Årsaker til type 1 diabetes

Bakgrunn: Type 1 diabetes (T1D) er en tilstand der kroppens eget immunforsvar angriper og dreper de insulin produserende cellene i bukspyttkjertelen (en såkalt autoimmun sykdom). Det fører over tid til at kroppen selv ikke er i stand til å produsere livsnødvendig insulin. Lenge har det også vært kjent at visse gener er sterkt forbundet med sykdommen. Det vil si at dersom du har arvet den “riktige” sammensetningen av gener fra dine foreldre så øker muligheten for å få T1D betraktelig sammenlignet med hva man ville kunne forvente av den gjennomsnittlige befolkningen. De genene som er sterkest knyttet til T1D koder for proteiner som er viktige i kroppens immunforsvar. Disse kalles på fagspråket HLA molekyler (Human Leukocyte Antigen), og deres jobb er å “vise frem” fremmed materiale, dvs deler av virus og bakterier til immuncellene og dermed aktivere immunforsvaret. Vi tenker oss derfor at i T1D har noe fremmed (fra virus eller bakterie) eller noe eget (fra kroppen selv) bundet seg til HLA molekylene som er forbundet med T1D. Disse blir så gjenkjent av immuncellene og dermed starter den fatale immunresponsen som rammer de insulin produserende cellene i bukspyttkjertelen. Vår tanke er at ved å kjenne strukturen, dvs hvordan HLA molekylene som er knyttet til T1D ser ut og evt hva de kan binde og vise frem til immunforsvaret kan vi lettere forstå hvorfor noen får T1D. På sikt kan denne kunnskapen kanskje bidra til å utvikle en vaksine mot T1D, eller en ny kur.

 

Målsetting: Vi ønsket å studere struktur, funksjon og egenskaper på HLA molekyler som har en nøkkelrolle når det gjelder å styre immunresponsen i kroppen og som sannsynligvis er med på å sette i gang den autoimmune sykdommen T1D. HLA molekyler kodes av gener som er knyttet til T1D.

I tillegg ønsket vi å isolere immunceller fra pasienter med diagnosen T1D og/eller cøliaki for å se om deres immunceller ville kunne gjenkjenne og bli aktivert av de T1D assosierte HLA molekylene. Dette kan vi gjøre med kunstig produserte HLA molekyler og med levende immunceller dyrket frem fra pasienter med de “riktige” genene.

 

Metode: Vi brukte innsektceller hvor arvemateriale, DNA, som kodet for et av de T1D assosierte HLA proteinene var satt inn. Innsektcellene produserte så disse HLA molekylene. For å forstå den tredimensjonale strukturen til slike proteiner ble det laget krystaller av dem som blir bestrålt av røntgenstråler. Ut fra mønsteret som dannes i røntgen bestrålingen og med erfaring fra andre krystaller kan man danne seg et bilde av hvordan strukturen på protein molekylet er. Krystallisering og røntgenkromatografi ble gjennomført hos samarbeidspartner professor Chu-Young Kim ved University of Singapore. Immunceller (T-celler) ble isolert og dyrket frem fra tynntarmsbiopsier fra hovedsakelig cøliaki pasienter som var inne til rutine gastroenterologisk undersøkelse. Biopsitagningen innebar ikke noe ekstra stress, smerte, ubehag eller risiko for pasientene.

 

Resultater: Det er de samme HLA molekyl kodende genene som er knyttet til både T1D som til cøliaki. Cirka 5 % av alle som har cøliaki har T1D og motsatt. Vi har tidligere vist og beskrevet hvilke deler av hvete, (gluten) som er med på å utløse cøliaki. Det betyr at det evt fremmede protein materialet som blir presentert av HLA molekylene til immun cellene og utløser T1D må ha noen av de samme egenskapene som de delene av gluten som er med på å utløse cøliaki. Vi isolerte derfor immunceller fra tarmen til cøliaki pasienter og lette etter immunceller som gjenkjente gluten proteiner presentert via de T1D assosierte HLA molekylene vi var interessert i. Vi klarte å isolere slike immunceller fra 5 av 6 pasienter, noe som viser at disse cellene som gjenkjenner fremmed materiale i denne spesielle konteksten er til stede i personene med de “riktige” genene. Videre viste vi at våre syntetiske HLA molekyler ble gjenkjent av immunceller isolert fra cøliaki pasienter. Dette understreker at våre syntetiske HLA-molekyler er funksjonelle og dermed vil kunne brukes til å bestemme den reelle strukturen på disse molekylene. Vi klarte å lage rene og gode nok krystaller til at de kunne bestråles med røntgenstråler. Analysen av den tredimensjonale strukturen gir oss de første indikasjonene på “fingeravtrykket” til det fremmede materialet som binder seg til HLA molekylene som utløser T1D, og vi er dermed et skritt lenger. Dette er det første arbeidet som viser at et av de HLA molekylene som mulig er sterkest knyttet til T1D virkelig blir gjenkjent av kroppens immunceller.

 

Videre planer: En videreføring av dette prosjektet vil innebære ennå større fokus på å finne hvilke fremmede proteiner som har riktig sammensetting og struktur og dermed kan utløse T1D. På lengre sikt vil dette være med å kunne gi bedre behandling, for eksempel ved å stoppe utviklingen av T1D eller lage en vaksine som kan gis personer som er spesielt utsatt for å få T1D.

 

Publikasjoner:

Tollefsen S, Hotta K, Chen X, Simonsen B, Swaminathan K, Mathews II, Sollid LM & Kim C-Y (2012) “Structural and Functional Studies of trans-Encoded HLA-DQ2.3 (DQA1*03:01/DQB1*02:01) Protein Molecule.” Journal of Biological Chemistry, årg. 287, nr. 17, s. 13611-13619.

Doi:10.1074/jbc.M111.320374

 

Bodd M, Raki M, Tollefsen S, Fallang LE, Bergseng E, Lundin KE & Sollid LM (2010) ”HLA-DQ2-restricted gluten-reactive T cells produce IL-21 but not IL-17 or IL-22.” Mucosal Immunol, årg. 3, s. 594-601.

doi:10.1038/mi.2010.36

 

Gil-Humanes J, Pist¢n F, Tollefsen S, Sollid LM & Barro F (2010) “Effective shutdown in the expression of celiac disease-related wheat gliadin T-cell epitopes by RNA interference.” Proceedings of the National Academy of Sciences, årg. 107, nr. 39, s. 17023-17028.

Doi:10.1073/pnas.1007773107

 

Bodd M, Tollefsen S, Bergseng E, Lundin KEA & Sollid LM (2012) “Evidence that HLA-DQ9 confers risk to celiac disease by presence of DQ9-restricted gluten-specific T cells.“ Human Immunology, årg. 73, nr. 4, s. 376-381.

doi:10.1016/j.humimm.2012.01.016