eRapport

Single cell analysis of gluten-specific CD4+ T cells in celiac disease

Prosjekt
Prosjektnummer
2015009
Ansvarlig person
Ludvig M. Sollid
Institusjon
Oslo universitetssykehus HF
Prosjektkategori
Doktorgradsstipend
Helsekategori
Inflammatory and Immune System
Forskningsaktivitet
1. Underpinning
Rapporter
2018 - sluttrapport
Cøliaki er en kronisk inflammatorisk tarmsykdom som er forårsaket av en upassende immunrespons mot gluten fra hvete og andre kornarter. Sykdommen er unik da man ved cøliaki, i motsetning til ved andre autoimmune sykdommer, kjenner miljøfaktoren som driver sykdommen (gluten). CD4+ T-celler gjenkjenner gluten-peptider bundet i kompleks med de sykdomsassosierte HLA-molekylene HLA-DQ2 (DQ2.5 og DQ2.2) eller HLA-DQ8. Derfor er CD4+ gluten-spesifikke T-celler viktige aktører i utviklingen av cøliaki. Karakterisering av disse antigen-spesifikke og sykdomsrelevante T-cellene burde gi ytterligere forståelse av den underliggende mekanismen for cøliaki. Målet med dette prosjektet var å utføre sekvensering av T-celle receptor-gener til gluten-spesifikke CD4+ T-celler fra cøliakipasienter. Vi har undersøkt T-celle responsen for fire gluten-epitoper som dominerer i immunresponsen mot gluten hos HLA-DQ2.5 positive cøliakipasienter. For T-celler som gjenkjenner disse epitopene vi har gjort dypsekvensering av deres T-celle reseptorgener. Vi isolerte enkelt celler fra blod og tarmbiopsier ved bruk av HLA-DQ-tetramerer som representerer definerte gluten-epitoper. Vi fant tegn på klonal ekspansjon og for hver epitope fant vi preferensiell bruk av noen spesielle T-celle reseptor V-beta og V-alfa gener. Denne preferensielle bruken av T-celle reseptor V-beta og V-alfa gener var lik på tvers av pasientene som tegn på at de er såkalte "public responses". Videre isolerte vi gluten-spesifikke CD4+ T-celler gjennom gluten-provokasjonen hos behandlete cøliakipasienter. Vi fant at immunresponsen mot gluten hos denne type pasienter domineres av allerede eksisterende CD4+ T-celle kloner. Ved å undersøke historiske prøver, fant vi at T-celle klonotypene som gjenkjenner gluten persisterer hos pasientene gjennom flere tiår. Vi fant også at at T-celle reseptor-repertoaret består stabilt av de samme T-celle klonotypene over tid. Disse funnene hjelper til å forstå hvorfor cøliaki er en livslang sykdom der symptomene vil komme tilbake hvis og når cøliakere spiser gluten. Arbeidet avdekker en mulig ny måte å diagnostisere cøliaki på ved påvisning av T-cellereseptor DNA sekvenser for T-celler som gjenkjenner gluten. En patentsøknad er sendt inn via Inven2 om dette. I tillegg peker funnene i studien at en effektiv måte å behandle cøliaki vil være å fjerne gluten-spesifikke CD4+ T-celler. Dette behandlingsprinsippet vil bli utforsket i nye studier.
2017
Hovedmålet med prosjektet er å sekvensere T-celle antigen reseptorgener som er involvert i cøliaki på encelle nivå.Cøliaki, i motsetning til andre autoimmune sykdommer, er unik ved at sykdomsfremkallende angens (gluten) er kjent. CD4+ T-celler gjenkjenner glutenpeptider bundet i kompleks med de sykdomsassosierte HLA-molekylene DQ2 (DQ2.5 og DQ2.2) eller HLA-DQ8. Karakterisering av disse antigen-spesifikke og sykdomsrelevante T-cellene gir ytterligere forståelse av sykdomsmekanismen ved cøliaki. Målet med dette prosjektet er å gjennomføre sekvensering av gluten-reaktive T-celle reseptorgener. Vi vil isolere enkelt gluten-reaktive T-celler fra blod og tarmbiopsi av cøliaki pasienter på ulike tidspunkter etter inntak av gluten (glutenprovokasjon). Ved bruk av såkalte HLA-DQ tetramerer koblet til gluten epitoper kan vi effektivt isolere spesifikke celler. cDNA generert fra disse enkeltcellene er blitt PCR-amplifisert og brukt for T-celle reseptor alfa-kjede (TRAV) og T-celle reseptor beta-kjede (TRBV) gensekvensering. Vi har generert TRAV og TRBV sekvens-data fra enkeltceller med parete sekvenser med såkalt neste generasjons DNA-sekvensering metoder. Vi ser etter fellessekvenser brukt av T-celler fra samme og forskjellige pasienter. Vi har gjennomført en studie av repertoaret til glutenspesifikke T-celler i blod og tarm hos cøliakipasienter etter glutenprovokasjon. Et manuskript som rapporterer disse funnene er inne til vurdering i et anerkjent tidsskrift. I studien viser vi at responsen domineres av klonalt ekspanderte T-celler og at hoveddelen av de ekspanderte klonotypene som dominerer med maksrespons også er tilstede før glutenprovokasjonen. Dette tyder på at rask respons av pre-eksisterende hukommelses T-celler ved antigen-nystimulering sørger for at repertoaret av gluten-spesifikke T-celler holder seg stabilt over tid ved cøliaki. Vi holder også på å ferdigstille et manuskript om T-celle gjenkjennelse av to svært like