Estudo da variabilidade das regiões promotora e codificadora do gene HLA-C e assinaturas de seleção natural atuando nestes segmentos

Abstract

O gene HLA-C está localizado dentro do Complexo Principal de Histocompatibilidade (MHC), a região mais variável do genoma humano. HLA-C codifica moléculas que participam principalmente do processo de apresentação de antígenos intracelulares aos linfócitos T citotóxicos e interage com receptores presentes nas células NK, modulando sua atividade. A variabilidade das moléculas HLA permite a apresentação de diferentes peptídeos por um mesmo indivíduo e aumenta o repertório de peptídeos apresentados por uma população. Além disso, HLA-C é expresso na interface materno-fetal pelo trofoblasto, onde possui uma importante função imunomodulatória por meio da interação com receptores KIR das células NK maternas. Devido a sua dupla função, alguns alelos de HLA-C ou combinações de alelos HLA-C/KIR têm sido associados a diversos contextos fisiológicos e patológicos. Contudo, a variabilidade desse gene tem sido explorada principalmente para os éxons, em especial os éxons 2 e 3, que codificam os domínios de ligação ao peptídeo, enquanto a variabilidade de outros segmentos gênicos importantes (como outros éxons, íntrons e regiões regulatórias) foram pouco estudadas. Este estudo avaliou a variabilidade genética e assinaturas de seleção natural ao longo do gene HLA-C em uma amostra de 418 indivíduos do Brasil e 108 indivíduos do Benin. Considerando as duas populações, detectamos 359 sítios de variação ao longo da região analisada. Os haplótipos promotores, codificadores e de 3’NT apresentaram uma correlação direta, com alelos que codificam proteínas semelhantes (grupos alélicos) associados a sequências específicas de promotores e de 3’NT. Observamos alta diversidade nucleotídica ao longo de todo o gene, com com destaque para o segmento que codifica o domínio transmembrana. Na região promotora foi encontrada a menor diversidade nucleotídica em uma região próxima à posição -700, um segmento monomórfico de 115pb que é compartilhado entre diferentes primatas. Para a 3’NT foi encontrada alta diversidade na segunda metade deste segmento, porém baixa diversidade no trecho inicial. Nas duas populações foram detectados valores positivos de D de Tajima e valores negativos de F de Ewens-Watterson para quase todos os segmentos do gene HLA-C, compatíveis com seleção balanceadora atuando em todo o gene. Além disso, ambas as populações apresentaram evidência de seleção positiva para o éxon 1, que é responsável por codificar o peptídeo de sinal. As frequências dos motivos HLA-C previamente associados à interação com KIR e regulação da expressão são semelhantes entre as duas populações, porém há mudanças na frequência de aminoácidos que influenciam o repertório de peptídeo ligantes, indicando que o repertório peptídico apresentado por essas populações pode ser diferente. Essas populações apresentam grandes diferenças na frequência de aminoácidos no segmento transmembrana e também no primeiro aminoácido do domínio alfa-1, mas não está claro se essas modificações alteram a função e a estabilidade do HLA-C. Estudos funcionais ainda são necessários para o melhor entendimento sobre a relação entre o padrão de variabilidade de HLA-C e sua expressão, capacidade de apresentação antigênica, estabilidade e perfil de ligação KIR/HLA-C.

Human Leucocyte antigen-C (HLA-C) is a classical HLA class I molecule that binds and presents peptides to cytotoxic T lymphocytes in the cell surface. HLA-C has a dual function since it also interacts with KIR receptors expressed in NK and T cells, modulating their activity. The structure and diversity of the HLA-C regulatory regions, as well as the relationship among variants along the HLA-C locus, is poorly addressed, and no population-based study explored the complete HLA-C variability in different population samples. Here we first present a new molecular and bioinformatics method to evaluate the full HLA-C segment, including regulatory sequences. Then, we applied this method to survey the HLA-C diversity in two geographically distinct population samples, one admixed from Brazil (São Paulo State) and one less admixed from Benin. Our results indicate that the HLA-C promoter and 3’UTR are very polymorphic, with the presence of few but highly divergent haplotypes. However, both these regulatory regions present conserved segments that are shared among different primates. Nucleotide diversity was higher in other exonic segments rather than exons 2 and 3, and also higher in the second half of the 3’UTR region. We detected evidence of balancing selection on the entire HLA-C locus and positive selection in exon 1, for both populations. HLA-C motifs previously associated with KIR interaction and expression regulation are similar between both populations, but the frequency of amino acids influencing peptide-binding is different between samples. Each allele group is associated with specific regulatory sequences, supported by the high linkage disequilibrium along the entire HLA-C locus in both populations.