HLA (human leukocyte antigen)

Le systme HLA correspond un ensemble de gnesqui codent pour des glycoprotines exprimes sur laplupart des cellules de lorganisme. Initialement iden-tifis sur leucocytes, ces antignes sont lorigine dunom HLA (human leukocyte antigens) donn cesystme.Limportance du systme HLA a dabord t dmontreen histocompatibilit, car les antignes HLA sont impli-qus dans les phnomnes de rejet de greffe.Le rle du systme HLA a t lucid par la suite. Lesmolcules HLA, extrmement polymorphes, ont pourfonction de prsenter des peptides antigniques auxlymphocytes T. Cest pourquoi le systme HLA est ga-lement impliqu dans les pathologies infectieuses,autoimmunes et noplasiques.En pratique courante, la dtermination du groupe HLAdun individu est indispensable dans le cadre de la greffedorganes. Elle est galement indique dans la recherchede la susceptibilit certaines pathologies, maladiesautoimmunes pour la plupart.

DESCRIPTION DU SYSTME HLA

Organisation gntique du systme HLALa rgion HLA est situe sur le bras court du chromo-some 6 (bande 6 p.21.23). Elle occupe un segment de 4 5 mgabases contenant plus de 220 gnes pour la plu-part impliqus dans les rponses immunitaires. Seuleune quarantaine de gnes codent pour les molcules dusystme HLA proprement dit.Le systme HLA comporte trois rgions (figure 16) :

Figure 16. Organisation gntique de la rgion HLA

Chromosome 6

Bras long Centromre Bras court

Rgion HLA6p21.1-21.3

Classe IClasse IIIClasse II

FGAECBBf

C4 C2Hsp70TNFDRDQDMDP

Daprs : Mehra NK, Kaur G. MHC-based vaccination approaches : progress and perspectives. Expert Rev Mol Med 2003 ; 5 : 1-17.

la rgion HLA de classe I : les trois principaux gnescodent pour les molcules HLA-A, HLA-B et HLA-C.Les autres gnes fonctionnels sont des gnes HLA dits non classiques qui codent pour des molculesproches des molcules de classe I (HLA-E, -F et -G)ou des gnes dits apparents (gnes MIC et gneHFE) ;

la rgion HLA-D dite HLA de classe II : trois princi-paux loci (emplacements sur le chromosome) codentpour les molcules HLA-DP, HLA-DQ et HLA-DR.On trouve galement dans cette rgion des gnes dits apparents (HLA-DO et HLA-DM) et dautresgnes tels que les gnes TAP-1 et TAP-2 (qui codentpour une protine transporteuse de peptides) et lesgnes LMP2 et LMP7 (qui codent pour des lmentsdu protasome) ;

la rgion HLA de classe III : les gnes situs dans cettergion ne codent pas pour des molcules HLA, maiscomptent de nombreux gnes impliqus dans larponse immunitaire comme les gnes du complment(C2, C4, facteur B), certains gnes des cytokinescomme le tumor necrosis factor (TNF) ou des gnescodant pour les protines du choc thermique ou heatshock proteins (HSP).

Pour ces 6 loci HLA (-A, -B, -C, -DR, -DQ, -DP),lensemble des gnes ports par un chromosome consti-tue un haplotype. Les haplotypes sont transmis en bloco chacun des gnes est autosomique dominant.Chaque individu hrite dun haplotype maternel et dunhaplotype paternel, et exprime donc 12 molcules HLA(ou 14 dans le cas de certains haplotypes DR). Les ph-nomnes de recombinaisons gntiques (crossing-over)sont rares (0,8 % entre les loci HLA-A et -B).

Le systme HLA est caractris par son extrme poly-morphisme, puisquon dnombre plus de 800 allles(diffrentes versions dun mme gne) pour les six prin-cipaux loci HLA-A, -B, -C, -DR, -DP, -DQ. Le nombrethorique de combinaisons des diffrents allles estdonc de plusieurs milliards. En ralit, le nombre degnotypes est bien moindre, en raison de deux caract-ristiques du systme :

dune part, les allles HLA ne sont pas distribusavec la mme frquence. Certains allles sont rares(HLA-DR10 est port par moins de 1 % des individuscaucasiens) et dautres sont largement distribus (prsde 50 % des individus caucasiens sont HLA-A2). Parailleurs, ces frquences sont variables dune originegographique lautre (le HLA-DR9 dont la fr-quence est infrieure 2 % chez les Caucasiensest retrouv avec une frquence de 20 % chez lesAsiatiques) ;

dautre part, on observe des associations prfren-tielles dallles de diffrents loci sur un mme haplo-type et on parle de dsquilibre de liaison. Ainsi, parexemple, lhaplotype HLA-A1, B8, DR3 est-il plusfrquent dans la population caucasienne que ne levoudrait la frquence respective des gnes qui le com-posent. Dans ce cas, on parle dhaplotypes conservsqui ont t slectionns au cours de lvolution delespce.

Gnes et molcules HLA

Molcules HLA de classe I

Elles sont exprimes sur la plupart des cellules nuclesde lorganisme (fortement pour A et B, plus faiblementpour C).

La molcule HLA de classe I est une glycoprotinetransmembranaire compose dune chane lourde de44 kDa associe une chane lgre, la 2-microglobuline. La rgion extra-cellulaire est unechane compose de trois domaines en boucle, 1,2, 3. Les domaines 1 et 2, qui portent le poly-morphisme, forment un sillon dans lequel se fixent despeptides antigniques (figure 17).

