Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1034310.32607/20758251-2018-10-2-48-57Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleCharacterization of the T-cell Repertoire after Autologous HSCT in Patients with Ankylosing SpondylitisИсследование репертуара Т-лимфоцитов после аутологичной ТГСК у пациентов с анкилозирующим спондилитомKomechE. A.КомечЕ. А.
Russian Federation
ekomech@gmail.comZvyaginI. V.ЗвягинИ. В.
Russian Federation
ekomech@gmail.comPogorelyyM. V.ПогорелыйМ. В.
Russian Federation
ekomech@gmail.comMamedovI. Z.МамедовИ. З.
Russian Federation
ekomech@gmail.comFedorenkoD. A.ФедоренкоД. А.
Russian Federation
ekomech@gmail.comLebedevY. B.ЛебедевЮ. Б.
Russian Federation
ekomech@gmail.comShemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic ChemistryИнститут биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНNational Pirogov Medical Surgical CenterКлиника гематологии и клеточной терапии им. А.А. Максимова, Национальный медикохирургический центр им. Н.И. Пирогова Минздрава России15062018102VOL 10, NO2 (2018)ТОМ 10, №2 (2018)485717012020Copyright ©; 2018, Komech E.A., Zvyagin I.V., Pogorelyy M.V., Mamedov I.Z., Fedorenko D.A., Lebedev Y.B.Copyright ©; 2018, Комеч Е.А., Звягин И.В., Погорелый М.В., Мамедов И.З., Федоренко Д.А., Лебедев Ю.Б.2018Komech E.A., Zvyagin I.V., Pogorelyy M.V., Mamedov I.Z., Fedorenko D.A., Lebedev Y.B.Комеч Е.А., Звягин И.В., Погорелый М.В., Мамедов И.З., Федоренко Д.А., Лебедев Ю.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10343

Autologous hematopoietic stem cell transplantation (HSCT), a safer type of HSCT than allogeneic HSCT, is a promising therapy for patients with severe autoimmune diseases (ADs). Despite the long history of medical practice, structural changes in the adaptive immune system as a result of autologous HSCT in patients with various types of ADs remain poorly understood. In this study, we used high-throughput sequencing to investigate the structural changes in the peripheral blood T-cell repertoire in adult patients with ankylosing spondylitis (AS) during two years after autologous HSCT. The implementation of unique molecular identifiers allowed us to substantially reduce the impact of the biases occurring during the preparation of libraries, to carry out a comparative analysis of the various properties of the T-cell repertoire between different time points, and to track the dynamics of both distinct T-cell clonotypes and T-cell subpopulations. In the first year of the reconstitution, clonal diversity of the T-cell repertoire remained lower than the initial one in both patients. During the second year after HSCT, clonal diversity continued to increase and reached a normal value in one of the patients. The increase in the diversity was associated with the emergence of a large number of low-frequency clonotypes, which were not identified before HSCT. Efficiency of clonotypes detection after HSCT was dependent on their abundance in the initial repertoire. Almost all of the 100 most abundant clonotypes observed before HSCT were detected 2 years after transplantation and remained highly abundant irrespective of their CD4+ or CD8+ phenotype. A total of up to 25% of peripheral blood T cells 2 years after HSCT were represented by clonotypes from the initial repertoire.

