Группа крови Даффи: антигены, гены и устойчивость к малярии.

Введение

Классификация групп крови человека

Рецептор антигена Даффи/химиокина (DARC), также известный как гликопротеин Fy (FY) или CD234 (Кластер дифференцировки 234), – это белок, кодируемый геном ACKR1 у человека. Антиген Даффи находится на поверхности эритроцитов и получил свое название в честь пациента, у которого он был впервые обнаружен. Белок, кодируемый этим геном, представляет собой гликозилированный мембранный белок и неспецифический рецептор для ряда хемокинов. Этот белок также служит рецептором для человеческих малярийных паразитов Plasmodium vivax, Plasmodium knowlesi и обезьяньего малярийного паразита Plasmodium cynomolgi. Полиморфизмы в этом гене лежат в основе системы групп крови Даффи.

История

В 1920-х годах было отмечено, что у африканцев с темным цветом кожи наблюдается некоторая естественная устойчивость к малярии, однако механизм этой устойчивости оставался неизвестным. Ген антигена Даффи стал четвертым геном, ассоциированным с устойчивостью к малярии, после генов, ответственных за серповидноклеточную анемию, талассемию и дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. В 1950 году антиген Даффи был обнаружен у Ричарда Даффи, пациента с гемофилией, которому многократно переливали кровь, а в его сыворотке был выявлен первый образец анти-Fya антитела. В 1951 году в сыворотке было обнаружено антитело ко второму антигену, Fyb. С использованием этих двух антител были определены три распространенных фенотипа: Fy(a+b+), Fy(a+b–) и Fy(a–b+). Впоследствии было обнаружено несколько других типов, в результате чего общее их число достигло 6: Fya, Fyb, Fy3, Fy4, Fy5 и Fy6. Клинически значимыми считаются только Fya, Fyb и Fy3. Реакции на Fy5 регистрировались крайне редко. Антиген Fy4, первоначально описанный на эритроцитах с фенотипом Fy(a–b–), в настоящее время рассматривается как отличный, не связанный антиген и больше не входит в систему FY.

Генетика и геномика

Ген рецептора антигена/химокина Даффи (gp Fy; CD234) расположен на длинном плече хромосомы 1 (1q22-1q23) и был клонирован в 1993 году. Эта мутация возникает в аллеле Fy b и была обозначена как Fy bEs (эритроидный "молчащий"). Было идентифицировано два изотипа. Аллель Fy x характеризуется слабой анти-Fy b реакцией и, по-видимому, является результатом двух отдельных переходов: цитозин265треонин (аргинин89цистеин) и гуанин298аденин (аланин100треонин). Также описана третья мутация (трансверсия) в этом гене – G145T (аланин49серин), связанная с фенотипом Fy x. Большинство темнокожих людей с отрицательным антигеном Даффи несут "молчащий" аллель Fy b с однонуклеотидной заменой T на C в позиции 33, что снижает активность промотора в эритроидных клетках, нарушая связывание с эритроидным транскрипционным фактором GATA1. При наличии этой мутации ген продолжает транскрибироваться в неэритроидных клетках. Отрицательный фенотип Даффи встречается с низкой частотой среди представителей европеоидной расы (~3,5%) и обусловлен третьей мутацией, приводящей к образованию нестабильного белка (Arg89Cys: цитозин > тимин в позиции 265). "Молчащий" аллель эволюционировал как минимум дважды в африканском населении, и обнаружены доказательства положительного отбора этого аллеля. Избирательное давление, действующее здесь, представляется более сложным, чем это часто описывается в учебниках. Независимая эволюция этого фенотипа также задокументирована в Папуа – Новой Гвинее. Сравнительное исследование этого гена у семи видов млекопитающих выявило значительные межвидовые различия. Исследовались Pan troglodytes (шимпанзе), Macaca mulatta (макак-резус), Pongo pygmaeus (орангутан), Rattus norvegicus (серая крыса), Mus musculus (мышь), Monodelphis domestica (опоссум), Bos taurus (корова) и Canis familiaris (собака). У человека и шимпанзе присутствуют три экзона, в то время как у других видов – только два. Дополнительный экзон расположен в 5'-конце и является некодирующим. Размер интронов и экзонов значительно варьирует между исследованными видами. Между геномом шимпанзе и человека отмечено 24 различия в нуклеотидной последовательности, из которых 18 приходятся на некодирующие области. Из оставшихся 6, 3 являются синонимичными, а 3 – несинонимичными мутациями. Значение этих мутаций, если таковое имеется, неизвестно. Мышиный ортолог был клонирован и демонстрирует 63% гомологии с человеческим геном на уровне аминокислот. Ген мыши расположен на хромосоме 1 между генетическими маркерами Xmv41 и D1Mit166. Ген мыши состоит из двух экзонов (100 и 1064 нуклеотида в длину), разделенных интроном длиной 461 пара оснований. У мышей DARC экспрессируется в период эмбрионального развития с 9,5 по 12 день. У желтых бабуинов (Papio cynocephalus) мутации в этом гене были ассоциированы с защитой от инфекции видами рода Hepatocystis. Предполагается, что предковой формой существующих аллелей DARC у человека является аллель FY*B. Ген подвергается сильному очищающему отбору, причина которого пока не установлена.

