Киллерные иммуноглобулиноподобные рецепторы (Killer immunoglobulin-like receptors — KIR или KIR-рецепторы) — это рецепторы, которые в основном присутствуют на плазматической мембране натуральных клеток-киллеров (NK-клеток). Они играют важную роль в иммунной системе млекопитающих. NK-клетки используют KIR для выявления патологических клеток, таких как опухолевые или инфицированные клетки [2].
KIR-рецепторы регулируют функцию NK-клеток путем взаимодействия с различными лигандами на поверхности клеток, тем самым определяя, следует ли активировать NK-клетки или ингибировать их, препятствуя уничтожению клетки, на которую они направлены. Гены, кодирующие эти белки, демонстрируют значительную вариативность за счет изменчивого генного состава, количества копий и аллельного полиморфизма. Комбинация генов KIR и их лигандов имеет значение в различных клинических ситуациях, включая трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток и солидных органов, а также прогрессирование инфекционных заболеваний. Определение генов KIR используется как фактор при выборе оптимальных доноров стволовых клеток, поскольку вариации гаплотипов у реципиента и донора дают разные клинические результаты [7].
Семейство генов KIR в настоящее время состоит из 15 генных локусов (KIR2DL1, KIR2DL2/L3, KIR2DL4, KIR2DL5A, KIR2DL5B, KIR2DS1, KIR2DS2, KIR2DS3, KIR2DS4, KIR2DS5, KIR3DL1/S1, KIR3DL2, KIR3DL3 и два псевдогена, KIR2DP1 и KIR3DP1), кодируемых в участке размером 100-200 тыс. п. н. комплекса лейкоцитарных рецепторов (Leukocyte Receptor Complex – LRC), расположенном на хромосоме 19 (19q13.4) [7].
LRC содержит большой (1 млн. п. н.), плотный кластер быстро эволюционирующих иммунных генов, который содержит гены, кодирующие другие молекулы клеточной поверхности с характерными Ig-подобными внеклеточными доменами. Эти гены включают, от центромеры к теломере, лейкоцитарные иммуноглобулиноподобные рецепторы (Leukocyte Immunoglobulin-like Receptors) и лейкоцит-ассоциированные иммуноглобулиноподобные рецепторы (Leukocyte-Associated Immunoglobulin-like Receptors), FcGammaR, а также естественный цитотоксический рецептор 1 (NCR1). Кроме того, расширенный комплекс лейкоцитарных рецепторов содержит гены, кодирующие иммуноглобулиноподобные лектины, связывающие сиаловую кислоту (SIGLEC), и представителей семейства CD66, таких как гены карциноэмбрионального антигена (CEA), а также гены, кодирующие трансмембранные адаптерные молекулы DAP10 и DAP12.
Организация генов KIR
Гены KIR имеют разную длину от 4 до 16 тыс. п. н. (полная геномная последовательность) и могут содержать от четырех до девяти экзонов. Гены KIR классифицируются как принадлежащие к одной из трех групп в соответствии с их структурными особенностями: 1) гены типа I KIR2D, которые кодируют два внеклеточных доменных белка с конформацией D1 и D2; 2) структурно отличные гены KIR2D типа II, которые кодируют два внеклеточных доменных белка с конформацией D0 и D2; а также 3) гены KIR3D, которые кодируют белки с тремя внеклеточными Ig-подобными доменами (D0, D1 и D2).
(Источник — https://www.ebi.ac.uk/ipd/kir/about/#lrc)
Гаплотипы KIR
В зависимости от генетического состава генотипы KIR можно разделить на две большие группы гаплотипов: A и B. Эти группы гаплотипов изначально различали с помощью полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (Restriction Fragment Length Polymorphism), причем наличие фрагмента HindIII размером ~24 тыс. п. н. указывало на гаплотип группы B. Однако, на данный момент эти группы гаплотипов различаются по количеству и комбинации присутствующих генов KIR. Согласно этому новому определению групп гаплотипов KIR, гаплотипы группы A, как правило, не изменяются в своей генной организации, имея все четыре основных гена, а также KIR2DL1, KIR2DL3, KIR3DL1, KIR2DS4 и KIR2DP1.
Гаплотипы группы B демонстрируют гораздо большую вариативность по количеству и комбинации присутствующих генов KIR и характеризуются наличием одного или нескольких генов KIR2DL2, KIR2DL5A/B, KIR2DS1, KIR2DS2, KIR2DS3, KIR2DS5 и KIR3DS1. Гаплотипы группы B имеют большую вариативность по количеству присутствующих генов. Они имеют от одного до пяти активирующих KIR (а именно KIR2DS1, KIR2DS2, KIR2DS3, KIR2DS5 и KIR3DS1) и могут включать ингибирующие гены KIR, которые, как известно, отсутствуют в гаплотипах группы A (то есть KIR2DL2 и KIR2DL5).
