Insights into the genetics and biochemistry of signaling adaptor modules and nk cell receptors from study of primary immunodeficiency

• Autores: Alfonso Blazquez Moreno
• Directores de la Tesis: Huhg T. Reyburn (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 134
• Tribunal Calificador de la Tesis: Pablo Pereira Esteva (presid.), Hisse Martien van Santen (secret.), Francisco Borrero Rabasco (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    La gran mayoría de los receptores inmunes tienen un diseño modular; la capacidad de unirse a sus ligandos y de señalizar recae en subunidades diferentes. CD247 es un módulo de señalización común a células T y Natural Killer.

    La ocasión de estudiar el sistema inmunitario de un paciente deficiente en CD247 ha permitido analizar las consecuencias de la ausencia de esta molécula adaptadora en la biología de los linfocitos humanos. En ausencia de CD247, el ensamblaje del TCR se ve comprometido y su expresión en superficie es prácticamente nula, impidiendo las respuestas antígeno específicas y aumentando la susceptibilidad a infecciones del paciente. En cuanto a las células NK, la expresión en superficie y la respuesta a través de receptores que se asocian a CD247 está disminuida. Además de estos efectos directos, la ausencia de células T funcionales afecta de manera indirecta al correcto desarrollo y maduración de las células NK.

    Al igual que en los pacientes deficientes en CD247 previamente descritos, detectamos células T y NK revertientes. El análisis genético de células T del paciente, tras una breve expansión in vitro, reveló la existencia de dos clases de revertientes: una retromutación y una mutación compensatoria, permitiendo ambas recuperar la expresión de la proteína CD247 y el ensamblaje del TCR. Se han encontrado eventos de reversión en solo algunos de los genes afectados en inmunodeficiencias primarias (IDPs). El análisis de la variación genética en el resto de genes revertientes mostró una mayor tasa de mutaciones sin sentido en la región codificante, comparado a otros genes afectados en IDPs sin eventos de reversión descritos o en genes control. Este hallazgo hizo plantear como hipótesis que la probabilidad de revertir un defecto genético está relacionada con la propensión intrínseca de dicho gen a mutar.

    Hasta la fecha, la asociación de CD247 a sus receptores se basa en una única interacción mediada por residuos de carga opuesta. Sin embargo, CD16A no contiene un residuo cargado positivamente en su región transmembrana. El estudio bioquímico de la interacción de CD16A con sus módulos de señalización reveló un nuevo modelo de ensamblaje basado en múltiples interacciones polares y aromáticas. Además, se demostró que este modelo podría aplicarse a otros receptores de Fc, CD64 y FcR1.

    En resumen, estos resultados ilustran como el sistema inmunitario se adapta, revierte los defectos genéticos y demuestra la plasticidad del módulo de señalización CD247 para unirse a distintos receptores mediante diferentes mecanismos.

  • English

    Many immune cell receptors are modular in design; the ligand binding function and signaling capacity are separated into two different elements. One common signaling adaptor molecule expressed in both Natural Killer and T cells is CD247.

    The opportunity to study immune cells from a CD247 deficient patient let us analyze the effects of the lack of this adaptor module on human lymphocyte biology. In the absence of CD247, T cell receptor assembly was compromised and its expression at the cell surface markedly diminished, abrogating antigen-specific immune responses by the patient and increasing susceptibility to infections. With regard to NK cells, surface expression of CD247-coupled receptors and their function after specific ligation was compromised. Moreover, as well as these direct effects, the absence of functional T cells also impaired NK cell development and proper maturation indirectly.

    Consistent with prior studies on CD247-deficient patients, it was possible to detect revertant T and NK cells in this particular patient. Subsequent genetic analyses of the patients T cells, after brief in vitro expansion, revealed two classes of revertant cells: a true back mutation and a compensatory mutation, both compatible with restored CD247 protein expression and T cell receptor assembly. This reversion phenomenon has been reported for only a set of genes affected in PIDs. Further informatics analysis of the genetic variation in other PID genes where reversion has been reported showed a higher rate of missense variants in the coding sequence of these genes compared to PID affected genes with no reversion cases or control genes, leading to the hypothesis that the occurrence of somatic mutations that reconstitute genetic defects in PID is related to an increased propensity of those genes to mutate.

    To date, the interactions that mediate CD247 assembly with counterpart receptors depend on contacts between single transmembrane residues of opposing charge. However, CD16A does not contain a positively charged residue in its transmembrane domain. Detailed biochemical study of CD16A receptor complex formation revealed a novel mode of assembly based on multiple polar and aromatic interactions that could be extended to other Fc receptors, CD64 and FcR1.

    Altogether, our results illustrate how the human immune system adapts, escapes by reversion of genetic defects and the biochemical plasticity of CD247 signaling adaptor module demonstrated by the ability to couple many receptors by different mechanisms.