bloodjourГематология и трансфузиологияRussian journal of hematology and transfusiology0234-57302411-3042ООО Издательский дом «Практика»10.35754/0234-5730-2021-66-2-206-217bloodjour-282Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESСеквенирование следующего поколения в HLA-типировании больных с показаниями к трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток и их доноровNext generation sequencing HLA-typing of recipients and donors of allogeneic haematopoietic stem cellshttps://orcid.org/0000-0002-0110-3314ХамагановаЕ. Г.KhamaganovaE. G.

Хамаганова Екатерина Георгиевна, доктор биологических наук, заведующая лабораторией тканевого типирования

125167, Москва

Ekaterina G. Khamaganova, Dr. Sci. (Biol.), Head of the Laboratory of Tissue Typing

125167, Moscow

ekhamag@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2840-0888АбдрахимоваА. Р.AbdrakhimovaA. R.

Абдрахимова Алена Руслановна, научный сотрудник лаборатории тканевого типирования

125167, Москва

Alena R. Abdrakhimova, Researcher, Laboratory of Tissue Typing

125167, Moscow

Alena0693@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1955-4997ЛеоновЕ. А.LeonovE. A.

Леонов Евгений Андреевич, врач клинико-лабораторной диагностики лаборатории тканевого типирования

125167, Москва

Evgeniy A. Leonov, Physician (clinical laboratory diagnostics), Laboratory of Tissue Typing

125167, Moscow

leonov.evgeny.kld@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0967-379XХижинскийС. П.KhizhinskiyS. P.

Хижинский Станислав Павлович, врач клинико-лабораторной диагностики лаборатории тканевого типирования

125167, Москва

Stanislav P. Khizhinskiy, Physician (clinical laboratory diagnostics), Laboratory of Tissue Typing

125167, Moscow

khizhinsky.s@blood.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9684-5045ГапоноваТ. В.GaponovaT. V.

Гапонова Татьяна Владимировна, кандидат медицинских наук, первый заместитель генерального директора, заведующая отделом процессинга клеток крови и криоконсервирования

125167, Москва

Tatiana V. Gaponova, Cand. Sci. (Med.), Deputy Director General, Head of the Department of Blood Cell Processing and Cryoconservation

125167, Moscow

gaponova.tatj@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8188-5557СавченкоВ. Г.SavchenkoV. G.

Савченко Валерий Григорьевич, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, Генеральный директор

125167, Москва

Valery G. Savchenko, Dr. Sci. (Med.), Professor, Full Member of the Russian Academy of Sciences, Director General

125167, Moscow

director@blood.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр гематологии» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияNational Research Center for HematologyRussian Federation202101092021662206217Copyright © Хамаганова Е.Г., Абдрахимова А.Р., Леонов Е.А., Хижинский С.П., Гапонова Т.В., Савченко В.Г., 20212021Хамаганова Е.Г., Абдрахимова А.Р., Леонов Е.А., Хижинский С.П., Гапонова Т.В., Савченко В.Г.Khamaganova E.G., Abdrakhimova A.R., Leonov E.A., Khizhinskiy S.P., Gaponova T.V., Savchenko V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.htjournal.ru/jour/article/view/282Введение

Введение. Выживаемость больных после трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток (аллоТГСК) от неродственного или гаплоидентичного родственного донора повышается, если при HLA-типировании донор и реципиент подобраны с разрешением, позволяющим выявлять различия в некодирующих регионах HLAгенов. Секвенирование следующего поколения (next-generation sequencing — NGS) — метод, позволяющий выявлять замены в некодирующих регионах HLA-генов.

Цель — анализ результатов типирования генов HLA методом NGS.

Материалы и  методы

Материалы и  методы. Методом NGS с  помощью наборов AllType (One Lambda, США) HLA-генотипированы 1056 образцов ДНК больных с показаниями к алло-ТГСК, их родственных доноров и доноров регистра. Параллельно одновременно HLA-типировали 96  образцов ДНК по 8  генам HLA (A/B/C/DRB1/DRB3/DRB4/DRB5/DQB1) с получением результатов в течение одной рабочей недели.

