Нарушение метилирования ДНК – главный фактор развития обычного вариабельного иммунодефицита

CVID (Common Variable ImmunoDeficiency, обычный вариабельный иммунодефицит) — наиболее часто встречающийся первичный иммунодефицит. Для пациентов характерны низкая концентрация иммуноглобулина в сыворотке крови, недостаточная выработка специфических антител и повышенная восприимчивостью к бактериальным инфекциям дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Также большáя часть пациентов с CVID имеет мало В-клеток памяти.

Секвенирование нового поколения позволило выявить гены, мутации в которых связаны с развитием CVID. Однако мутации в этих генах обнаруживаются только у 20% пациентов с CVID, и не все несущие мутации индивиды больны CVID. Это говорит о влиянии других механизмов на развитие заболевания, таких как полигенность, эпигенетические факторы и факторы окружающей среды. Действительно, недавно сообщалось об изменении метилирования ДНК в клетках монозиготных близнецов, один из которых болен CVID, а другой нет. Авторы изучили различия в метилировании ДНК, эпигенетические и транскриптомные изменения.

Проведя полногеномное секвенирование единичных клеток близнецов, один из которых болен CVID (дискордантные близнецы), ученые обнаружили у обоих генетические варианты в генах CR2, NFKB2, CD19 и TNFRSF13B, провоцирующие возникновение CVID. Это подтверждает гипотезу о том, что на развитие болезни оказывают влияние не только генетические факторы, но и, например, эпигенетические.

Исследователи определили профили метилирования ДНК при CVID с помощью бисульфитного полногеномного секвенирования В-клеток, выделенных у дискордантных по CVID монозиготных близнецов без выявленных патогенных мутаций. Среди В-клеток выделялись подмножества наивных В-клеток, S-mem (switched memory) и US-mem (unswitched memory) В-клеток – то есть В-клеток, которые претерпели и не претерпели переключение классов антител соответственно.

DMR (Differentially Methylated Regions, дифференциально метилированные области) в наивных В-клетках близнецов обнаружены не были. При переходе от наивных к US-mem В-клеткам исследователи обнаружили 1537 гипометилированных у обоих близнецов DMR. Но 192 из 628 гиперметилированных у контрольного близнеца DMR не были гиперметилированы у близнеца с CVID. При переходе от наивных к S-mem В-клеткам 40,7% гипометилированных DMR и 26% гиперметилированных не были (де)метилированы у близнеца с CVID.

Таким образом, метиломы наивных и US-mem В-клеток близнеца с CVID были практически идентичны метиломам клеток контрольного близнеца, а метиломы S-mem В-клеток имели значительные различия. Отсутствие DMR в наивных В-клетках близнецов говорит о том, что дефекты метилирования в них отсутствуют, но появляются во время дифференцировки В-клеток памяти и затрагивают только определенные области генома.

Используя общедоступные данные ChIP-seq гистоновых меток, ученые обнаружили, что области в S-mem В-клетках близнеца с CVID, гиперметилированные по сравнению с теми же областями в S-mem В-клетках контрольного близнеца, были обогащены гистоновыми метками H3K4me1 и H3K27ac, положительно коррелирующими с повышением экспрессии генов. Эти данные говорят о том, что аберрантное гиперметилирование в CVID S-mem В-клетках наблюдается в областях генов и энхансеров, контролирующих функции В-клеток.

Чтобы систематически проанализировать реакцию контрольных и CVID В-клеток на сигналы межклеточной коммуникации, ученые использовали CellPhoneDB — базу данных лигандов, рецепторов и их взаимодействий. Активированные В-клетки памяти демонстрировали наибольшее число пар лиганд/рецептор с нарушениями. Например, экспрессия нескольких генов, кодирующих негативные регуляторы рецепторов В-клеток (CD22, CD45, LGALS9 и CD72), была значительно повышена в CVID В-клетках. Гиперэкспрессия негативных регуляторов может представлять собой репрессивный ауто- и паракринный механизм, влияющий на активацию В-клеток у людей с CVID.

В новом исследовании ученые выявили аберрации метилирования, происходящие в популяциях В-клеток пациентов с CVID. Авторы показали, что данные аберрации возникают при дифференцировке В-клеток памяти, затрагивают области генома, ответственные за функции В-клеток, и влияют на экспрессию генов, в том числе генов регуляторов рецепторов, что может приводить к нарушению межклеточных взаимодействий.