Аутологичная трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (ТГСК), более безопасная по сравнению с аллогенной трансплантацией, является перспективным методом терапии при тяжелых формах аутоиммунных заболеваний (АЗ). Несмотря на достаточно длительную историю применения, вопрос о структурных изменениях системы адаптивного иммунитета в результате аутологичной ТГСК у пациентов с различными типами АЗ остается малоизученным. C помощью массированного секвенирования нами изучены изменения структуры клонального репертуара Т-лимфоцитов периферической крови у взрослых пациентов с анкилозирующим спондилитом (АС) в результате аутологичной ТГСК на протяжении 2 лет восстановительного периода. Применение техники молекулярного баркодирования позволило в существенной степени снизить влияние искажений, возникающих в ходе пробоподготовки, провести сравнительный анализ различных характеристик Т-клеточного репертуара между разными временными точками и отследить динамику отдельных групп клонотипов и субпопуляций Т-лимфоцитов. Клональное разнообразие Т-клеточного репертуара оставалось значительно сниженным по сравнению с исходным в течение первого года восстановительного периода у обоих пациентов, продолжив увеличиваться на протяжении всех 24 мес. наблюдения, и у одного пациента достигло нормального значения для данной возрастной группы. Рост разнообразия связан с появлением большого числа низкопредставленных клонотипов, которые не были выявлены в образцах до трансплантации. Детектируемость клонотипов после ТГСК в значительной степени зависела от их представленности в исходном репертуаре. Практически все из 100 клонотипов, наиболее высокопредставленных до ТГСК, обнаружены в репертуаре 2 года спустя и остались при этом высокопредставленными независимо от принадлежности к CD8+ или CD4+ субпопуляции Т-лимфоцитов. До 25% Т-клеток периферической крови через 2 года после ТГСК были представлены клонотипами первоначального репертуара.

autologous HSCTTCR repertoireNGSankylosing spondylitisанкилозирующий спондилитаутологичная ТГСКрепертуар TCRNGSThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grants Nos. 16-04-01881 and 17-04-01568) and the Scholarship of the President of the Russian Federation awarded to E.A. Komech (No. SP-1264.2016.4).Работа поддержана РФФИ (гранты № 16-04-01881 и 17-04-01568) и стипендией Президента РФ для Е.А. Комеч (№ СП-1264.2016.4).[1] Sieper J., Poddubnyy D. // Nat. Rev. Rheumatol. 2016, V.12, №5, P.282-295[2] Farge D., Arruda L.C.M., Brigant F., Clave E., Douay C., Marjanovic Z., Deligny C., Maki G., Gluckman E., Toubert A. // J. Hematol. Oncol. 2017, V.10, №1, P.21[3] Leone A., Radin M., Almarzooqi A.M., Al-Saleh J., Roccatello D., Sciascia S., Khamashta M. // Autoimmun. Rev. 2017, V.16, №5, P.469-477[4] Muraro P.A., Robins H., Malhotra S., Howell M., Phippard D., Desmarais C., de Paula Alves Sousa A., Griffith L.M., Lim N., Nash R.A. // J. Clin. Inv. 2014, V.124, №3, P.1168-1172[5] Wu Q., Pesenacker A.M., Stansfield A., King D., Barge D., Foster H.E., Abinun M., Wedderburn L.R. // Immunology. 2014, V.142, №2, P.227-236[6] van Heijst J.W.J., Ceberio I., Lipuma L.B., Samilo D.W., Wasilewski G.D., Gonzales A.M.R., Nieves J.L., van den Brink M.R.M., Perales M.A., Pamer E.G. // Nat. Med. 2013, V.19, №3, P.372-377[7] Britanova O.V., Bochkova A.G.., Staroverov D.B., Fedorenko D.A., Bolotin D.A., Mamedov I.Z., Turchaninova M.A., Putintseva E.V., Kotlobay A.A., Lukyanov S.A. // Bone Marrow Transplant. 