The Duffy antigen/chemokine receptor gene (gp Fy; CD234) is located on the long arm of chromosome 1 (1. q22 1. q23) and was cloned in 1993. This mutation occurs in the Fy b allele and has been designated Fy bEs (erythroid silent). Two isotypes have been identified. The Fy x allele is characterized by a weak anti Fy b reaction and appears to be the result of two separate transitions: Cytosine265Threonine (Arginine89Cysteine) and Guanine298Adenosine (Alanine100Threonine). A third mutation (a transversion) in this gene has also been described G145T (Alanine49Serine) that has been associated with the Fy x phenotype. Most Duffy negative black people carry a silent Fy b allele with a single T to C substitution at nucleotide 33, impairing the promoter activity in erythroid cells by disrupting a binding site for the GATA1 erythroid transcription factor. The gene is still transcribed in non erythroid cells in the presence of this mutation. The Duffy negative phenotype occurs at low frequency among whites (~3.5%) and is due to a third mutation that results in an unstable protein (Arg89Cys: cytosine > thymidine at position 265). The silent allele has evolved at least twice in the black population of Africa and evidence for selection for this allele has been found. The selection pressure involved here appears to be more complex than many text books might suggest. An independent evolution of this phenotype occurred in Papua New Guinea has also been documented. A comparative study of this gene in seven mammalian species revealed significant differences between species. The species examined included Pan troglodytes (chimpanzee), Macaca mulatta (rhesus monkey), Pongo pygmaeus (orangutan), Rattus norvegicus (brown rat), Mus musculus (mouse), Monodelphis domestica (opossum), Bos taurus (cow) and Canis familiaris (dog). Three exons are present in humans and chimpanzees, whereas only two exons occur in the other species. This additional exon is located at the 5' end and is entirely non coding. Both intron and exon size vary considerably between the species examined. Between the chimpanzee and the human, 24 differences in the nucleotide sequence were noted. Of these 18 occurred in non coding regions. Of the remaining 6, 3 were synonymous and 3 non synonymous mutations. The significance of these mutations if any is not known. The mouse ortholog has been cloned and exhibits 63% homology to the human gene at the amino acid level. The mouse gene is located on chromosome 1 between the genetic markers Xmv41 and D1Mit166. The mouse gene has two exons (100 and 1064 nucleotides in length), separated by a 461 base pair intron. In the mouse DARC is expressed during embryonic development between days 9.5 and 12. In yellow baboons (Papio cynocephalus) mutations in this gene have been associated with protection from infection with species of the genus Hepatocystis. The ancestral form of extant DARC alleles in humans appears to be the FY*B allele. The gene appears to be under strong purifying selection. The cause of this selective pressure has not yet been identified.

Клиническое значение

Исторически роль этого антигена, помимо его важности как рецептора для простейших Plasmodium, не была полностью понята. Недавние работы выявили ряд дополнительных функций этого белка.

