Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Dr. Klein, Dr. Rost und Kollegen

Der MHC-Locus und das HLA-System

Dr. med. Kaimo Hirv, Dr. rer. nat. Barbara Bangol

Die Entdeckung des Haupthistokompatibilitätskomplexes (Abk. MHC von engl. Major Histocompatibility Complex) hat seinen Ursprung in der Gewebetransplantation. Transplantiert man Gewebe von einem Individuum auf ein genetisch differentes Individuum derselben Spezies, wird das Transplantat vom Empfänger als fremd erkannt und zerstört. Beim Menschen wurde dieses System erstmals 1964 von J. Dausset und R. Payne beschrieben und in den vergangenen 40 Jahren mittels immunologischer und zunehmend auch molekulargenetischer Verfahren im Detail charakterisiert. Der MHC-Locus setzt sich bei Wirbeltieren aus mehreren Genen zusammen, welche Proteine codieren, die für die Immunerkennung, die Gewebeverträglichkeit (Histokompatibilität) bei Transplantationen und die immunologische Individualität bedeutsam sind. Beim Menschen ist das HLA (Humanes Leukozyten Antigen)-System, welches auf dem kurzen Arm von Chromosom 6 lokalisiert ist, ein wichtiger Bestandteil des MHC-Locus. Die "klassischen" MHC-Gene sind in zwei Regionen unterteilt, die zwei Klassen von HLA-Molekülen kodieren: HLA-Klasse I (HLA-A,-B,-C) und HLA-Klasse II (HLA-DR,-DQ,-DP). Der gesamte HLA-Komplex umfasst ca. 4.000 Kilobasen (Kb), wobei die HLA-Klasse I-Region ca. 1.800 Kb und die HLA-Klasse II- Region ca. 1.000 Kb beinhaltet. Das HLA-System ist sehr polymorph, d.h. für die meisten Genorte existieren mehrere genetische Varianten (sog. Allele).

Die Genprodukte der “klassischen“ HLA-A, -B, und -C-Gene (Klasse I) sind auf der Zellmembran lokalisierte Glykoproteine, die mit unterschiedlicher Quantität auf kernhaltigen somatischen Zellen exprimiert werden. Die Genprodukte der “klassischen“ HLA-Klasse II-Gene sind zwei nicht-kovalent assoziierte, membranverankerte Polypeptidketten. Die HLA-DR-Subregion enthält ein monomorphes Gen für die α-Kette (DRA) und 9 Gene für die β-Ketten (DRB1-DRB9), wobei die DRB1-Gene den polymorphen Anteil der bekannten HLA-DR-Spezifitäten kodieren.

Die „klassischen“ HLA-Klasse II-Moleküle sind auf antigenpräsentierenden Zellen (wie z.B. peripheren B-Lymphozyten, Makrophagen, dendritischen Zellen oder aktivierten Lymphozyten) nachweisbar. Die zentrale immunbiologische Funktion der beiden HLA-Molekül-Klassen ist die Antigenpräsentation. Jedes HLA-Molekül bindet entsprechend der allelischen Variante einspezifisches Muster an Peptiden. Zytotoxische T-Zellen (Tc oder T8) erkennen im Wesentlichen die HLA-Klasse I-Moleküle im Komplex mit dem sich in der Bindungsgrube befindlichen Peptid, während T-Helfer-Lymphozyten (Th oder T4) den HLA-Klasse II-Peptid-Komplex detektieren. Der Polymorphismus des HLA-Systems bedingt die Präsentation vieler verschiedener Peptide unterschiedlichsten antigenen Ursprungs, wodurch sichergestellt wird, dass eine Vielzahl von Individuen eine Immunantwort gegen ein infektiöses bzw. körperfremdes Agens entwickeln kann. Durch die Präsentation körpereigener Peptide lernt das Immunsystem die Erkennung von "selbst“. Das Versagen dieser Selbsterkennung kann zur Auslösung von Autoimmunerkrankungen führen.

Die jeweils gültige Nomenklatur für Faktoren des HLA-Systems wird durch das WHO Nomenklatur-Komitee festgelegt. Serologisch bestimmte HLA-Antigene werden durch einen Buchstaben für den Genort und eine Nummer für die Antigenvariante gekennzeichnet, z.B. HLA-B8. Molekulargenetisch typisierte HLA-Allele werden mit dem Genort, einem '*' und vier Feldern für Allelgruppe, Allele mit Aminosäure-Austausch, Allele mit synonymen Nukleotidsubstitutionen in den Exons und Nukleotidsubstitutionen in den Introns angegeben, z. B. HLA-A*24:02:01:01. In der Regel ist eine Typisierung auf Allelgruppenebene (z. B. HLA-A*24, niedrige Auflösung) oder auf Allelebene (2 Felder, z. B. HLA-A*24:02, hohe Auflösung) ausreichend.

