DiGeorge syndrome (DGS) is caused by a deletion in hemizygosis of 22q11.2 locus responsible for embryogenesis defects causing alterations of thymus and parathyroid glands, cardiac defects and abnormal facial features. In most patients, the immune defect is basically in T cell subset although abnormalities such as dysgammaglobulinemia, IgA and memory B cells deficiency have been also reported. On the basis of the immunologic findings, DGS patients are divided in complete DGS (cDGS), a rare form of severe combined immune deficiency (0.5-1%), and partial DGS (pDGS) presenting mild/moderate T cell lymphopenia. Clinically, these patients display a wide spectrum of infections together with a dysregulation of immune system as atopic and autoimmune manifestations. T cell levels, although reduced, are not predictive of the risk to develop infections or autoimmunity. The alterations of the T cell receptor (TCR) repertoire distribution and impaired thymic output in pDGS have been variably associated to a higher risk of infections or autoimmunity. In order to better define some aspects of the pathogenesis and immunological features we studied the kinetic of immune reconstitution in a cohort of pDGS patients and in patients affected by other primary immunodeficiencies not directly affecting T-cell compartments (as Chronic Granulomatous Disease patients) through peripheral blood mononuclear cells (PBMC) analysis of: 1. Phenotype and immunologic functions through standard techniques. 2. TCR repertoire distribution of T CD4+ and T CD8+ subsets (TCRVB spectratyping). 3. Immunophenotypic B-cell maturation. 4. Frequency of T regulatory cells. The correlation between the in vitro immunological profile and the clinical features might help to clarify some aspects of the pathogenesis of the immunological defects, in order to identify possible prognostic markers of increased risk of susceptibility to infections or of development of autoimmunity. Results and Discussion: pDGS patients exhibited decreased T-cell numbers, although no correlation was found between low T-cell values and recurrent infections. Total B-cell numbers in pDGS and CGD patients were normal, although a significantly decreased proportion of memory B cells was observed. No difference in natural T regulatory cells frequency was evident when compared with healthy controls in any groups. A statistical reduced lymphoproliferative response to stimuli (PHA, OKT3 and PWM) in all patients was observed. TCRBV family distribution resulted perturbed, with higher degree in CD8+ T-cell subset in both CGD and pDGS patients. Particularly, TCRBV family alterations in pDGS patients showed a trend of normalization in T cell repertoire distribution (both CD4+ and CD8+ T-cell), as observed in CMV congenital infected patients. Recurrent infections correlated with a high frequency of TCRBV family alterations in pDGS but not in CGD patients. Although low T-cell values were not predictive of recurrent infections in DiGeorge syndrome, higher TCRBV family alterations, as well as humoral immunodeficiency and reduced CD27+ B cell memory frequency, were associated to an increased risk of infections in these patients. Interestingly analysis of CGD patients showed significative alterations in both T and B cells compartments, suggesting that quantitative and qualitative alterations found, might contribute to the heterogeneity in the clinical phenotype. Further studies are needed to elucidate how NADPH oxidase system is involved in CGD patients immune alterations. In conclusion, our analysis on PID patients with well known defective cell compartments revealed that other subsets were also involved, therefore some parameters such as TCRBV family distribution and B-cell maturation could be used as further prognostic markers for follow-up and specific treatment.

