Мультилокусные HLA-гаплотипы (A-B-C-DRB1-DRB3/DRB4/DRB5-DQA1-DQB1-DPA1-DPB1) в семьях больных с назначением к трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток

HLA-гаплотип – совокупность HLA-генов, лежащих на одной хромосоме. Высокополиморфные HLA-гены демонстрируют выраженное неравновесное сцепление между собой, что приводит к формированию мультилокусных HLA-гаплотипов. Оценка разнообразия HLA-гаплотипов в популяции важна при трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток.   Золотым стандартом для изучения HLA-гаплотипов являются семейные исследования. HLA-гаплотипы, полученные на основе наблюдений за сегрегацией HLA-аллелей в пределах семьи, реально существуют в человеческой популяции. Цель работы – установление частот HLA-A-B-C-DRB1-DRB3/DRB4/DRB5-DQA1-DQB1-DPA1-DPB1-гаплотипов в семьях больных с назначением к HLA-типированию для проведения трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток. Исследование включало 109 семей больных с заболеваниями системы крови, в которых больным и членам их семей было назначено  HLA-типирование для поиска донора аллогенных гемопоэтических стволовых клеток. Больные и члены семей были типированы методом NGS в лаборатории тканевого типирования ФГБУ «НМИЦ гематологии» Минздрава России по 11 HLA-генам - A, B, C, DRB1, DRB3, DRB4, DRB5, DQA1, DQB1, DPA1 и DPB1 методом секвенирования следующего поколения с помощью AllType FastPlex NGS Amplification Kits (One Lambda, США). Полученные последовательности анализировались при помощи компьютерной программы TypeStream Visual Software (TSV) и базы данных IPD-IMGT/HLA 3.44. В исследованных семьях было установлено 360 копий HLA-гаплотипов. Частоты HLA-гаплотипов определялись прямым подсчетом. Наиболее распространенным 7-локусным гаплотипом являлся A*01:01-B*08:01-C*07:01-DRB1*03:01-DRB3*01:01-DQA1*05:01-DQB1*02:01/163N, наиболее распространенным 9-локусным гаплотипом - A*03:01-B*07:02-*07:02-DRB1*15:01-DRB5*01:01-DQA1*01:02-DQB1*06:02-DPA1*01:03-DPB1*04:01P.  Эти HLA-гаплотипы в варианте A-B-C-DRB1-DQB1 являются первым и вторым по распространенности HLA-гаплотипами в большинстве российских регистров доноров костного мозга. Несмотря на некоторые отличия, распределение HLA-гаплотипов в семьях больных и в российских регистрах обладает схожестью, поэтому вероятность найти совместимого донора для больных с распространенными HLA-гаплотипами в российских регистрах достаточно велика. Из-за горячей точки рекомбинации большинство 7-локусных гаплотипов соединяются в 9-локусных гаплотипах с различными аллелями генов локуса HLA-DP, однако проведенное исследование выявило существование сильного неравновесного сцепления между HLA-аллелями DRB1*03:01 и DPB1*01:01P (D`=0,579), DRB1*07:01 и DPB1*17:01 (D`=0,808),  DRB1*09:01 и DPB1*04:02P (D`=0,502).  Полученные знания о реальных 7- и 9-локусных HLA-гаплотипах, существующих в семьях больных с назначением к трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток, могут быть использованы в клинической практике в качестве референсных для анализа результатов HLA-типирования и предсказания ожидаемых HLA-гаплотипов. Показано, что, несмотря на существование горячей точки рекомбинации между локусом HLA-DP и остальным комплексом HLA-генов, наблюдается сильное неравновесное сцепление между некоторыми аллелями генов DRB1 и DPB1.