Малярия

На эритроцитах антиген Даффи действует как рецептор для инвазии малярийных паразитов человека *P. vivax* и *P. knowlesi*. Впервые это было показано в 1980 году. Считается, что люди с отрицательным по Даффи эритроцитами, у которых эритроциты не экспрессируют рецептор, устойчивы к инвазии мерозоитов, хотя инфекция *P. vivax* была зарегистрирована у детей с отрицательным по Даффи эритроцитами в Кении, что указывает на роль в устойчивости к заболеванию, а не к самой инфекции. Малярия также была обнаружена в Анголе и Экваториальной Гвинее у людей с отрицательным по Даффи результатом. Также сообщалось о малярии, вызванной *P. vivax*, у человека с отрицательным антигеном Даффи в Мавритании. Подобные случаи были зарегистрированы в Бразилии, Кении и Уганде. Исследование в Бразилии, посвященное защите от *P. vivax*, обеспечиваемой отсутствием антигена Даффи, не выявило различий в устойчивости к малярии *vivax* между людьми с положительным и отрицательным антигеном Даффи. Ночная обезьяна Нэнси Ма (*A. nancymaae*) используется в качестве модельного животного для инфекции *P. vivax*. Эритроциты этого вида обладают антигеном Даффи, который служит рецептором для *P. vivax* на эритроцитах этого вида. Исследование этого гена у 497 пациентов в штате Амазонас (Бразилия), проведенное доктором Серджио Альбукерке, предполагает, что генотипы FY*A/FY*B 33 и FY*B/FY*B 33 (где 33 относится к нулевой мутации в позиции 33 в GATA-боксе) могут иметь преимущество перед генотипами FY*A/FY*B, FY*A/FY*A, FY*A/FY*B, FY*A/FY*X и FY*B/FY*X. Генотипы FY*A/FY*B и FY*A/FY*A были связаны с повышенной частотой инфекции *P. vivax*, а FY*B/FY*X и FY*A/FY*X – с низким уровнем паразитемии. Отмечена разница в восприимчивости к малярии, вызываемой *Plasmodium vivax*. Эритроциты, экспрессирующие Fya, демонстрировали на 41–50% меньшее связывание *P. vivax* по сравнению с клетками Fyb. У людей с фенотипом Fy(a+b) риск клинической малярии *vivax*, но не *falciparum*, снижен на 30–80%. Связывание тромбоцитарного фактора 4 (CXCL4) представляется критически важным для индуцированного тромбоцитами уничтожения *P. falciparum*. Белок, связывающий антиген Даффи в *P. vivax*, состоит из трех субдоменов и, предположительно, функционирует как димер. Критические остатки, участвующие в связывании DARC, сосредоточены на димерном интерфейсе и вдоль относительно плоской поверхности, охватывающей части двух субдоменов. Исследование, проведенное в Бразилии, подтвердило защитный эффект FY*A/FY*O против малярии. В то же время генотип FY*B/FY*O был связан с повышенным риском.

On erythrocytes, the Duffy antigen acts as a receptor for invasion by the human malarial parasites P. vivax and P. knowlesi. This was first shown in 1980. Duffy negative individuals whose erythrocytes do not express the receptor are believed to be resistant to merozoite invasion although P. vivax infection has been reported in Duffy negative children in Kenya, suggesting a role in resistance to disease, not infection. Malaria has also been found in Angola and Equatorial Guinea in Duffy negative individuals. P. vivax malaria in a Duffy antigen negative individual in Mauritania has also been reported. Similar infections have been reported in Brazil and Kenya. and Uganda. A study in Brazil of the protection against P. vivax offered by the lack of the Duffy antigen found no differential resistance to malaria vivax between Duffy antigen positive and negative individuals. Nancy Ma's night monkey (A. nancymaae) is used as an animal model of P. vivax infection. This species' erythrocytes possess the Duffy antigen and this antigen is used as the receptor for P. vivax on the erythrocytes in this species. Examination of this gene in 497 patients in the Amazonas State, Brazil, made by the doctor Sérgio Albuquerque, suggests that the genotypes FY*A/FY*B 33 and FY*B/FY*B 33 (where 33 refers to the null mutation at position 33 in the GATA box) may have an advantage over the genotypes FY*A/FY*B and FY*A/FY*A, FY*A/FY*B, FY*A/FY*X and FY*B/FY*X. FY*A/FY*B and FY*A/FY*A genotypes showed to be associated with increased rates of P. vivax infection and FY*B/FY*X and FY*A/FY*X were shown to be associated with the low levels of parasitism. A difference between the susceptibility to Plasmodium vivax malaria has been reported. Erythrocytes expressing Fya had 41 50% lower binding of P. vivax compared with Fyb cells. Individuals with the Fy(a+b ) phenotype have a 30 80% reduced risk of clinical vivax but not falciparum malaria. The binding of platelet factor 4 (CXCL4) appears to be critical for the platelet induced killing of P. falciparum. The Duffy antigen binding protein in P. vivax'' is composed of three subdomains and is thought to function as a dimer. The critical DARC binding residues are concentrated at the dimer interface and along a relatively flat surface spanning portions of two subdomains. A study in Brazil confirmed the protective effect of FY*A/FY*O against malaria. In contrast the genotype FY*B/FY*O was associated with a greater risk.

