Χαρακτηρισμός αυτοαντισωμάτων στη μυασθένεια και μελέτη τους σε πειραματικά μοντέλα της νόσου

Abstract

Myasthenia gravis (MG) is considered the classical organ specific, autoantibody-mediated, and T cell dependent human autoimmune disease. MG is associated with autoantibodies (autoAbs) against the acetylcholine receptor (AChR) of the neuromuscular junction (NMJ). These autoAbs are found in approximately 85% of the patients with generalized MG (AChR-MG), while the remaining ~15% of MG patients have autoAbs to additional NMJ proteins. MG patients are suffering from fatigability and weakness of skeletal muscles, usually due to destruction of the AChRs in the NMJ. The AChR located in the muscle endplates is a ligand-gated ion channel formed by five homologous subunits with stoichiometry α2βγδ in the embryos and α2βεδ in the adults. The subunits are arranged symmetrically around a central pore and are embedded in the postsynaptic muscle membrane, with their extracellular domains (ECDs) oriented in the synaptic space. Muscle AChRs bear one binding site per α-subunit for acetylcholine (ACh), the neurotransmitter which is responsible for the transmission of the nerve impulse to the muscle fibers. The autoimmune nature of the MG has been proved by several observations supporting the role of anti-AChR autoAbs in the pathogenesis of MG. AChR-MG patients have serum circulating anti-AChR autoAbs, detected also at the NMJ. Moreover, patients’ clinical picture improves after plasma or IgG apheresis. Transplacental transfer of IgG (including anti-AChR autoAbs) from MG mothers to infants is thought to be responsible for the transient MG observed in the newborns. Moreover, the disease can be reproduced in animal models (experimental autoimmune MG, EAMG) either by active immunization with AChR (whole or parts of it), or by passive transfer of MG sera and monoclonal Abs (mAbs) against the AChR. However, although it is clear that animal anti-AChR autoAbs can cause EAMG, it has not yet been directly shown whether the anti-AChR Ab fraction of MG patients’ sera is indeed the only or at least the main pathogenic factor in these sera. The anti-AChR autoAbs in sera of MG patients appear heterogeneous in terms of epitope binding. A large fraction of the autoAbs is directed against a specific region, located at the α-subunits called main immunogenic region (MIR). Its antigenic structure is favored by its position near the synaptic end. In addition to the MIR region, autoAbs against the rest of the α-subunit and the other subunits have also been identified. Epitope variability may explain the lack of correlation between patients’ serum autoAb titers and their clinical condition. Indeed, passive transfer experiments with MG sera have demonstrated the induction of the disease only from certain sera. In addition, passive transfer of the disease with mAbs against the AChR has been observed mostly with the use of anti-MIR Abs. Using recombinant extracellular domains of the human AChR α and β subunits, we have isolated autoAbs from the sera of four MG patients. The ability of these isolated anti-subunit Abs and of the Ab-depleted sera to passively transfer experimental autoimmune MG in Lewis rats was investigated. We found that the isolated anti-subunit Abs were at least as efficient as the corresponding whole sera or whole Ig in causing experimental MG. Abs to both α- and β-subunit were pathogenic although the anti-α-subunit were much more efficient than the anti-β-subunit ones. Interestingly, the autoAb-depleted sera were free of pathogenic activity. The later suggests that the myasthenogenic potency of the studied anti-AChR MG sera is totally due to their anti-AChR autoAbs, and therefore selective elimination of the anti-AChR autoAbs from MG patients may be an efficient therapy for MG. In addition, we showed that the anti-α subunit autoAbs are not the only pathogenic anti-AChR autoAbs though they are much more capable in inducing MG than the anti-β ones.