1. Stewart C.A., Horton R., Allcock R.J., Ashurst J.L., Atrazhev A.M., Penny Coggill P., Dunham I., Forbes S., Halls K., Howson J.M.M., Humphray S.J., Hunt S., Mungall A.J., Osoegawa K., Palmer S., Roberts A.N., Rogers J., Sims S., Wang Y., Wilming L.G., Elliott J.F., de Jong P.J., Sawcer S., Todd J.A., Trowsdale J., Beck S. Complete MHC haplotype sequencing for common disease gene mapping. Genome Res., 2004, Vol. 14, no. 6, pp. 1176-1187.

2. Slatkin M. Linkage disequilibrium-understanding the evolutionary past and mapping the medical future. Nat. Rev. Genet., 2008, Vol. 9, no. 6, pp. 477-485.

3. Malfroy L., Roth M.P., Carrington M., Borot N., Volz A., Ziegler A., Coppin H. Heterogeneity in rates of recombination in the 6-Mb region telomeric to the human major histocompatibility complex. Genomics, 1997, Vol. 43, no. 2, pp. 226–231.

4. Bugawan T.L., Klitz W., Blair A., Erlich H.A. High-resolution HLA class I typing in the CEPH families: analysis of linkage disequilibrium among HLA loci. Tissue Antigens, 2000, Vol. 56, no. 5, pp. 392–404.

5. Cullen M., Noble J., Erlich H., Thorpe K., Beck S., Klitz W., Trowsdale J., Carrington M. Characterization of recombination in the HLA class II region. Am. J. Hum. Genet., 1997, Vol. 60, no. 2, pp. 397–407.

6. Kauppi L., Stumpf M.P., Jeffreys A.J. Localized breakdown in linkage

7. disequilibrium does not always predict sperm crossover hot spots in the human MHC class II region. Genomics, 2005, Vol. 86, no. 1, pp. 13–24.

8. Thorstenson Y.R., Creary L.E., Huang H., Rozot V., Nguyen T.T., Babrzadeh F., Kancharla S., Fukushima M., Kuehn R., Wang C., Li M., Krishnakumar S., Mindrinos M., Fernandez Viña M. A., Scriba T.J., Davis M.M. Allelic resolutionNGS HLA typing of class I and class II loci and haplotypes in Cape Town, South Africa. Hum. Immunol., 2018, Vol. 79, no. 12, pp. 839-847.

9. Zhang T., Li Y., Yuan X., Bao X., Chen L., Jiang X., He J. Establishment of NGS-based HLA 9-locus haplotypes in the Eastern Han Chinese population highlights the role of HLA-DP in donor selection for transplantation. HLA, 2022, Vol. 100, no. 6, pp. 582‐596.

10. Tiercy J. M. How to select the best available related or unrelated donor of hematopoietic stem cells? Haematologica, 2016, Vol. 101, no. 6, pp. 680-687.

11. Askar M., Madbouly A., Zhrebker L., Willis A., Kennedy S., Padros K., Rodriguez M.B., Bach C., Spriewald B., Ameen R., Shemmarif S.A, Tarassi K., Tsirogianni A., Hamdy N., Mossallam G., Höngeri G., Spinnler R., Fischer G., Fae I., Charlton R., Dunk A., Vayntrub T.A., Halagan M., Osoegawa K., Fernández-Viña M. HLA haplotypes in 250 families: the Baylor laboratory results and a perspective on a core NGS testing model for the 17th International HLA and Immunogenetics Workshop. Hum. Immunol., 2019, Vol. 80, no. 11, pp. 897–905.

12. Maiers M., Gragert L., Klitz W. High-resolution HLA alleles and haplotypes in the United States population. Hum. Immunol., 2007, Vol. 68, no. 9, pp. 779-788.

13. Klitz W., Gragert L., Maiers M., Fernandez-Vina M., Ben-Naeh Y., Benedek G., Brautbar C., Israel S. Genetic differentiation of Jewish populations. Tissue Antigens, 2010, Vol. 76, no. 6, pp. 442-458.

