Clinical and molecular characterization of Factor I and C5 complement deficiencies: from diagnosis to population studies

Abstract

El Sistema de Complemento es una parte de la respuesta inmune humoral que, entre otras funciones, se encarga de la defensa frente a patógenos y eliminación de inmunocomplejos. Está compuesto por más de treinta proteínas solubles y unidas a membrana, que se activan en forma de cascada proteolítica para poder ejercer su función. Los defectos congénitos en proteinas del sistema de complemento incrementan la susceptibilidad a infecciones por patógenos encapsulados y aumentan el riesgo de recurrencia de infecciones por bacterias del género Neisseria meningitidis. A pesar de considerarse enfermedades raras, la hipótesis del trabajo es que se están infradiagnosticando por la falta de conocimiento y de técnicas de laboratorio para el estudio de esta parte del sistema inmune. Además, consideramos que un diagnóstico temprano de este tipo de defectos permite adoptar medidas terapéuticas preventivas que mejoran la calidad de vida de los pacientes. En este trabajo de tesis se implementan 10 nuevas técnicas para el estudio del sistema de complemento en la rutina asistencial del Servicio de Inmunología del Hospital Universitario Vall d’Hebron. Este hecho ha permitido el diagnóstico y caracterización molecular de nueve casos de defectos de complemento (tres familias con defectos de C5 y tres familias con defectos de Factor I). Dos de los casos diagnosticados fueron en recién nacidos, hermanos de pacientes índice. Este hecho permitió la vacunación temprana y la indicación de profilaxis antibiótica para evitar futuras infecciones. Debido a la variabilidad geográfica descrita en la frecuencia de los defectos en moléculas de la vía terminal del complemento (C5-C9), estudiamos la presencia de alelos que presentaran la mutación p.A252T en 2710 muestras de poblaciones representativas de las diferentes regiones continentales. De acuerdo con nuestra hipótesis, observamos que existe una sobrerrepresentación de esta mutación en paises de África Sub-sahariana, coincidiendo en parte, con los paises englobados en el cinturón de la meningitis africano. Por contra, también identificamos dos muestras que eran portadoras del alelo mutado en regiones fuera de África (Israel y Pakistán). De cara a responder la pregunta de si es necesario estudiar el sistema de complemento en los casos de enfermedad meningocócica invasiva, en esta tesis recogemos un nuevo algoritmo en el que se suman a la presencia de recurrencias, el hecho de que haya consanguineidad, que la infección venga determinada por un serotipo poco frecuente o que el paciente sea originario de África o de Oriente Medio.

The Complement System is a part of the humoral immune response that, among other functions, is responsible for the defense against pathogens and elimination of immune complexes. It is composed of more than thirty soluble and membrane-bound proteins, which are activated as a proteolytic cascade to be able to exert their function. Congenital defects in complement proteins increase susceptibility to infections by encapsulated pathogens and increase the risk of recurrence of infections by bacteria of the genus Neisseria meningitidis. Despite being considered rare diseases, the hypothesis of the work is that they are underdiagnosed by the lack of awareness and laboratory techniques for the study of this part of the immune system. In addition, we consider that an early diagnosis of this type of defects allows adopting preventive therapeutic measures that improve the quality of life of patients. In this work, 10 new techniques are implemented for the study of the complement system in the routine of the Immunology Department of the Hospital Universitario Vall d'Hebron. This fact allowed the diagnosis and molecular characterization of nine cases of complement defects (three families with defects of C5 and three families with defects of Factor I). Two of the diagnosed cases were in newborns, siblings of index patients. This fact allowed the early vaccination and the indication of antibiotic prophylaxis to avoid future infections. Due to the geographic variability described in the frequency of defects in molecules of the complement (C5-C9) terminal pathway, we studied the presence of alleles that presented the p.A252T mutation in 2710 samples from representative populations of the different continental regions. According to our hypothesis, we observe that there is an over-representation of this mutation in countries of Sub-Saharan Africa, coinciding in part with the countries included in the African meningitis belt. In contrast, we also identified two samples that were carriers of the mutated allele in regions outside of Africa (Israel and Pakistan). In order to answer the question of whether it is necessary to study the complement system in the cases of invasive meningococcal disease, in this thesis we present a new algorithm in which they are added to the presence of recurrences, the fact that there is consanguinity, that Infection is determined by a rare serotype or the patient is from Africa or the Middle East.