Publication: Examination of the HLA allele distributions in healthy and diseased populations by the application of novel sequencing methodologies
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Publication Date
2021-07-15
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Increasing our knowledge of the HLA system, including both the complete sequence description and the assessment of its diversity at the worldwide human population-level, is of great importance for elucidating the molecular functional mechanisms of the immune system and its regulation in health and disease. Furthermore, assessment of HLA allelic and haplotypic diversity of each human population is essential in the clinical histocompatibility and transplantation setting as well as in the pharmacogenetics, immunotherapy and anthropology fields. Nevertheless, the inherent vast polymorphism and high complexity presented by the HLA system have been an important challenge for its unambiguous and in-depth (high-resolution) characterization by previously available legacy molecular HLA genotyping methods (e.g. SSP, SSO and even SBT). Recent application of novel next-generation sequencing (NGS) technology for high-resolution molecular HLA genotyping has enabled to obtain, at a high-throughput mode and larger scale, full-length and/or extended sequences and genotypes of all major HLA genes, thus overcoming most of these previous limitations. Objectives: I) Characterization of HLA allele and haplotype diversity of all major classical HLA genes (HLA-A, -B, -C, -DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1 and -DRB3/4/5) by application of NGS of a first representative cohort of the Spanish population that could also serve as a healthy control reference group. Respective statistical analyses were performed for this immunogenetic population data. II) Characterization of HLA allele and haplotype diversity of all major classical HLA genes (HLA-A, -B, -C, -DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1 and -DRB3/4/5) by application of NGS of a respective cohort of multiple sclerosis (MS) patients in the Spanish population (recruited at the Department of Neurology, Hospital Clínic, Barcelona, Catalonia, Spain). A first case-control study was carried out to examine HLA-disease associations with MS in these Spanish population cohorts as well as to attempt a fine-mapping of these allele and haplotype associations by full gene resolution level via NGS. In addition, a second analysis exercise (i.e. test case) of this case-control study was carried out using an alternative healthy control group dataset, exclusively from the Spanish northeastern region of Catalonia in this second case, to evaluate possible differences in the findings of HLA-disease association with MS due to plausible regional HLA genetic variation within mainland Spain (i.e. as a statistical way to try controlling for any possible existing population stratification)...
El estudio del sistema HLA, incluyendo la descripción completa de su secuencia y de la diversidad de este complejo HLA a nivel poblacional, es de gran importancia de cara a poder entender los mecanismos moleculares y funciones del sistema inmune así como su regulación en individuos sanos y enfermos. Además, la caracterización exhaustiva de la diversidad de alelos y haplotipos HLA de cada población humana es esencial en el campo de la inmunología de trasplante e histocompatibilidad al igual que en las áreas de farmacogenética e inmunoterapia. El inmenso polimorfismo y gran complejidad que presenta el sistema HLA han sido hasta ahora importantes barreras de cara a poder caracterizarlo en gran detalle (por alta resolución) y sin ambigüedades mediante métodos de genotipaje HLA tradicionales disponibles (como son SSP, SSO o incluso SBT). La reciente aplicación de la novedosa tecnología de secuenciación masiva NGS para el genotipaje molecular HLA por alta resolución ha posibilitado obtener secuencias completas o mucho más extendidas para genotipos de los principales genes de HLA, superándose así estas previas limitaciones. Objetivos: I) Caracterización de la diversidad alélica y haplotípica de los principales genes HLA (HLA-A, -B, -C, -DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1 y -DRB3/4/5) mediante la aplicación de NGS en una primera cohorte representativa de la población española que, igualmente, constituirá una población control de referencia para estudios de asociación de HLA y enfermedades. También, respectivos análisis estadísticos se realizaron para estos resultados de genotipaje HLA. II) Caracterización de la diversidad alélica y haplotípica de los principales genes HLA (HLA-A, -B, -C, -DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1 y -DRB3/4/5) mediante la aplicación de NGS en una correspondiente cohorte de pacientes con esclerosis múltiple (EM) de la población española (reclutados y procedentes del Departamento de Neurología del Hospital Clínic (Barcelona, Cataluña)). Un primer estudio de asociación HLA tomando casos (pacientes EM) frente a controles sanos se llevó a cabo para examinar la asociación de genes HLA y la enfermedad de EM en estas cohortes de población española antes mencionadas. Así se buscaba realizar un mapeo fino de las respectivas asociaciones alélicas y haplotípicas de HLA mediante la gran resolución alélica proporcionada por esta metodología de secuenciación masiva. De modo adicional, y como un segundo ejercicio de análisis en este estudio de asociación HLA, se utilizó un grupo control sano alternativo al previo, que incluía individuos procedentes de la región de Cataluña (situada al noreste de España) exclusivamente en este caso, para evaluar así posibles diferencias dadas en la asociación de HLA con EM debido a la probable variación genética en HLA existente a nivel regional dentro del territorio de España...
El estudio del sistema HLA, incluyendo la descripción completa de su secuencia y de la diversidad de este complejo HLA a nivel poblacional, es de gran importancia de cara a poder entender los mecanismos moleculares y funciones del sistema inmune así como su regulación en individuos sanos y enfermos. Además, la caracterización exhaustiva de la diversidad de alelos y haplotipos HLA de cada población humana es esencial en el campo de la inmunología de trasplante e histocompatibilidad al igual que en las áreas de farmacogenética e inmunoterapia. El inmenso polimorfismo y gran complejidad que presenta el sistema HLA han sido hasta ahora importantes barreras de cara a poder caracterizarlo en gran detalle (por alta resolución) y sin ambigüedades mediante métodos de genotipaje HLA tradicionales disponibles (como son SSP, SSO o incluso SBT). La reciente aplicación de la novedosa tecnología de secuenciación masiva NGS para el genotipaje molecular HLA por alta resolución ha posibilitado obtener secuencias completas o mucho más extendidas para genotipos de los principales genes de HLA, superándose así estas previas limitaciones. Objetivos: I) Caracterización de la diversidad alélica y haplotípica de los principales genes HLA (HLA-A, -B, -C, -DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1 y -DRB3/4/5) mediante la aplicación de NGS en una primera cohorte representativa de la población española que, igualmente, constituirá una población control de referencia para estudios de asociación de HLA y enfermedades. También, respectivos análisis estadísticos se realizaron para estos resultados de genotipaje HLA. II) Caracterización de la diversidad alélica y haplotípica de los principales genes HLA (HLA-A, -B, -C, -DPA1, -DPB1, -DQA1, -DQB1, -DRB1 y -DRB3/4/5) mediante la aplicación de NGS en una correspondiente cohorte de pacientes con esclerosis múltiple (EM) de la población española (reclutados y procedentes del Departamento de Neurología del Hospital Clínic (Barcelona, Cataluña)). Un primer estudio de asociación HLA tomando casos (pacientes EM) frente a controles sanos se llevó a cabo para examinar la asociación de genes HLA y la enfermedad de EM en estas cohortes de población española antes mencionadas. Así se buscaba realizar un mapeo fino de las respectivas asociaciones alélicas y haplotípicas de HLA mediante la gran resolución alélica proporcionada por esta metodología de secuenciación masiva. De modo adicional, y como un segundo ejercicio de análisis en este estudio de asociación HLA, se utilizó un grupo control sano alternativo al previo, que incluía individuos procedentes de la región de Cataluña (situada al noreste de España) exclusivamente en este caso, para evaluar así posibles diferencias dadas en la asociación de HLA con EM debido a la probable variación genética en HLA existente a nivel regional dentro del territorio de España...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Inmunología, Oftalmología y ORL, leída el 09/03/2021