14. Schmidt A.H., Baier D., Solloch U.V., Stahr A., Cereb N., Wassmuth R. Ehninger G., Rutt C. Estimation of high-resolution HLA-A, -B, -C, -DRB1 allele and haplotype frequencies based on 8862 German stem cell donors and implications for strategic donor registry planning. Hum. Immunol., 2009, Vol. 70, no 11, pp. 895-902.

15. Qin P.Q., Su F., Yan W.X., Xing Z., Meng P., Chengya W., Jie S. Distribution of human leucocyte antigen-A, -B and -DR alleles and haplotypes at high resolution in the population from Jiangsu province of China. Int. J. Immunogenet., 2011, Vol. 38, no. 6, pp. 475-481.

16. Gragert L., Madbouly A., Freeman J., Maiers M. Six-locus high resolution HLA haplotype frequencies derived from mixed-resolution DNA typing for the entire US donor registry. Hum. Immunol., 2013, Vol. 74, no. 10, pp.1313-1320.

17. Slater N., Louzoun Y., Gragert L., Maiers M., Chatterjee A., Albrecht M. Power laws for heavy-tailed distributions: modeling allele and haplotype diversity for the national marrow donor program. PLoS Comput. Biol., 2015, Vol. 11, no.4, e1004204.

18. Dehn J., Setterholm M., Buck K., Kempenich J., Beduhn B., Gragert L., Abeer Madbouly A., Fingerson S., Maiers M. HapLogic: A Predictive Human Leukocyte Antigen-Matching Algorithm to Enhance Rapid Identification of the Optimal Unrelated Hematopoietic Stem Cell Sources for Transplantation. Biol. Blood Marrow Transplant., 2016, Vol. 22, no. 11, pp. 2038-2046.

19. Osoegawa K., Mallempati K.C., Gangavarapu S., Gangavarapu S., Oki A., Gendzekhadze K., Marino S.R., Brown N.K., Bettinotti M.P., Weimer E.T., Montero-Martín G., Creary L.E., Vayntrub T.A., Chang C.-J., Askar M., Mack S.J., Fernández-Viña M.A. HLA Alleles and Haplotypes Observed in 263 US Families. Hum. Immunol., 2019, Vol. 80, no. 9, pp. 644–660.

20. Gragert L., Eapen M., Williams E., Freeman J., Spellman S., Baitty R., Hartzman R., Rizzo J.D., Horowitz M., Confer D., Maiers M. HLA match likelihoods for hematopoietic stem-cell grafts in the U.S. registry. N. Engl. J. Med., 2014, Vol. 371, no. 4, pp. 339-348.

21. Petersdorf E.W., Malkki M., Gooley T.A., Martin P.J., Guo Z. MHC haplotype matching for unrelated hematopoietic cell transplantation. PLoS Med., 2007, Vol. 4, no. 1, e8.

22. Хамаганова Е.Г., Леонов Е. А., Абдрахимова А. Р., Хижинский С. П., Гапонова Т. В., Савченко В. Г. HLA генетическое разнообразие русской популяции, выявленное методом секвенирования следующего поколения. Медицинская иммунология. – 2021. - Т. 23, № 3. - С. 509-522.

23. Nunes E., Heslop H., Fernandez-Vina M., Taves C., Wagenknecht D. R., Eisenbrey A. B., Fischer G., Poulton K., Wacker K., Hurley C. K., Noreen H., Sacchi N. Definitions of histocompatibility typing terms. Human Immunol., 2011, Vol. 72, no. 12, pp.1214–1216.

24. Excoffier L., Lischer H. E. Arlequin suite ver 3.5: a new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Mol. Ecol. Resour., 2010, Vol. 10, no. 3, pp. 564–567.

25. Jeffreys A.J., Kauppi L., Neumann R. Intensely punctate meiotic recombination in the class II region of the major histocompatibility complex. Nat. Genet., 2001, Vol. 29, no. 2, pp. 217–222.

