتروزیگوت است می تواند چهار مولکول متفاوت  DP و DQ را بروز دهد . اگر ژن های کد کننده زنجیره های آلفا و بتا بر روی یک کروموزوم باشند این حالت را جفت شدن همسو و در صورتی که ژن های کد کننده زنجیره آلفا از یک کروموزوم و ژن کد کننده زنجیره β متعلق به کروموزوم دیگری باشد این حالت را جفت شدن غیر همسو می نامند . در این حالت مولکول حاصله هیبرید نامیده شده که می تواند در ارتباط HLA و بیماری ها حائز اهمیت باشد .

 

حرکت تدریجی ژن ها

از آنجائی که ازدواج یک پدیده تصادفی و راندوم است کثرت وقوع دو آلل مختلف از دو لوکوس متفاوت HLA با هم ، نتیجه ای از کثرت وقوع هر کدام از آلل ها در جامعه می باشد . با این وجود بعضی از آلل ها بسیار بیشتر از حد انتظار با هم دیده می شود . این پدیده را حرکت ترجیحی ژن ها یا ناپیوستگی نامعمول[۱۱] گویند و مقدار آن به صورت تفاوت یا دلتا بین کثرت وقوع مشاهده شده و مورد انتظار محاسبه می شود . مثلاً در سفید پوستان آمریکای شمالی کثرت وقوع آلل HLA-B₈ برابر ۰۹/۰ و کثرت وقوع آلل های  HLA-DR₃ برابر ۱۲/۰ می باشد . بنابراین کثرت وقوع مورد انتظار برای هاپلوتیپ(HLA-B₈-DR₃ ) برابر (۰۱۰۸/۰=۰۹/۰×۱۲/۰) می باشد و کثرت مورد وقوع این هاپلوتیپ حدود (۰۷۴/۰) می باشد . یعنی کثرت وقوع مشاهده شده هفت بار از کثرت وقوع مورد انتظار بیشتر است و مقدار (۰۶۳۲/۰=۰۱۰۸/۰- ۰۷۴/۰=Δ) می باشد . چندین فرضیه در رابطه با حرکت ترجیحی ژن هاوجود دارد.

• وجود یک مزیت انتخاب کننده برای هاپلوتیپ ویژه ۲) مهاجرت و مخلوط شدن دو جامعه

۳) ازدواجهای فامیلی

۴) تجمع اتفاقی یک ذخیره ژنی