immundominante gluten T-celle epitoper; DQ2.5-glia-alfa1 of DQ2.5-glia-omega1. Som grunnregel er T-cellene spesifikke for hver av de to epitopene (dvs de kryssreagerer ikke). Vi har sekvensert TRAV og TRBV genene til mange enkelt T-celler som reagerer med de to epitopene. I tillegg har vi i samarbeide med gruppen til professor Jamie Rossjohn (Monash University, Austalia) løst krystallstrukturen til peptid-HLA kompleksene for hver av to epitopene. Vi har funnet at de to epitopene har en nesten identisk interaksjon med HLA-DQ2.5 molekylet og at topologien til kompleksene av peptid:HLA som T-celle reseptorene gjenkjenner, også er bortimot identisk. Bruken av T-celle reseptor gener er også svært lik for T-cellene som er spesifikke for hver av epitopene, likefullt skiller T-celle reseptorene mellom kompleksene. Studien gir grunnleggende innsikt i hvordan T-celler hos cøliakipasienter gjenkjenner gluten.
2016
Hovedmålet med prosjektet er å sekvensere T-celle antigen reseptorgener som er involvert i cøliaki på encelle nivå.Cøliaki, i motsetning til andre autoimmune sykdommer, er unik ved at sykdomsfremkallende angens (gluten) er kjent. CD4+ T-celler gjenkjenner glutenpeptider bundet i kompleks med de sykdomsassosierte HLA-molekylene DQ2 eller HLA-DQ8. Karakterisering av disse antigen-spesifikke og sykdomsrelevante T-cellene gir ytterligere forståelse av sykdomsmekanismen ved cøliaki. Målet med dette prosjektet er å gjennomføre sekvensering av gluten-reaktive T-celle reseptorgener. Vi vil isolere enkelt gluten-reaktive T-celler fra blod og tarmbiopsi av cøliaki pasienter på ulike tidspunkter etter inntak av gluten (glutenprovokasjon). Ved bruk av såkalte HLA-DQ tetramerer koblet til gluten epitoper kan vi effektivt isolere spesifikke celler. cDNA generert fra disse enkeltcellene er blitt PCR-amplifisert og brukt for T-celle reseptor alfa-kjede (TRAV) og T-celle reseptor beta-kjede (TRBV) gensekvensering. Vi genererer TRAV og TRBV sekvens-data fra enkeltceller med parete sekvenser med såkalt neste generasjons DNA-sekvensering metoder. Vi ser etter fellessekvenser brukt av T-celler fra samme og forskjellige pasienter. Vi holder nå på analysere T-celle reseptor repertoaret til glutenspesifikke T-celler i tarmen og i blod før og etter gluten provokasjon hos behandlete cøliakipasienter og i tiden etter at ubehandlete cøliakipasienter har startet med glutenfri kost. Dette har gitt oss innsikt i T-celle reseptor repertoaret i tarmen og blod på tvers av ulike tidspunkter og belyser dynamiske forhold i T-celleresponsen mot gluten. To manuskripter om dette er under sammenskriving. Vi holder også på å sluttføre sammenliknende analyser av T-celle reseptor bruk til T-celler som gjenkjenner to immunodominante glutenepitoper.
2015
Hovedmålet med prosjektet er å sekvensere T-celle antigen reseptorgener som er involvert i cøliaki på encelle nivå.Cøliaki, i motsetning til andre autoimmune sykdommer, er unik ved at sykdomsfremkallende angens (gluten) er kjent. CD4+ T-celler gjenkjenner glutenpeptider bundet i kompleks med de sykdomsassosierte HLA-molekylene DQ2 eller HLA-DQ8. Karakterisering av disse antigen-spesifikke og sykdomsrelevante T-cellene gir ytterligere forståelse av sykdomsmekanismen ved cøliaki. Målet med dette prosjektet er å gjennomføre sekvensering av gluten-reaktive T-celle reseptorgener. Vi vil isolere enkelt gluten-reaktive T-celler fra blod og tarmbiopsi av cøliaki pasienter på ulike tidspunkter etter inntak av gluten (glutenprovokasjon). Ved bruk av såkalte HLA-DQ tetramerer koblet til gluten epitoper kan vi effektivt isolere spesifikke celler. cDNA generert fra disse enkeltcellene er blitt PCR-amplifisert og brukt for T-celle reseptor alfa-kjede (TRA) og T-celle reseptor beta-kjede (TRB) gensekvensering. Vi genererer T-celle reseptor (TCR) sekvens-data fra enkeltcelle med paret TRA- og TRB-sekvenser med såkalt neste generasjons DNA-sekvensering metoder. Vi ser etter fellessekvenser brukt av T-celler fra samme og forskjellige pasienter. Noen resultater fra prosjektet blir snarlig publisert i en artikkel som er antatt i tidsskriftet Mucosal Immunology. I den neste del prosjektet vil vi analysere T-celle reseptor repertoaret til glutenspesifikke T-celler i tarmen og i blod før og etter gluten provokasjon hos behandlete cøliakipasienter. Dette vil gi oss mulighet til å forstå hvordan T-celle reseptor repertoaret utvikles som følge av antigen-introduksjon. Vi vil sammenligne av repertoaret i tarmen og blod på tvers av ulike tidspunkter belyse dynamiske forhold i T-celleresponsen gjennom immunresponsen mot gluten.
Vitenskapelige artikler
Dahal-Koirala S, Ciacchi L, Petersen J, Risnes LF, Neumann RS, Christophersen A, Lundin KEA, Reid HH, Qiao SW, Rossjohn J, Sollid LM