Les loci A, B, C comportent un seul gne codantpour la chane . Le polymorphisme est localis auniveau des exons 2 et 3 codant pour les domaines 1et 2.Ce polymorphisme est mis en vidence par des allo-srums ou des anticorps monoclonaux spcifiques despitopes caractristiques du polymorphisme. Ces anti-corps ont permis de dterminer les diffrentes spcifi-cits et sous-spcificits au locus A, au locus B, et aulocus C (figure 18).

Figure 17. Structure de la molcule HLA de classe I

classe 1

2 1

3 2m

sries A, B, Cwpeptidezonesde variabilit

Structure schmatiquedes molcules HLAde classe I (A) et de classe II (B)indiquant les zones polymorphesde variabilit, et la localisationdu peptide prsent

Daprs : Bignon JD. Systme HLA. EMC Hmatologie 2000 ; 13-000-M-53,p. 4.

Au niveau gnomique, on a mis en vidence une varia-bilit plus importante pour chaque spcificit dfiniesur le plan srologique. Par exemple, 45 squencesnuclotidiques diffrentes codant pour la spcificit B27ont pu tre caractrises.

Molcules HLA de classe II

Les molcules HLA de classe II ont une distributionplus restreinte que les molcules HLA de classe I : ellessexpriment essentiellement sur les cellules de limmu-nit telles que les lymphocytes B, les cellules prsenta-trices de lantigne (principalement monocytes etmacrophages) et les lymphocytes T activs. Les mol-cules HLA-DR sont les plus reprsentes.

Ce sont des glycoprotines transmembranaires htro-dimriques. Elles sont constitues dune chane (3134 kDa) associe une chane (2629 kDa). Ledomaine extra-cellulaire est constitu de deux domainesen boucle (1 et 2 pour la chane , 1 et 2 pour lachane ). Les domaines 1 et 1, qui portent le poly-morphisme, forment un sillon dans lequel se fixent despeptides antigniques (figure 18).

Les loci correspondant comportent deux gnes fonc-tionnels, un gne A codant pour la chane et ungne B codant pour la chane .Le polymorphisme des molcules HLA de classe II estessentiellement port par les gnes codant pour lachane . Il est situ au niveau de lexon 2 des gnes Aet B et touche les domaines 1 et 1.Le polymorphisme des molcules HLA de classe II estaugment par la possibilit dassociations multiples dechanes et intra-isotypiques (surtout pour DQ) ouinter-isotypique (DR-DQ). La srie DQ : elle comporte 4 spcificits srologiquesprincipales, DQ1 DQ4. DQ1 est subdivis en DQ5

Figure 18. Structure de la molcule HLA de classe II

classe II

1 1

2 2

sries DR, DQ, DPpeptidezonesde variabilit

Structure schmatiquedes molcules HLAde classe I (A) et de classe II (B)indiquant les zones polymorphesde variabilit, et la localisationdu peptide prsent

Daprs : Bignon JD. Systme HLA. EMC Hmatologie 2000 ; 13-000-M-53,p. 4.

et DQ6 ; DQ3 est subdivis en DQ7, 8 et 9(figure 19). Le nombre de spcificits dfinies sur leplan srologique est trs infrieur au nombre dalllesdfini sur le plan molculaire.

La srie DR : pour la srie DR, la situation est pluscomplexe.

Le locus comprend un gne A unique (DRA) et plu-sieurs gnes B (DRB1, DRB2, DRB3, DRB4,DRB5). Le gne DRB1 code pour la chane quiva sassocier avec la chane pour former une pre-mire molcule DR. La mthode srologique a per-mis de dfinir une srie de spcificits de DR1 DR10 et diffrentes sous-spcificits, DR11 DR18(figure 18).

Sur certains haplotypes DR, les gnes DRB3,DRB4 et DRB5 vont coder une deuxime chane qui, sassociant la chane , forment une deu-xime molcule DR correspondant aux spcificitsDR51, 52 et 53. Le gne DRB3 sexprime sur leshaplotypes DR3, DR11, DR12, DR13, DR14 ; legne DRB4, sur les haplotypes DR4, DR7 et DR9 ;le gne DRB5, sur les haplotypes DR15 et DR16.Le gne DRB2 est un pseudo-gne qui ne sexprimepas. Ici aussi, le nombre de spcificits dfinies surle plan srologique est trs infrieur au nombredallles dfinis sur le plan molculaire (plus dunecentaine).

La srie DP : elle a longtemps t nglige faute detechnique applicable en routine. Six ou sept spcifi-cits immunologiques ont t dfinies par la ractivitdes lymphocytes T. Actuellement, le polymorphismeest tudi par biologie molculaire.

Guide des analyses spcialises

Mthodes dtude du systme HLA

Dtermination srologique du groupage HLA

Pour la caractrisation des molcules HLA, les tech-niques srologiques utilisent des allo-anticorps (obtenusaprs grossesse, immunisation ou greffe) ou des anti-corps monoclonaux.

Microlympho-cytotoxicit

La technique de rfrence est le test de micro-lympho-cytotoxicit dpendante du complment miseau point par Terasaki en 1964. Le sang total doit trerecueilli sur un mlange ACD (actate citrate dextrose)et gard temprature ambiante, ce qui permet deconserver la viabilit des lymphocytes pendant environ72 heures. Les lymphocytes vivants sont isols du sangpriphrique par gradient de densit (Ficoll) ou laide de billes magntiques permettant de sparer leslymphocytes T. Les cellules sont rparties dans