Белки KIR
Белки KIR имеют характерные Ig-подобные домены в своих внеклеточных участках, которые в некоторых белках KIR участвуют в связывании лигандов HLA класса I. Они также имеют трансмембранные и цитоплазматические участки, которые являются функционально важными, поскольку определяют тип сигнала, передаваемого к NK-клеткам. Белки KIR могут иметь два или три Ig-подобных домена (соответственно KIR2D или KIR3D), а также короткие или длинные цитоплазматические хвосты (обозначенные как KIR2DS или KIR2DL). Белки KIR с двумя доменами делятся на две группы в зависимости от происхождения дистальных Ig-подобных доменов, присутствующих в мембране. Белки KIR2D типа I (KIR2DL1, KIR2DL2, KIR2DL3, KIR2DS1, KIR2DS2, KIR2DS3, KIR2DS4 и KIR2DS5) имеют мембрано-дистальный Ig-подобный домен, сходный по происхождению с Ig-подобным доменом KIR3D D1, но не имеют домена D0. Этот Ig-подобный домен D1 кодируется главным образом четвертым экзоном соответствующих генов KIR. Белки KIR2D типа II, KIR2DL4 и KIR2DL5 имеют мембрано-дистальный Ig-подобный домен, сходный по последовательности с доменом D0, присутствующим в белках KIR3D, однако KIR2D типа II не имеют домена D1. Длинные цитоплазматические хвосты обычно содержат два иммунных ингибиторных мотива на основе тирозина (Immune Tyrosine-based Inhibitory Motifs), которые передают сигналы к NK-клеткам. Короткие цитоплазматические хвосты имеют положительно заряженный аминокислотный остаток в своей трансмембранной области, что позволяет им ассоциироваться с сигнальной молекулой DAP12, способной генерировать сигнал активации [1].
(Источник — https://www.ebi.ac.uk/ipd/kir/about/#lrc)
Роль NK-клеток была исследована в условиях трансплантации солидных органов
Известно, что NK-клетки проникают в аллотрансплантаты почек и чаще встречаются в периферической крови пациентов с острым отторжением трансплантата. Было показано, что ингибирующий лиганд KIR-KIR играет роль в повышенном риске хронического отторжения и снижении долгосрочной выживаемости трансплантата. KIR2DS4 и KIR2DS5 были связаны с результатами трансплантации почек у пациентов с гломерулярным нефритом. KIR2DS4 чаще встречался у пациентов с острым отторжением трансплантата, тогда как KIR2DS5 был связан с уменьшением отторжения. Межиндивидуальные различия в генотипах лигандов KIR и HLA класса I, связанные с различиями в реактивности NK-клеток, влияют на донор-специфическую антителозависимую клеточную цитотоксичность, опосредованную антителами NK-клеток, в аллотрансплантатах органов. Кроме того, были выявлены различия в количестве CD8+ Т-клеток, экспрессирующих KIR2D, между реципиентами трансплантатов печени с острым отторжением и без него, что свидетельствует о роли рецепторов KIR в результатах аллотрансплантации печени [6].
В контексте инфекционных заболеваний было показано, что молекулы KIR оказывают влияние в различных ситуациях. Было показано, что защита от прогрессирования ВИЧ-инфекции связана с присутствием KIR3DL1 и его лиганда HLA-B Bw4, особенно при наличии 80I. Недавно было показано, что у лиц, имеющих HLA-B*57, вариант молекулы KIR3DL1 связан с исключительным контролем вирусной нагрузки и замедлением прогрессирования заболевания.
KIR-типирование при трансплантации гемопоэтических стволовых клеток
KIR-типирование при трансплантации гемопоэтических стволовых клеток используется при KIR-генотипировании высокого разрешения и все чаще применяется в исследованиях аллельных вариаций, присутствующих в семействе генов KIR. Аллельные вариации генов KIR связывают с результатами трансплантации гемопоэтических стволовых клеток и солидных органов, что свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения этих генов на этом уровне. Аллельная вариация в генах KIR позволяет характеризовать лиц по различным уровням экспрессии, причем аллели с высокой и низкой экспрессией обеспечивают более сильные и более слабые ингибирующие сигналы [6].
Генотипирование KIR и HLA-C для оценки риска осложнений беременности.
В течение первого триместра беременности трофобластические клетки из бластоцисты проникают в стенку материнской матки, способствуя формированию плаценты. Дефект в процессе формирования плаценты может привести к различным нарушениям, таким как преждевременные роды, преэклампсия, задержка роста плода или потеря беременности. Исследования показали, что часть регуляции процесса формирования плаценты происходит под влиянием местного иммунного распознавания. Трофобластические клетки экспрессируют высокие уровни HLA-C, которые распознаются KIR-рецепторами и uNK-клетками (естественными киллерными клетками матки). KIR экспрессируются из высокополиморфного семейства генов. Эти гены группируются и классифицируются на гаплотип A (преимущественно ингибирующие KIR) и гаплотип B (преимущественно активирующие KIR). Наличие активирующих KIR (гаплотип B) обеспечивает защиту от осложнений беременности, тогда как их отсутствие (гаплотип A) увеличивает риск осложнений. Баланс между активацией и ингибированием позволяет высвобождать цитокины, которые способствуют трофобластической инвазии плаценты.