Discriminative T-cell receptor recognition of highly homologous HLA-DQ2-bound gluten epitopes.

J Biol Chem 2019 01 18;294(3):941-952. Epub 2018 nov 19

PMID: 30455354 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Risnes LF, Christophersen A, Dahal-Koirala S, Neumann RS, Sandve GK, Sarna VK, Lundin KE, Qiao SW, Sollid LM

Disease-driving CD4+ T cell clonotypes persist for decades in celiac disease.

J Clin Invest 2018 Jun 01;128(6):2642-2650. Epub 2018 mai 14

PMID: 29757191 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Jabri B, Sollid LM

T Cells in Celiac Disease.

J Immunol 2017 Apr 15;198(8):3005-3014.

PMID: 28373482

Gunnarsen KS, Høydahl LS, Risnes LF, Dahal-Koirala S, Neumann RS, Bergseng E, Frigstad T, Frick R, du Pré MF, Dalhus B, Lundin KE, Qiao SW, Sollid LM, Sandlie I, Løset GÅ

A TCRα framework-centered codon shapes a biased T cell repertoire through direct MHC and CDR3β interactions.

JCI Insight 2017 Sep 07;2(17). Epub 2017 sep 7

PMID: 28878121

Sarna VK, Skodje GI, Reims HM, Risnes LF, Dahal-Koirala S, Sollid LM, Lundin KEA

HLA-DQ:gluten tetramer test in blood gives better detection of coeliac patients than biopsy after 14-day gluten challenge.

Gut 2018 09;67(9):1606-1613. Epub 2017 aug 4

PMID: 28779027

Ráki M, Dahal-Koirala S, Yu H, Korponay-Szabó IR, Gyimesi J, Castillejo G, Jahnsen J, Qiao SW, Sollid LM

Similar Responses of Intestinal T Cells From Untreated Children and Adults With Celiac Disease to Deamidated Gluten Epitopes.

Gastroenterology 2017 Sep;153(3):787-798.e4. Epub 2017 mai 20

PMID: 28535873

Dahal-Koirala S, Risnes LF, Christophersen A, Sarna VK, Lundin KE, Sollid LM, Qiao SW

TCR sequencing of single cells reactive to DQ2.5-glia-a2 and DQ2.5-glia-?2 reveals clonal expansion and epitope-specific V-gene usage.

Mucosal Immunol 2016 May;9(3):587-96. Epub 2016 feb 3

PMID: 26838051 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Doktorgrader
Shiva Dahal-Koirala

On T-cell receptors specific for immunodominant gluten epitopes in celiac disease

Disputert:
januar 2018
Hovedveileder:
Ludvig Magne Sollid
Deltagere
  • Knut Erik Aslaksen Lundin Prosjektdeltaker
  • Ralf Stefan Neumann Prosjektdeltaker
  • Vikas Kumar Sarna Prosjektdeltaker
  • Asbjørn Christophersen Prosjektdeltaker
  • Louise Fremgaard Risnes Prosjektdeltaker
  • Shuo-Wang Qiao Medveileder
  • Ludvig Magne Sollid Hovedveileder
  • Shiva Dahal-Koirala Doktorgradsstipendiat (finansiert av denne bevilgning)

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport

Personvern  -  Informasjonskapsler