La sindrome di DiGeorge (DGS) è causata da una delezione in emizigosi del locus 22q11.2 responsabile di difetti embriogenetici che determinano l’alterazione del timo e delle ghiandole paratiroidee, difetti cardiaci e anomalie facciali caratteristiche. In molti pazienti affetti da questa sindrome, il difetto immunitario è principalmente del compartimento T, sebbene siano state riportate anche anomalie quali disgammaglobulinemia, deficit di IgA e di cellule B della memoria. Sulla base dei dati immunologici, i pazienti DGS sono classificati in DGS completi (cDGS) e DGS parziali (pDGS): i cDGS corrispondono ad una rara forma di immunodeficienza grave combinata (0,5-1%), mentre i pDGS presentano una forma variabile di linfopenia T (da leggera a moderata). Dal punto di vista clinico, questi pazienti mostrano un ampio spettro d’infezioni insieme ad una disregolazione del sistema immunitario con manifestazioni atopiche e autoimmunitarie. I livelli cellulari T, sebbene ridotti, non sono predittivi del rischio di infezioni o autoimmunità. Le alterazioni della distribuzione del repertorio del recettore delle cellule T (TCR) e il ridotto apporto timico nei pazienti pDGS è stato variabilmente associato ad un maggior rischio di infezioni o autoimmunità. Per meglio definire alcuni aspetti della patogenesi e delle caratteristiche immunologiche, abbiamo studiato la cinetica della ricostituzione immunologica in una coorte di pazienti pDGS e in pazienti affetti da altre immunodeficienze primitive non direttamente riconducibili ad alterazioni del compartimento di cellule T (come pazienti con Malattia Granulomatosa Cronica - CGD). A tal fine sono state analizzate le cellule mononucleate del sangue periferico valutando: 1. Il fenotipo e le funzioni immunologiche tramite tecniche convenzionali. 2. La distribuzione del repertorio del TCR dei compartimenti cellulari T CD4+ e T CD8+ (TCRBV spectratyping). 3. L’immunofenotipo di maturazione delle cellule B. 4. La frequenza delle cellule nTreg. La correlazione tra il profilo immunologico in vitro e le caratteristiche cliniche può aiutare a chiarire alcuni aspetti della patogenesi e del difetto immunologico, al fine di identificare dei possibili indicatori di suscettibilità verso le infezioni o verso lo sviluppo di autoimmunità. Risultati e Discussione: I pazienti pDGS mostravano un ridotto numero di cellule T, sebbene non sia stata trovata una correlazione tra i bassi valori di cellule T e le infezioni ricorrenti. Il numero totale di cellule B nei pazienti pDGS e CGD era normale, sebbene sia stato osservato un significativo decremento di cellule B della memoria. La frequenza delle cellule T regolatorie naturali dei pazienti non mostrava differenze se confrontata con i valori dei controlli sani di pari età. La risposta linfoproliferativa verso ogni stimolo era statisticamente diminuita in tutti i pazienti. La distribuzione delle famiglie dei TCRBV è risultata perturbata, con maggiore rilevanza nelle cellule T CD8+ sia nei pazienti pDGS che in quelli CGD. In particolare, l’alterazione delle famiglie TCRBV ha mostrato una tendenza di normalizzazione nella distribuzione del repertorio delle cellule T (sia CD4+ che CD8+), come osservato anche in pazienti infetti da CMV. Le infezioni ricorrenti correlavano con una maggiore frequenza di alterazioni delle famiglie TCRBV nei pazienti pDGS ma non nei pazienti CGD. Sebbene nella sindrome DiGeorge i bassi valori di cellule T non siano predittivi delle infezioni, le maggiori alterazioni delle famiglie TCRBV, così come l’immunodeficienza umorale e la ridotta frequenza di cellule B della memoria CD27+, risultavano essere associati a un maggiore rischio di infezioni in questi pazienti. L’analisi dei pazienti CGD ha mostrato delle alterazioni significative sia nel compartimento cellulare T che in quello B, suggerendo che le alterazioni quantitative e qualitative trovate, possono contribuire alla eterogeneità del fenotipo clinico. Ulteriori studi sono necessari per delucidare come il sistema della NADPH ossidasi è coinvolto nell’alterazione immunologica dei pazienti CGD. In conclusione, le nostre analisi nelle PID hanno rilevato che altri compartimenti cellulari, oltre a quelli noti, possono essere coinvolti in queste malattie. Pertanto alcuni parametri come la distribuzione delle famiglie del TCRBV e la valutazione della maturazione delle cellule B dovrebbero essere usati come indicatori prognostici del rischio d’infezioni nel corso del follow-up per intraprendere eventuali terapie specifiche.

Casciano, F. (2010). Aspetti immunologici di pazienti pediatrici con immunodeficienze primitive.

