Análise do perfil de reatividade do repertório de anticorpos de indivíduos transplantados

Abstract

O transplante de órgãos é uma terapia amplamente utilizada no tratamento de doenças que levam a falência completa de um órgão, mas a rejeição ao aloenxertos devido à resposta do recipiente ainda é um fator limitante para esse tipo de intervenção. Sabe-se ainda que uma parcela dos indivíduos transplantados desenvolve espontaneamente um estado dito tolerância operacional (OT), que garante a sobrevida do enxerto, esse quadro clínico é caracterizado pela função estável do enxerto mesmo sem a utilização de drogas imunossupressoras, diferente dos outros grupos clínicos onde os indivíduos ainda fazem o uso de imunossupressão, os pacientes com doença crônica do enxerto (rejeição crônica - CR) onde existe um quadro inflamatório instaurado no órgão transplantado e pacientes estáveis (ST) onde o quadro inflamatório ainda não se manifestou. Estes diferentes estados de tolerância podem estar associados com determinantes humorais específicos e o seu padrão de reatividade talvez nos permita “ver” o mundo antigênico reconhecido por esses diferentes grupos, além disso, o conjunto de antígenos responsivos a eles podem ser utilizados como um classificador para o seu estado imunitário visando identificar padrões globais de reconhecimento e imunorregulação e contribuir para a compreensão dos mecanismos envolvidos nesses estados de tolerância. Nosso objetivo então é avaliar a reatividade de imunoglobulinas (IgM e IgG) em pacientes renais transplantados a fim de encontrar um padrão na resposta imune humoral destes pacientes que nos levam a um possível marcador imunoregulatório para a progressão ou não para o estado de tolerância dos indivíduos. Nesse sentido foram utilizadas as técnicas de phage display e peptide microarray, ambas apresentando uma matriz aleatória de peptídeos ao repertório de anticorpos dos grupos clínicos estudados na tentativa de encontrar aqueles que caracterizem um determinado grupo pelo seu grau de interação com esses painéis peptídicos. Os peptídeos reativos selecionados por phage display foram obtidos a partir de sua capacidade de se ligar a IgG e IgM adsorvidas na placa de microtitulação. Um protocolo subtrativo foi padronizado para assegurar a seleção diferencial dos peptídeos. Após um único ciclo de seleção entre cada grupo de pacientes, 196 clones de fagos foram isolados e sequenciados: 150 peptídeos foram selecionados a partir de indivíduos saudáveis (74 eluídos e 76 subtraídos), 34 peptídeos foram selecionados a partir de indivíduos tolerantes operacionais (13 eluídos e 21 subtraídos) e 12 peptídeos foram selecionados a partir de indivíduos rejeição crônica (6 eluídos e 6 subtraídos). Os peptídeos reativos selecionados por peptide microarray foram obtidos a partir dos microchips fornecidos pelo grupo da Dra. Michal Orguil, onde cada microarray era dividido em três submatrizes (subarrays) exibindo a mesma biblioteca de 1.000 peptídeos aleatórios (942 15-mers). A média da intensidade de sinal (SI) de cada spot (microambiente ou ponto de incubação do microchip onde ocorre a interação do peptídeo com os anticorpos do plasma ou com os controles) foi lida em R e a médias das SIs das repetiçoes intrachip (n=3) foram calculadas para cada peptídeo (n=942). Para explorar o potencial classificatório das sequência peptídicas presentes nos microchips, foram utilizadas técnicas computacionais de predição baseadas em classificação supervisionada por Potencial Suport Vector Machine (PSVM) e Análise de Componente Principal (PCA). A comparação entre a intensidade de sinal dos peptídeos dos grupos selecionados revelou que a SI das amostras OT tende a ser maior que as amostras CR e ST, mas um pouco menor quando comparada com as amostras HE. A variação da SI é tendencialmente mais baixa nos grupos de estudo sob imunossupressão (ST e CR). A taxa de variação estimada dentro dos grupos ST e CR é em torno de três vezes mais baixa em comparação com OT e HE. As análises de PCA indicam uma variação biológica reduzida nos grupos sob imunossupressão. Embora, os dois primeiros componentes principais encontrados expliquem 77,2% da variação do conjunto de dados, o PCA falhou em separar os grupos de estudo quando todos os grupos eram analisados em conjunto. No entanto, as amostras de pacientes sob imunossupressão (ST e CR) formam um conjunto muito próximo, enquanto as amostras OT e HE estão muito difundidas no biplot. Isso esta de acordo com a variação reduzida na SI dos peptídeos observava nos grupos CR e ST. Na validação cruzada leave-one-out, o classificador discriminou três pares de grupos de estudo (OT vs. CR, ST + CR vs. HE+OT, CR vs. HE) com BACC maior ou igual a 66.0%. Quando as análises foram feitas aos pares (biplot) o algoritmo de P-SVM extraiu 16 características únicas (peptídeos) para o subproblema OT vs. CR (BACC=73.8) respondendo por 91.7% da variância nos dados desses grupos (utilizando o PCA) e 22 características únicas (peptídeos) para o subproblema CR vs. HE (BACC=66%), respondendo por 68.3% da variância nos dados desses grupos (utilizando o PCA). Com isso conseguimos um conjunto de peptídeos randômicos selecionados por P-SVM que discriminaram OT-CR (n=16) ou CR-HE (n=22). _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Organ transplantation is a widely used therapy in the treatment of diseases that lead with complete organ failure but the allograft rejection because of the host response is still a limited factor to this type of intervention. Knows that a host transplant portion spontaneously develop a state called operation tolerance, that guarantee the survival of the graft. This clinical is characterized by the stable function of the graft even without the use of immunosuppressive drugs, different from the others clinical groups where the host still do the use of immunosupression. The patients with chronicle graft disease - a inflammatory picture established into the transplanted organ exist and stable patient - inflammatory picture not yet manifested. These different states of tolerance may be associated with specific humoral determinants, where the reactivity allows us to "observe" the antigens world, and the set of responsive antigens could be used as a ''sorter'' to the immune status in order to identify global patterns of recognition and immunoregulation and to contribute for the understanding of mechanisms of these states. Our aim is to evaluate the reactivity of antibodies (IgG and IgM) in kidney transplant patients in order to find a humoral immune response patterns of these patients that leads to a possible immunoregulatory marker for progression or not to the tolerance status of the individuals. For this purpose we used a phage display and peptide microarray techniques, both presenting a random panel of peptides to the clinical groups repertoire of antibodies in an attempt to find those that characterize a particular group by their level of interaction with these peptide panels. The reactive peptides selected by phage display were obtained by their capacity of binding to patients adsorbed plasma IgM or IgG. A subtractive protocol was used to ensure the differential selection of binding peptides. After a single selection cycle between each group of patients,196 isolated phage clones were sequenced: 150 peptides were selected for healthy patients (76 subtracted and 74 eluted), 34 peptides were selected for operational tolerance patients (21 subtracted and 13 eluted) and 12 peptides were selected for chronic rejection patients (6 subtracted and 6 eluted). No major sequence bias was found among the peptides of each group, but sequences substrings differences were found using odds-ratio. The reactive peptides selected by peptide microarray were obtained from the microchips provided by Dr. Michal Orguil group. Each microarray was split into three subarrays displaying the same library of 1,000 random peptides (942 15-mers). Median spot signal intensity (SI) were read into R using the function readData and the mean SI across subarrays (n=3) was calculated for each peptide (n=942). To explore the potential classification of the peptide sequences present in microchips that was carried out using an R implementation a computational prediction techniques based in supervised data classification algorithm, Potential Support Vector Machine (P-SVM) and Principal Component Analysis (PCA). Comparison of sorted group mean peptide SI revealed that OT samples SI tend to be higher than those in CR and ST but lower than those in HE samples. The variance of peptide SI is tendentially lower in the study groups under immunosuppression (ST and CR). The estimated average variance within the ST and CR groups is about three times lower compared to the OT or HE group. Principal Component Analysis (PCA) indicates reduced biological variability within study groups under immunosuppression. Although the first two principal components were found to explain 77.2% of the data set’s variance, PCA failed to separate individual study groups. However, samples from patients under immunosuppression (ST, CR) form a very tight cluster while OT and HE samples are widespread in the biplot, and agree with the reduced peptide SI variance observed in the CR and ST group. In leave-one-out cross-validation, the classifier was been discriminated three pairs of study groups (OT vs. CR, ST+CR vs. HE+OT, CR vs. HE) with a balanced accuracy (BACC) of more or equal to 66.0%. When the analyses was done in pairs (biplot), the P-SVM algorism extracted 16 unique characteristics (peptides) for the subproblem OT vs. CR (BACC=73.8) answering for 91.7% of the dates variance in those groups (using PCA analysis) and 22 unique characteristics (peptides) for the subproblem CR vs. HE (BACC=66%), answering for 68.3% of the dates variance in those groups (using PCA analysis). Which that we got a set of random peptides selected for P-SVM and PCA that discriminate OT/CR (n=16) and CR/HE (n=20)