26. Grundschober C., Sanchez-Mazas A., Excoffier L., Langaney A., Jeannet M., Tiercy J.M. HLA-DPB1 DNA polymorphism in the Swiss population: linkage disequilibrium with other HLA loci and population genetic affinities. Eur. J. of Immunogenet., 1994, Vol. 21, no. 3, pp. 143-157.

27. Linjama T., Räther C., Ritari J., Peräsaari J., Hans-Peter Eberhard H.P., Korhonen M., Koskela S. Extended HLA Haplotypes and Their Impact on DPB1 Matching of Unrelated Hematologic Stem Cell Transplant Donors. Biology of Blood and Marrow Transplantation, 2019, Vol. 25, no.10, pp. 1956-1964.

28. Passweg J.R., Baldomero H., Chabannon C., Basak G.W., de la Cámara R., Corbacioglu S., Dolstra H., Duarte R., Glass B., Greco R., Lankester A.C., Mohty M., Peffault de Latour R., Snowden J.A., Yakoub-Agha I., Kröger N. Hematopoietic cell transplantation and cellular therapy survey of the EBMT: monitoring of activities and trends over 30 years. Bone Marrow Transplantation, 2021, Vol. 56, no. 7, pp. 1651–1664.

29. Бубнова Л.Н., Кузьмич Е.В., Павлова И.Е., Беляева Е.В.,Терентьева М.А. Сравнительный анализ иммуногенетических характеристик потенциальных доноров гемопоэтических стволовых клеток регистров двух российских мегаполисов. Медицинская иммунология. – 2022. - Т. 24, № 5. – С.1047-1056.

30. М.А. Логинова, И.В. Парамонов. Стратегия формирования регистра потенциальных доноров гемопоэтических стволовых клеток. Российский журнал детской гематологии и онкологии. – 2020. – Т.7, №4. – С.35–42.

31. Хамаганова Е.Г., Абдрахимова А.Р., Леонов Е.А., Хижинский С.П., Гапонова Т.В., Савченко В.Г. Гематология и трансфузиология. 2021. Т. 66. № 2. С. 206-217.

32. Yu N., Askar M., Wadsworth K., Gragert L., Fernández-Viña M.A. Current HLA testing recommendations to support HCT. Hum. Immunol., 2022, Vol. 83, no. 10, pp. 665–673.

33. Timofeeva O.A., Philogene M.C., Zhang Q.J. Current donor selection strategies for allogeneic hematopoietic cell transplantation. Hum. Immunol., 2022, Vol. 83, no. 10, pp. 674–686.

34. Creary L.E., Sacchi N., Mazzocco M,. Morris G. P., Montero-Martin G., Chong W., Brown C., Dinou A., Stavropoulos-Giokas C., Gorodezky C., Narayan S., Periathiruvadi S., Thomas R., de Santis D., Pepperall J., Ghazalim G.E., Yafeim Z.A., Askar M., Tyagi S., Kanga U., Marino S.R., Planelles D., Chang C. J., Fernández-Viña M. A. High-resolution HLA allele and haplotype frequencies in several unrelated populations determined by next generation sequencing: 17th International HLA and Immunogenetics Workshop joint report. Hum. Immunol., 2021, Vol. 82, no. 7, pp. 505–522.

35. Trachtenberg E., Vinson M., Hayes E., Hsu Y.-M., Houtchens K., Erlich H., Klitz W., Hsia Y., Hollenbach J. HLA class I (A, B, C) and class II (DRB1, DQA1, DQB1, DPB1) alleles and haplotypes in the Han from southern China. Tissue Antigens, 2007, Vol. 70, no. 6, pp. 455–463.

36. Gua Q., Chen J., Yao Y., Sun M., Shi L. Distribution of HLA-DRB1, DPB1 and DQB1 alleles and haplotypes in Mongolian Minority in China. Hum. Immunol., 2019, Vol. 80, no. 4, pp. 215-217.