Aspetti immunologici di pazienti pediatrici con immunodeficienze primitive

CASCIANO, FABIO
2010-06-14

Abstract

DiGeorge syndrome (DGS) is caused by a deletion in hemizygosis of 22q11.2 locus responsible for embryogenesis defects causing alterations of thymus and parathyroid glands, cardiac defects and abnormal facial features. In most patients, the immune defect is basically in T cell subset although abnormalities such as dysgammaglobulinemia, IgA and memory B cells deficiency have been also reported. On the basis of the immunologic findings, DGS patients are divided in complete DGS (cDGS), a rare form of severe combined immune deficiency (0.5-1%), and partial DGS (pDGS) presenting mild/moderate T cell lymphopenia. Clinically, these patients display a wide spectrum of infections together with a dysregulation of immune system as atopic and autoimmune manifestations. T cell levels, although reduced, are not predictive of the risk to develop infections or autoimmunity. The alterations of the T cell receptor (TCR) repertoire distribution and impaired thymic output in pDGS have been variably associated to a higher risk of infections or autoimmunity. In order to better define some aspects of the pathogenesis and immunological features we studied the kinetic of immune reconstitution in a cohort of pDGS patients and in patients affected by other primary immunodeficiencies not directly affecting T-cell compartments (as Chronic Granulomatous Disease patients) through peripheral blood mononuclear cells (PBMC) analysis of: 1. Phenotype and immunologic functions through standard techniques. 2. TCR repertoire distribution of T CD4+ and T CD8+ subsets (TCRVB spectratyping). 3. Immunophenotypic B-cell maturation. 4. Frequency of T regulatory cells. The correlation between the in vitro immunological profile and the clinical features might help to clarify some aspects of the pathogenesis of the immunological defects, in order to identify possible prognostic markers of increased risk of susceptibility to infections or of development of autoimmunity. Results and Discussion: pDGS patients exhibited decreased T-cell numbers, although no correlation was found between low T-cell values and recurrent infections. Total B-cell numbers in pDGS and CGD patients were normal, although a significantly decreased proportion of memory B cells was observed. No difference in natural T regulatory cells frequency was evident when compared with healthy controls in any groups. A statistical reduced lymphoproliferative response to stimuli (PHA, OKT3 and PWM) in all patients was observed. TCRBV family distribution resulted perturbed, with higher degree in CD8+ T-cell subset in both CGD and pDGS patients. Particularly, TCRBV family alterations in pDGS patients showed a trend of normalization in T cell repertoire distribution (both CD4+ and CD8+ T-cell), as observed in CMV congenital infected patients. Recurrent infections correlated with a high frequency of TCRBV family alterations in pDGS but not in CGD patients. Although low T-cell values were not predictive of recurrent infections in DiGeorge syndrome, higher TCRBV family alterations, as well as humoral immunodeficiency and reduced CD27+ B cell memory frequency, were associated to an increased risk of infections in these patients. Interestingly analysis of CGD patients showed significative alterations in both T and B cells compartments, suggesting that quantitative and qualitative alterations found, might contribute to the heterogeneity in the clinical phenotype. Further studies are needed to elucidate how NADPH oxidase system is involved in CGD patients immune alterations. In conclusion, our analysis on PID patients with well known defective cell compartments revealed that other subsets were also involved, therefore some parameters such as TCRBV family distribution and B-cell maturation could be used as further prognostic markers for follow-up and specific treatment.
14-giu-2010
A.A. 2009/2010
Immunologia e biotecnologie applicate
22.