Die HLA-Typisierung der HLA-Klasse I- und -Klasse II-Allele erfolgt bei uns molekulargenetisch mittels direkter DNA-Sequenzierung (Sequence-based Typing, SBT), mit sequenzspezifischen Oligonukleotid-Sonden (SSO) oder mit sequenzspezifischen Primern (PCR-SSP). Die DNA-Sequenzierung bietet die zuverlässigsten Ergebnisse und ermöglicht die höchste Auflösung. Neben der konventionellen Sanger-Sequenzierung wird bereits erfolgreich das Next Generation Sequencing (NGS) zur HLA-Typisierung eingesetzt. 

Die Typisierung von HLA-Merkmalen spielt eine bedeutsame Rolle in der Transplantations- und Transfusionsmedizin sowie bei der Differentialdiagnostik bestimmter Erkrankungen, die mit dem Vorhandensein eines definierten HLA-Allels assoziiert sind. Verschiedene HLA-assoziierte Erkrankungen, wie z.B. Narkolepsie (HLA-DQB1*06:02), M. Bechterew (HLA-B*27) oder bestimmte Autoimmunerkrankungen weisen eine mehr oder weniger starke Assoziation mit einer bestimmten HLA-Determinante auf. Diese Information kann als zusätzlicher Marker in der Differenzialdiagnostik eingesetzt werden (s. auch Tabelle in "HLA-Merkmale und Krankheitsassoziation"). Bei der Transplantation von soliden Organen ist der positive Einfluss der Übereinstimmung der HLA-Merkmale von Organspender und -empfänger heute unumstritten (www.ctstransplant.org). In der Transfusionsmedizin müssen Patienten, die anti-HLA-Antikörper besitzen, bei Bedarf mit HLA-kompatiblen Thrombozyten transfundiert werden.

Eine besondere Bedeutung kommt dem HLA-System für die Auswahl von Knochenmark- und Stammzellspendern zu. Die allogene Transplantation von Knochenmark (KMT) oder peripheren Blutstammzellen (PBSCT) ist bei malignen Erkrankungen und Funktionsstörungen der blutbildenden Organe die Therapie der Wahl. Eine Alternative zur Blutstammzell- oder Knochenmarktransplantation ist die Nabelschnurvenenbluttransplantation. Als allgemein anerkanntes Kriterium für eine erfolgversprechende Stammzelltransplantation gilt die Gewebeverträglichkeit von Spender und Empfänger, d.h. die Übereinstimmung von HLA-A, -B und -C sowie den HLA-DRB1 und DQB1-Merkmalen. Die Transplantationsergebnisse zwischen genetisch HLA-identischen Geschwistern und nicht verwandten Knochenmarkspendern (Registerspendern) sind heutzutage vergleichbar gut. Da jedoch nur ca. 35% der Patienten in Westeuropa über einen HLA-identischen Geschwisterspender verfügen, werden zunehmend die HLA-identischen Registerspender herangezogen. Im Konsensuspapier der Deutschen Transplantations-mediziner und Immungenetiker wurden die Auswahlkriterien für einen passenden Registerspender zur Stammzelltransplantation festgelegt. Darin wird für die unverwandte KMT eine Übereinstimmung von HLA-A*, -B*, -C* mit mindestens niedriger Auflösung und von HLA-DRB1* und -DQB1* mit hoher Auflösung gefordert. Unter Berücksichtigung der geltenden Auswahlbedingungen können derzeit für ca. 80% der Patienten mit hämatologischen Erkrankungen, die über keinen verwandten Spender verfügen, Registerspender gefunden werden. Weltweit stehen derzeit ca. 20 Millionen freiwillige KM-Spender zur Verfügung, die anonym in nationalen (z.B. Zentrales Knochenmarkspender-Register Deutschland ZKRD, Ulm) oder anderen internationalen Registern erfasst wurden. Die Suche und Vermittlung von KM-Spendern erfolgt international über die online-Verknüpfungen des ZKRD mit den Registern in aller Welt.