Астма

Астма чаще встречается и, как правило, протекает тяжелее у людей африканского происхождения. Наблюдается связь как с общим уровнем IgE, так и с астмой, а также с мутациями гена антигена Даффи.

Гематопоэз

Антиген Даффи играет фундаментальную роль в гематопоэзе. Действительно, нуклеированные эритроциты, присутствующие в костном мозге, демонстрируют высокую экспрессию DARC, что облегчает их прямой контакт с гематопоэтическими стволовыми клетками. Отсутствие эритроидного DARC изменяет гематопоэз, включая стволовые и прогениторные клетки, что в конечном итоге приводит к формированию фенотипически отличных нейтрофилов. В результате, зрелые нейтрофилы людей с отрицательным по Даффи генотипом несут большее количество молекулярных "средств" для борьбы с инфекционными патогенами. Таким образом, альтернативные физиологические паттерны гематопоэза и выход клеток из костного мозга зависят от экспрессии DARC в эритроидном росте. Однако, более низкое количество циркулирующих нейтрофилов, связанное с этим генотипом, не кажется увеличивающим риск инфекции. Клиническое использование термина "доброкачественная этническая нейтропения" для описания этого явления остается распространенным, но этот термин проблематичен, поскольку нулевой генотип Даффи часто встречается у людей африканского и некоторых ближневосточных происхождений, и он подразумевает, что у людей европейского происхождения наблюдается нормальный уровень нейтрофилов. Характерные нейтрофилы, которые формируются при отсутствии DARC в эритроидном росте (см. выше роль DARC в гематопоэзе), легко покидают кровоток, что объясняет кажущееся снижение количества нейтрофилов в крови у людей с нулевым генотипом Даффи. Более низкое количество циркулирующих нейтрофилов может привести к тому, что у людей с нулевым генотипом Даффи показатели опустятся ниже уровня, обычно считающегося безопасным для продолжения лечения, несмотря на новые данные, подтверждающие сохранность функции нейтрофилов у этих людей.

Рак

Взаимодействие между супрессором метастазирования KAI1 на опухолевых клетках и рецептором цитокинов DARC на прилежащих сосудистых клетках подавляет метастазирование опухоли. В образцах рака молочной железы у человека низкая экспрессия белка DARC достоверно связана со статусом рецепторов эстрогена, метастазами в лимфатические узлы и отдаленными метастазами, а также с неблагоприятным прогнозом выживаемости.

Эндотоксинная реакция

Прокоагулянтный ответ на липополисахарид (бактериальный эндотоксин) снижен у африканцев с отрицательным антигеном Даффи по сравнению с представителями европеоидной расы с положительным антигеном Даффи. Это различие, вероятно, обусловлено другими генами.

ВИЧ-инфекция

Была выявлена связь между восприимчивостью к ВИЧ и экспрессией антигена Даффи. Отсутствие рецептора DARC, по-видимому, повышает восприимчивость к заражению ВИЧ. Однако, после установления инфекции, отсутствие рецептора DARC, по-видимому, замедляет прогрессирование заболевания. ВИЧ-1 способен прикрепляться к эритроцитам посредством DARC. Этот генотип обнаружен только у африканцев с темным цветом кожи и их потомков. Сила этой взаимосвязи увеличивается обратно пропорционально общему количеству лейкоцитов. Вероятно, основа этой взаимосвязи связана с ролью антигена Даффи в связывании цитокинов, но это требует подтверждения. Исследование, проведенное в течение 2 лет среди 142 чернокожих южноафриканских работниц секс-бизнеса из группы высокого риска, показало уровень сероконверсии 19,0%. Риск сероконверсии, по-видимому, коррелировал с низким уровнем нейтрофилов, связанным с нулевым уровнем экспрессии Даффи.