2012, V.47, P.1479-1481[8] Mamedov I.Z., Britanova O.V., Chkalina A.V., Staroverov D.B., Amosova A.L., Mishin A.S., Kurnikova M.A., Zvyagin I.V., Mutovina Z.Y., Gordeev A.V. // Autoimmunity. 2009, V.42, №6, P.525-536[9] van der Linden S., Valkenburg H.A., Cats A. // Arthritis Rheum. 1984, V.27, №4, P.361-368[10] Zvyagin I.V., Mamedov I.Z., Tatarinova O.V., Komech E.A., Kurnikova E.E., Boyakova E.V., Brilliantova V., Shelikhova L.N., Balashov D.N., Shugay M. // Leukemia. 2017, V.31, №5, P.1145-1153[11] Shugay M., Britanova O. V., Merzlyak E.M., Turchaninova M.A., Mamedov I.Z., Tuganbaev T.R., Bolotin D.A., Staroverov D.B., Putintseva E.V., Plevova K. // Nat. Methods. 2014, V.11, №6, P.653-655[12] Bolotin D.A., Shugay M., Mamedov I.Z., Putintseva E. V., Turchaninova M.A., Zvyagin I. V., Britanova O.V., Chudakov D.M. // Nat. Methods. 2013, V.10, №9, P.813-814[13] Egorov E.S., Merzlyak E.M., Shelenkov A.A., Britanova O.V., Sharonov G.V., Staroverov D.B., Bolotin D.A., Davydov A.N., Barsova E., Lebedev Y.B. // J. Immunol. 2015, V.194, №12, P.6155-6163[14] R Core Team. // R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. 2015[15] Nazarov V.I., Pogorelyy M.V., Komech E.A., Zvyagin I.V., Bolotin D.A., Shugay M., Chudakov D.M., Lebedev Y.B., Mamedov I.Z. // BMC Bioinformatics. 2015, V.16, №1, P.175[16] Hughes J.B., Hellmann J.J., Ricketts T.H., Bohannan B.J. // Appl. Environ. Microbiol. 2001, V.67, №10, P.4399-4406[17] Hou X.L., Wang L., Ding Y.L., Xie Q., Diao H.Y. // Genes Immun. 2016, V.17, №3, P.153-164[18] Kivioja T., Vähärautio A., Karlsson K., Bonke M., Enge M., Linnarsson S., Taipale J. // Nat. Methods. 2011, V.9, №1, P.72-74[19] Mamedov I.Z., Britanova O.V., Zvyagin I. V., Turchaninova M.A., Bolotin D.A., Putintseva E.V., Lebedev Y.B., Chudakov D.M. // Front. Immunol. 2013, V.4, P.456[20] Britanova O.V., Shugay M., Merzlyak E.M., Staroverov D.B., Putintseva E.V., Turchaninova M.A., Mamedov I.Z., Pogorelyy M.V., Bolotin D.A., Izraelson M. // J. Immunol. 2016, V.196, №12, P.5005-5013[21] Britanova O.V., Putintseva E.V., Shugay M., Merzlyak E.M., Turchaninova M.A., Staroverov D.B., Bolotin D.A., Lukyanov S., Bogdanova E.A., Mamedov I.Z. // J. Immunol. 2014, V.192, №6, P.2689-2698[22] Komech E.A., Pogorelyy M.V., Egorov E.S., Britanova O.V., Rebrikov D.V., Bochkova A.G., Shmidt E.I., Shostak N.A., Shugay M., Lukyanov S. // Rheumatology (Oxford). 2018, V.57, №6, P.1097-1104[23] Deodhar A., Yu D. // Semin. Arthritis Rheum. 2017, V.47, №3, P.343-350[24] Mamedov I.Z., Britanova O.V., Bolotin D.A., Chkalina A.V., Staroverov D.B., Zvyagin I. V., Kotlobay A.A., Turchaninova M.A., Fedorenko D.A., Novik A.A. // EMBO Mol. Med. 2011, V.3, №4, P.201-207[25] Swart J.F., Delemarre E.M., van Wijk F., Boelens J.J., Kuball J., van Laar J.M., Wulffraat N.M. // Nat. Rev. Rheumatol. 2017, V.13, №4, P.244-256[26] Kanakry C.G., Ganguly S., Luznik L. // Oncoimmunology. 2015, V.4, №3, e974393[27] van Wijk F., Roord S.T., Vastert B., de Kleer I., Wulffraat N., Prakken B.J. // Autoimmunity. 2008, V.41, №8, P.585-591[28] Grant C.R., Liberal R., Mieli-Vergani G., Vergani D., Longhi M.S. // Autoimmun. Rev. 2015, V.14, №2, P.105-116[29] Delemarre E.M., van den Broek T., Mijnheer G., Meerding J., Wehrens E.J., Olek S., Boes M., van Herwijnen M.J.C., Broere F., van Royen A. // Blood. 2016, V.127, №1, P.91-101