Grundlagen der

Transplantationsimmunologie

Prof. Dr. med. Caner SüsalDepartment of Transplantation Immunology

Institute of Immunology

Für die Abstoßungsreaktionen Verantwortliche Antigensysteme

� ABO-Blutgruppen-Antigensystem

� HLA-Antigensystem

Collaborative Transplant Study

Kidney Transplants 2005-2010, EuropeDeceased Donor, HLA-A,-B,-DR Mismatches

P < 0.001

Für die Abstoßungsreaktionen Verantwortliche Antigensysteme

� ABO-Blutgruppen-Antigensystem

� HLA-Antigensystem

� Non-HLA (MICA, Angiotensin II Typ 1 R, Endotheliale Ag)

Anzahl der derzeit bekannten HLA-Allele

Stand: Dezember 2013

Das HLA -System ist das Antigensystem mit dem höchsten Polymorphismusgrad

im humanen Genom!

Klasse I 7.678

Klasse II 2.268

Polymorphismus = Große Barriere bei Organ - und Stammzell-Tx

Allel-Unterschiede werden von T- und B-Ly effektiv erkannt

Grund des hohen Polymorphismus?

Selektion von HLA Allelen, um bestimmte Pathogene in der Population

unter Kontrolle zu haben

Hauptaufgabe:Präsentation v. pathogenen Peptiden

an das Immunsystem

- Antigenpräsentation durch HLA -Verankerungsreste

Klasse I:8-10 AS-lange Peptide

Klasse II: 13-25 AS-lange Peptide

Ablauf der Abstoßungsreaktion

1) Erkennung der Fremdantigene im Transplantat

2) Immunantwort

3) Zerstörung des Transplantats

Zerstörung des Gewebes

• Angebore Immunantwort– Makrophagen (Th1)– Neutrophile– Eosinophile (Th2)– NK-Zellen

• Plasmazellen (Antikörper)

– Komplementaktivierung

– ADCC (NK-Zellen, Makrophagen)

• CD4+ zytotoxische T-Lymphozyten

– FasL-Fas

• CD8+ zytotoxische T-Lymphozyten

– Granzyme/Perforin

Zytotoxische Zellen

Zytotoxische T-Zellen

Within Graftchemokines

cytokines

Donor/ Host APC

Adhesion molecules for range of immune cells

Increased vasculature permeability

Cell entry

Tissue damage through Non-T Cells

B cell Macrophage Eosinophil NK cell

Donor Graft Cell Donor Graft CellDonor Graft Cell

Degranulation

IFN-γLT-α

Apoptosis

Plasma cell

CD40-CD40L

Membrane attack complex

Lysis

Complement cascade

Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity

Vasculature

TNF-α Fc receptors

Macrophages NK cells

Degranulation

HostCD4+T cell

Tissue damage through T Cells

Cytoskeletal rearrangment brings

granules to the synapse

Caspase-dependent/ independent apoptosis

Disrupt Mito. Memb.

Cyto C release

Cytokines, Chemokines

binds Fas

Mito.

Immunological synapse

Granules release their content into synapse

Integrins/adhesion molecules

CD8+ T cell receptor ForeignMHC class I

Perforin

Granzyme entry into cell

Granulysin

CathepsinsA: processing of granzyme

proenzymes B: CTL self-protection

Calreticulinperforin inhibition

Serglycingranzyme inhibition

FasLactivates death domain

Apoptosis

Activation and Inflammation

FasL also cytotoxic effector of CD4+ T cells

HLA-Gene

Chromosom 6 (35 Genorte)

Klasse I: A, B, C

Klasse II: DRB1/3/4/5, DQA1, DQB1, DPA1, DPB1

ET Kidney Allocation System

Point score system

• HLA-A, B, DR Matching : 400

• Mismatch Probability : 100

• Waiting time (per day) : 0.09

• Distance Factor : 300

• National Balance : no max

Max. points

HLA-A HLA-B HLA-DRB11 7 12 8 33 13 411 14 723 15 824 18 925 27 1026 35 1129 37 1230 38 1331 39 1432 40 1533 41 1634 4236 4443 4566 4668 4769 4874 4980 50

515253545556575859677378818283

HLA-A, -B, and -DR Allele

(2-stellig)

Müller, Hans (Vater) Müller, Brigitta (Mutter)

A 1 2 A - 32B 7 8 B 62 39DR 3 4 DR 1 7

Patient Bruder 1 Schwester 1 Bruder 2 Schwester 2

A 1 32 2 - 1 32 1 - 24 32B 7 39 8 62 7 39 7 62 17 39DR 3 7 4 1 3 7 3 1 4 7

Beispiel einer Familien -HLA-Typisierung

Süsal, Opelz; Curr Opin Organ Transplant 2013

Andere Gründe für das HLA Matching:

Weniger Nebenwirkungen

Weniger Sensibilisierung

One Year Post-TransplantHLA-DR mismatches

P

0 MM 1 MM 2 MM

Rejection treatment 21.4 % 26.5 % 31.7 % <0.001

Thereof with ATG or OKT3 26.3 % 27.8 % 31.3 % <0.001

One Year Post-TransplantHLA-DR mismatches

P

0 MM 1 MM 2 MM

Patients with high dosage of *

CsA

Tac

MMF

Steroids

8.9 %

8.8 %

9.0 %

7.5 %

10.8 %

10.7 %

10.9 %

9.5 %

12.3 %

10.1 %

10.2 %

12.5 %

<0.001

0.052

0.010

<0.001

* >90-Percentile

Non-Hodgkin LymphomaKidney Transplants 1985-2007, Deceased Donor

Opelz, Döhler Transplantation 2010; 89: 567-572

Incidence of Osteoporosis – DR mismatchesKidney Transplants, Deceased Donor

Opelz, Döhler Transplantation 91:65-69, 2011

Incidence of Hip Fracture – DR mismatchesKidney Transplants, Deceased Donor

Hospitalized for Infection During Year 1Deceased Donor Kidney Transplants

Death Due to InfectionDeceased Donor Kidney Transplants

Meier-Krische et al, Transplantation 2009

“Many patients are negatively impacted from poor HLA matching of their first kidney transplant

when needing a second transplant”

HLA Klasse I oder II Antikörper (ELISA)

vor der

1. Tx: 15%

2. Tx: 64%

3. Tx: 84%

4. Tx: 92%

� Bluttransfusionen

� Schwangerschaften

� Vorhergehende Transplantationen

� (Kreuzreaktionen mit Viren/Bakterien)

Vorsensibilisierung

Alloantikörper

Vor der Transplantation

� Hyperakute Abstoßung

� Akzelerierte humorale Abstoßung

� Verzögerte Tx-Funktion

Nach der Transplantation (de novo)

� „Chronische Abstoßung”

Vermeidung von Frühschaden durch

Prä-Tx DSA

� Prä-Tx X-Match

� Prä-Tx AK Screening “Unacceptables”

Vermeidung von Spätschäden

durch persistierende und dnDSA

� Post-Tx DSA Monitoring

Causes of Late Graft Failure- Halloran et al. -

1. AMR (C4d+ or C4d -) (>60%)

2. Recurrent disease

3. CNI toxicity (<5%)

after mo 6at 4.6 yr

15% 32% class I94% class II

>300 MFI

Risk factors for de novo DSA:

1. HLA DRß1 mismatches

2. Non-adherence to IS

3. Previous clinical rejections (before mo 6)

Wettstein, Opelz, Süsal Langenbecks Arch Surg 2013

Wettstein, Opelz, Süsal Langenbecks Arch Surg 2013

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Patient Risk Categories

1. Low-risk Non-sensitized, first Tx

2. Intermediate-risk History of DSA, but currently n egative

3. High-risk DSA positive/XM negative

4. Very high-risk Desensitized DSA+/XM+

Antikörper-Screening

� Zell-Basiert

� CDC-PRA (T-/B-Zellplatten)

� Fest Phase

� ELISA-Screen, ELISA-PRA

� Luminex Mix, Luminex SA

Recommendations of the Post-Tx Group

Four risk categories

First year and thereafter

Loupy et al NEJM 2013

Loupy et al NEJM 2013

Abstoßungsreaktionen

Abstoßungstyp Benötigte Zeit Ursache

Hyperakut Minuten/Stunden

Vorgebildete Anti-Spender-AK (DSA)und Komplement

Früh Akut Vor dem 10. post-op Tag Aktivierung von T-Ly, B-Ly

Spät AkutNach dem 10. post-op Tag –Wochen

Aktivierung von T-Ly, B-Ly

Chronisch Wochen - Jahre

Unterimmunsuppression: Aktivierungvon T- Ly, B-Ly mit dnDSA-Bildung

Wiederauftreten d. Grunderkrankung;(Toxizität der Immunsuppressiva)

Ly-Kreuzprobe

Abstoßungsreaktionen nach Pathologie

Typ Pathologie Therapie

Zelluläre AbstoßungInvasion von CD4+, CD8+ T-Ly, Monozyten, B-Ly in das Interstitium, Tubulitis

EinfachSteroid Bolus

Vaskuläre Abstoßung

Plasmazellen und DSA Arteriitis mit Intima-Verdickung, Glomerulopathien, Thrombose der Gefäße

SchwierigErhöhung der CNI-Dosis, ATG, Rituximab, PPH/IA, IvIg, Bortezomib, Eculizumab (anti-C5)

„Siehe Banff Klassifikation“

�Angeborene Immunität (unspezifisch)

– Initiale Immunantwort

– Gewebeschaden (Ischämie oder chirurgischer Eingriff)

– MakrophagenNK-Zellen, Neutrophile, später auch Eosinophile

– Produzierte Chemokine Entzündung / Zelltrafficking

�Erworbene Immunität (spezifisch, T-Zell-vermittelt)

– Direkte Erkennung (APZ des Spenders)

– Indirekte Erkennung (APZ des Empfängers)

Ablauf der Abstoßungsreaktion