La sindrome di DiGeorge (DGS) è causata da una delezione in emizigosi del locus 22q11.2 responsabile di difetti embriogenetici che determinano l’alterazione del timo e delle ghiandole paratiroidee, difetti cardiaci e anomalie facciali caratteristiche. In molti pazienti affetti da questa sindrome, il difetto immunitario è principalmente del compartimento T, sebbene siano state riportate anche anomalie quali disgammaglobulinemia, deficit di IgA e di cellule B della memoria. Sulla base dei dati immunologici, i pazienti DGS sono classificati in DGS completi (cDGS) e DGS parziali (pDGS): i cDGS corrispondono ad una rara forma di immunodeficienza grave combinata (0,5-1%), mentre i pDGS presentano una forma variabile di linfopenia T (da leggera a moderata). Dal punto di vista clinico, questi pazienti mostrano un ampio spettro d’infezioni insieme ad una disregolazione del sistema immunitario con manifestazioni atopiche e autoimmunitarie. I livelli cellulari T, sebbene ridotti, non sono predittivi del rischio di infezioni o autoimmunità. Le alterazioni della distribuzione del repertorio del recettore delle cellule T (TCR) e il ridotto apporto timico nei pazienti pDGS è stato variabilmente associato ad un maggior rischio di infezioni o autoimmunità. Per meglio definire alcuni aspetti della patogenesi e delle caratteristiche immunologiche, abbiamo studiato la cinetica della ricostituzione immunologica in una coorte di pazienti pDGS e in pazienti affetti da altre immunodeficienze primitive non direttamente riconducibili ad alterazioni del compartimento di cellule T (come pazienti con Malattia Granulomatosa Cronica - CGD). A tal fine sono state analizzate le cellule mononucleate del sangue periferico valutando: 1. Il fenotipo e le funzioni immunologiche tramite tecniche convenzionali. 2. La distribuzione del repertorio del TCR dei compartimenti cellulari T CD4+ e T CD8+ (TCRBV spectratyping). 3. L’immunofenotipo di maturazione delle cellule B. 4. La frequenza delle cellule nTreg. La correlazione tra il profilo immunologico in vitro e le caratteristiche cliniche può aiutare a chiarire alcuni aspetti della patogenesi e del difetto immunologico, al fine di identificare dei possibili indicatori di suscettibilità verso le infezioni o verso lo sviluppo di autoimmunità. Risultati e Discussione: I pazienti pDGS mostravano un ridotto numero di cellule T, sebbene non sia stata trovata una correlazione tra i bassi valori di cellule T e le infezioni ricorrenti. Il numero totale di cellule B nei pazienti pDGS e CGD era normale, sebbene sia stato osservato un significativo decremento di cellule B della memoria. La frequenza delle cellule T regolatorie naturali dei pazienti non mostrava differenze se confrontata con i valori dei controlli sani di pari età. La risposta linfoproliferativa verso ogni stimolo era statisticamente diminuita in tutti i pazienti. La distribuzione delle famiglie dei TCRBV è risultata perturbata, con maggiore rilevanza nelle cellule T CD8+ sia nei pazienti pDGS che in quelli CGD. In particolare, l’alterazione delle famiglie TCRBV ha mostrato una tendenza di normalizzazione nella distribuzione del repertorio delle cellule T (sia CD4+ che CD8+), come osservato anche in pazienti infetti da CMV. Le infezioni ricorrenti correlavano con una maggiore frequenza di alterazioni delle famiglie TCRBV nei pazienti pDGS ma non nei pazienti CGD. Sebbene nella sindrome DiGeorge i bassi valori di cellule T non siano predittivi delle infezioni, le maggiori alterazioni delle famiglie TCRBV, così come l’immunodeficienza umorale e la ridotta frequenza di cellule B della memoria CD27+, risultavano essere associati a un maggiore rischio di infezioni in questi pazienti. L’analisi dei pazienti CGD ha mostrato delle alterazioni significative sia nel compartimento cellulare T che in quello B, suggerendo che le alterazioni quantitative e qualitative trovate, possono contribuire alla eterogeneità del fenotipo clinico. Ulteriori studi sono necessari per delucidare come il sistema della NADPH ossidasi è coinvolto nell’alterazione immunologica dei pazienti CGD. In conclusione, le nostre analisi nelle PID hanno rilevato che altri compartimenti cellulari, oltre a quelli noti, possono essere coinvolti in queste malattie. Pertanto alcuni parametri come la distribuzione delle famiglie del TCRBV e la valutazione della maturazione delle cellule B dovrebbero essere usati come indicatori prognostici del rischio d’infezioni nel corso del follow-up per intraprendere eventuali terapie specifiche.
spectratyping
immunodeficienza primitiva (PID); malattia granulomatosa cronica; recettore delle cellule T; ricostituzione immunologica; Sindrome di DiGeorge
Settore MED/38 - PEDIATRIA GENERALE E SPECIALISTICA
English
Tesi di dottorato
Casciano, F. (2010). Aspetti immunologici di pazienti pediatrici con immunodeficienze primitive.
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