Исследование генотипирования KIR и HLA-C — это генетические исследования, которые определяют гаплотип человека на основе генов KIR и выполняют молекулярное типирование аллелей антигенов лейкоцитов человека (HLA-C класса I) на уровне аллельной группы. Результат позволяет оценить риск осложнений беременности на основе имеющегося гаплотипа, что дает возможность назначить лечение для лучшего репродуктивного ответа. Данное исследование проводится при совокупности методов PCR SSP и PCR SSO и в первую очередь рекомендуется в случаях репродуктивных нарушений [4].
Также было проведено исследование Вильчинской и др., 2020 “Гены KIR и HLA-C при мужском бесплодии” [8], которое опубликовано в журнале «Journal of Assisted Reproduction and Genetics». Это новаторское исследование знаменует собой первое изучение роли генов KIR при мужском бесплодии. Используя именно набор от немецкой компании inno-train KIR-Ready Gene, авторы статьи провели анализ генотипа участников этого исследования. Их выводы действительно впечатляют: «В этой работе нам удалось показать значительные различия в профиле генов KIR между мужчинами, имеющими детей от естественного зачатия, и мужчинами, которые участвовали со своими партнершами в экстракорпоральном исследовании» [3].
Набор для KIR-типирования KIR-Ready Gene от вышеупомянутой компании inno-train позволяет определить все 15 генов KIR (включая псевдогены), а также определить все известные аллельные варианты с важными фенотипами, например:
- 2DL4 (дифференциация первичных аллелей 2DL4*001–*006 и делеционных аллелей 2DL4*007–*009);
- 2DL5 (дифференциация экспрессированных аллелей 2DL5A*001, A*005, A*012 или 2DL5*003 и неэкспрессированных аллелей 2DL5B*002, B*004, B*006–013);
- 2DS4 (дифференциация первичных аллелей 2DS4*001, *002 и делеционных аллелей 2DS4*003, *004, *006),
- псевдоген 3DP1 (различение двух полиморфизмов, в основном связанных с наличием или отсутствием 2DL1; дифференциация 3DP1*003 (2DL1 присутствует) и 3DP1*001, *002 (2DL1 отсутствует).
Набор для определения также включает интегрированный отрицательный контроль, предварительно отдозированные и высушенные смеси праймеров, готовый к использованию буфер для ПЦР (ReadyPCR), а собственно сам метод основан на принципе последовательно-специфического прайминга (Sequence Specific Priming – SSP-PCR).
Молекулярно-биологические системы детекции SSP от inno-train основаны на полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая позволяет амплифицировать определенные последовательности ДНК. После успешной амплификации целевая последовательность геномной ДНК присутствует в определяемой концентрации. Оценка результата проводится с помощью электрофореза в агарозном геле. В электрическом поле результаты амплификации разделяются по размеру. Под УФ-светом полосы визуализируются с помощью интеркаляции бромистого этидия и могут быть сохранены для дальнейшей документации [2].
ВЫВОДЫ
Таким образом, количество и тип генов KIR существенно варьируются между людьми. Генотипирование на основе принципа SSP-PCR является наиболее распространенным методом оценки содержания генов KIR из-за простоты процедуры, доступности набора и понятной интерпретации результатов в отличие от других методов типирования, которые требуют значительного времени для всесторонней обработки ПЛР-данных и сложной интерпретации, что значительно ограничивает их пользу [5] Также KIR-типирование все чаще используется в диагностике бесплодия, поскольку помогает диагностировать именно иммунологическое бесплодие, причины неудачной имплантации эмбрионов и выкидышей; позволяет проводить лечение с высокой вероятностью успеха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. https://www.ebi.ac.uk/ipd/kir/ — IPD-KIR Database.
2. https://www.inno-train.de/en/home-ssp-pcr/kir-typing/.
4. https://www.synlab-sd.com/en/exame/genotipagem-kir-hla-c-2/.
5. Andrea A. Zachary and Mary S. Leffell (eds.), Transplantation Immunology: Methods and Protocols, Second Edition, Methods in Molecular Biology, vol. 1034, DOI 10.1007/978-1-62703-493-7_12.
6. Downing, J., D’Orsogna, L. High-resolution human KIR genotyping. Immunogenetics 74, 369–379 (2022). https://doi.org/10.1007/s00251-021-01247-0.
7. Trowsdale J. Genetic and functional relationships between MHC and NK receptor genes. Immunity. 2001 Sep;15(3):363-374. DOI: 10.1016/s1074-7613(01)00197-2.
8. Wilczyńska, K., Radwan, P., Krasiński, R. et al. KIR and HLA-C genes in male infertility. J Assist Reprod Genet 37, 2007–2017 (2020). https://doi.org/10.1007/s10815-020-01814-6.
(Джерело посилання — inno-train Diagnostik GmbH)