Воспаление

Сообщалось о связи с уровнем моноцитарного хемоаттрактивного белка-1. В сардинской популяции ассоциация нескольких вариантов гена DARC (кодирующих и некодирующих) коррелирует с повышенным содержанием моноцитарного хемоаттрактивного белка (MCP-1) в сыворотке крови. Новый вариант, обнаруженный в этой популяции, представляет собой замену аминокислоты цистеина на аргинин в 89-й позиции белка и снижает его способность связывать хемокины. DARC также связывают с ревматоидным артритом (РА), предположительно, посредством представления хемокинов, таких как CXCL5, на поверхности эндотелиальных клеток синовиальной оболочки, что усиливает привлечение нейтрофилов при данном заболевании.

Пересадка легких

Антиген Даффи играет роль в отторжении легких после трансплантации.

Многократная миелома

У пациентов с множественной миеломой наблюдается более высокая частота встречаемости антигена Даффи по сравнению со здоровыми контрольными группами.

Пневмония

Антиген Даффи присутствует в нормальном русле легочной сосудистой системы. Его экспрессия увеличивается в сосудистом русле и альвеолярных перегородках легочной паренхимы во время гнойной пневмонии.

Беременность

Антиген Даффи связан с гемолитической болезнью новорожденных.

Рак предстательной железы

Экспериментальные работы показали, что экспрессия DARC ингибирует рост опухолей предстательной железы. Мужчины африканского происхождения негроидной расы подвержены более высокому риску развития рака простаты, чем мужчины европейского или азиатского происхождения (заболеваемость выше на 60% и смертность в два раза выше по сравнению с представителями белой расы). Однако вклад DARC в этот повышенный риск был изучен на примере ямайских мужчин африканского происхождения негроидной расы. Было установлено, что ни один из факторов повышенного риска не связан с геном DARC. Причина этого повышенного риска на данный момент остается невыясненной.

Пересадка почки

Антитела и клеточный иммунный ответ на антиген Даффи связаны с отторжением пересаженной почки.

Серповидноклеточная анемия

У людей с отрицательным антигеном Даффи и серповидноклеточной анемией, как правило, наблюдаются более тяжелые повреждения органов, чем у людей с положительным антигеном Даффи. У пациентов с положительным антигеном Даффи отмечаются более высокие показатели лейкоцитов, полинуклеарных нейтрофилов, а также более высокие уровни IL-8 и RANTES в плазме крови, чем у пациентов с отрицательным антигеном Даффи.

Овалоцитоз Юго-Восточной Азии

В эритроцитах при юго-восточноазиатской овалоцитозе наблюдается примерно 10%-ное увеличение экспрессии Fy.

Трансфузионные препараты

У реципиента с отрицательной группой крови по антигену Даффи может возникнуть реакция на переливание, если донор имеет положительную группу крови по антигену Даффи. Эти антитела реактивны при температуре тела и поэтому клинически значимы, хотя обычно не активируют систему комплемента. Антитела приобретаются в результате контакта с антигеном (например, во время беременности или переливания крови в анамнезе) и последующей аллоиммунизации. Их активность зависит от дозы антигена (реагируют сильнее с гомозиготными клетками, чем с гетерозиготными).

Реакции на переливание

Обычно протекает легко, но может быть серьезным, даже смертельным. Хотя эти реакции обычно возникают немедленно, они могут проявиться с задержкой (до 24 часов). Обычно они вызваны анти-Fya или анти-Fyb. Анти-Fy3 может вызывать острую или отсроченную гемолитическую трансфузионную реакцию, но только в редких случаях. Анти-Fy5 также может вызывать отсроченные гемолитические трансфузионные реакции.

Гемолитическая болезнь плода и новорожденного

Гемолитическая болезнь плода и новорожденного обычно протекает легко, но в редких случаях может быть тяжелой. Почти всегда вызывается анти-Fya, и редко – анти-Fyb или Fy3.