Η Μυασθένεια (MG) αποτελεί ένα κλασσικό οργανοειδικό, Τ-εξαρτώμενο αυτοάνοσο νόσημα, διαμεσολαβούμενο από αυτοαντισώματα. Τα αυτοαντισώματα στην MG κατευθύνονται έναντι του μυϊκού υποδοχέα της ακετυλοχολίνης (AChR) της νευρομυϊκής σύναψης. Αυτοαντισώματα έναντι του AChR διαπιστώνονται σε περίπου 85% των ασθενών MG, ενώ στο υπόλοιπο 15% των ασθενών διαπιστώνονται αυτοαντισώματα έναντι άλλων πρωτεϊνών της νευρομυϊκής σύναψης. Οι ασθενείς με MG εμφανίζουν μυϊκή αδυναμία, και κόπωση των σκελετικών μυών, συνήθως λόγω καταστροφής των AChR της νευρομυϊκής σύναψης. Ο AChR είναι ένα ιοντικό κανάλι που ενεργοποιείται από τη πρόσδεση προσδέτη και σχηματίζεται από πέντε ομόλογες υπομονάδες με στοιχειομετρία στα έμβρυα α2βγδ και α2βεδ στους ενήλικες. Οι υπομονάδες διατάσσονται συμμετρικά γύρω από ένα κεντρικό πόρο τοποθετημένες στη μετασυναπτική μεμβράνη του μυϊκού κυττάρου της νευρομυϊκής σύναψης, με τις εξωκυτταρικές περιοχές τους (ECDs) να βρίσκονται στην συναπτική σχισμή. Ο AChR στην κάθε α-υπομονάδα εμφανίζει μία περιοχή πρόσδεσης του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη (ACh), που είναι υπεύθυνος για τη μεταβίβαση της νευρικής ώσης στις μυϊκές ίνες. Η αυτοάνοση φύση της MG έχει διαπιστωθεί από αρκετές παρατηρήσεις που υποστηρίζουν το ρόλο των αυτοαντισωμάτων στην παθογένεση της MG. Ασθενείς με MG έχουν κυκλοφορούντα αυτοαντισώματα έναντι του AChR στον ορό τους, που διαπιστώνονται επίσης στη νευρομυϊκή σύναψη. Η κλινική εικόνα των ασθενών βελτιώνεται μετά από πλάσμα ή IgG αφαίρεση. Επίσης, νεογέννητα μητέρων που πάσχουν από MG εμφανίζουν παροδικά συμπτώματα μυασθένειας, λόγω μεταφοράς των αντί-AChR αντισωμάτων από τη μητέρα στο έμβρυο διαμέσου του πλακούντα. Επιπλέον, η MG μπορεί να προκληθεί σε πειραματόζωα (πειραματική αυτοάνοση μυασθένεια, ΕAMG) με ενεργητική ανοσοποίηση με AChR (ολόκληρό ή τμήματά του) ή με παθητική μεταφορά μυασθενικών ανθρώπινων ορών και μονοκλωνικών αντισωμάτων έναντι του AChR. Ωστόσο, αν και είναι φανερό ότι στην ενεργητική ΕAMG τα αντί-AChR αυτοαντισώματα προκαλούν στα πειραματόζωα την ασθένεια, στην παθητική ΕAMG με ορούς μυασθενών δεν έχει ακόμα ξεκάθαρα δειχθεί ότι τα αντί-AChR αντισώματα των μυασθενών είναι πράγματι ο κύριος-μοναδικός παθογόνος παράγοντας. Τα αντί-AChR αντισώματα των ορών των MG ασθενών εμφανίζουν μεγάλη ετερογένεια όσον αφορά τους επίτοπους στους οποίους προσδένονται. Ένα μεγάλο ποσοστό αυτών κατευθύνονται έναντι μιας συγκεκριμένης περιοχής της α-υπομονάδας του AChR που ονομάζεται κύρια ανοσογόνος περιοχή (MIR). Η ανοσογονικότητα αυτής της περιοχής φαίνεται να οφείλεται στη θέση της, βρισκόμενη προς το άκρο του AChR στη συναπτική σχισμή. Επιπρόσθετα της MIR περιοχής, αντί-AChR αντισώματα κατευθύνονται και έναντι άλλων περιοχών της α-υπομονάδας καθώς επίσης και έναντι των υπολοίπων υπομονάδων. Η μεγάλη ετερογένεια των αυτοαντισωμάτων αντί-AChR μπορεί να εξηγήσει τη μη συσχέτιση του τίτλου τους σε κάθε ασθενή, με την βαρύτητα της κλινικής τους εικόνας. Πράγματι, πειράματα παθητικής EAMG με ορούς μυασθενών δείχνουν ότι η ασθένεια προκαλείται στα πειραματόζωα, μόνο από συγκεκριμένους ορούς και όχι όλους. Χρησιμοποιώντας ανασυνδυασμένα ανθρώπινα ECDs της α-υπομονάδας και β-υπομονάδας του AChR εκφρασμένα στο βακτήριο E. coli δημιουργήσαμε στήλες ανοσοπροσρόφησης και απομονώσαμε τα αντί-α ECDs και αντί-β ECDs αυτοαντισώματα από τέσσερις MG ορούς μελετώντας την ικανότητά τους (καθώς επίσης και των τεσσάρων ορών απαλλαγμένους από τα παραπάνω αυτοαντισώματα) να προκαλούν ΕAMG, όταν χορηγούνται σε αρουραίους Lewis. Διαπιστώσαμε ότι τα απομονωμένα αυτοαντισώματα ήταν εξίσου ικανά με τον ολικό ορό από τον οποίο απομονώθηκαν να προκαλούν ΕAMG. Τα αυτοαντισώματα έναντι της α-υπομονάδας και της β-υπομονάδας ήταν παθογόνα, αν και τα αντί-α υπομονάδας αυτοαντισώματα ήταν πολύ πιο ικανά να προκαλούν ΕAMG από ότι τα αντί-β υπομονάδας. Οι τέσσερις οροί που ήταν απαλλαγμένοι από τα παραπάνω αυτοαντισώματα δεν προκάλεσαν κανένα σύμπτωμα στα πειραματόζωα. Η τελευταία παρατήρηση δηλώνει ότι ο αποκλειστικός παθογόνος παράγοντας στους ορούς που εξετάσαμε είναι τα αυτοαντισώματα έναντι του AChR και συνεπώς από κλινική άποψη οι στήλες ανοσοπροσρόφησης που φέρουν ανασυνδυασμένα ECDs του AChR μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μια ειδική αντιγονοειδική θεραπεία απομάκρυνσης των αντί- AChR αυτοαντισωμάτων από τον ορό των μυασθενών.