Результаты

Результаты. Для HLA-генов класса I результаты получены на уровне 4-го поля (отдельного HLA-аллеля). Для HLAгенов класса II результаты получены с разрешением на уровне от 2-го до 4-го полей (от высокого до аллельного). Впервые для русской популяции (657  доноров регистра) получены результаты на уровне 4-го  поля по HLAгенам класса I. Установлены наиболее высокочастотные HLA-аллели: для гена HLA-А это А*02:01:01:01 (26,9 %), для HLA-В — B*07:02:01:01 (12,5  %), для HLA-С — C*07:02:01:03 (12,6  %). Среди HLA-генов класса  II наиболее частые варианты: DRB1*07:01:01 (14,1 %), DRB3*02:01:01 (18,0 %), DRB4*01:03:01 (18,9 %), DRB5*01:01:01 (13,5 %), DQB1*03:01P (17,4 %).

Заключение

Заключение. Использование NGS для HLA-типирования позволило получить результаты на уровне аллельного и  высокого разрешения с  минимальным количеством неоднозначностей при параллельном секвенировании большого числа образцов. Внедренный метод выявляет генетические полиморфизмы не только в  экзонах генов HLA, но и в некодирующих областях и может использоваться для типирования больных с показаниями к алло-ТГСК, родственных доноров и неродственных доноров.

Introduction

Introduction. The patient survival after allogeneic haematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT) from an unrelated or related haploidentical donor is improved in a donor–recipient match resolution at the level of non-coding region identity of HLA genes. Next-generation sequencing (NGS) allows detection of point substitutions in HLA non-coding regions.

Aim — assessment of the NGS-based HLA-typing performance.

Materials and methods

Materials and methods. An NGS-based HLA-typing of 1,056 DNA samples from allo-HSCT recipients, their related and registry donors was performed with AllTypekit chemistry (OneLambda, USA). A parallel HLA-typing assay of 96 samples by 8 genes (A/B/C/DRB1/DRB3/DRB4/DRB5/DQB1) was accomplished within one working week.

Results

Results. HLA class I genes were typed at a 4-field (allelic), and HLA class II genes — 2–4-field (high to allelic) resolution. An allelic-resolution typing of HLA class I genes in a Russian population (657 registry donors) was conducted for the first time. The most frequent HLA alleles have been identified: А*02:01:01:01 in HLA-A (26.9 %), B*07:02:01:01 in HLA-B (12.5 %) and C*07:02:01:03 in HLA-C (12.6 %). The most frequent HLA class II variants were DRB1*07:01:01 (14.1 %), DRB3*02:01:01 (18.0 %), DRB4*01:03:01 (18.9  %), DRB5*01:01:01 (13.5  %), DQB1*03:01P (17.4  %).

Conclusion

Conclusion. An NGS-geared HLA-typing has yielded low-ambiguity allelic and high-level resolution results in a parallel sequencing assay with a large number of samples. The method implemented detects genetic polymorphisms also in non-exonic non-coding regions of HLA genes and facilitates typing in candidate HSCT recipients, related and unrelated donors.

HLA-типированиесеквенирование следующего поколенияаллельное разрешениеалло-ТГСКHLA-typingnext generation sequencingallelic resolutionallo-HSCTReferencesHoward C.A., Fernandez-Vina M.A., Appelbaum F.R., et al. Recommendations for donor human leukocyte antigen assessment and matching for allogeneic stem cell transplantation: Consensus opinion of the Blood and Marrow Marrow Transplant Clinical Trials Network (BMT CTN). Biol Blood Transplant. 2015; 21(1): 4–7. DOI: 10.1016/j.bbmt.2014.09.017.Howard C.A., Fernandez-Vina M.A., Appelbaum F.R., et al. Recommendations for donor human leukocyte antigen assessment and matching for allogeneic stem cell transplantation: Consensus opinion of the Blood and Marrow Marrow Transplant Clinical Trials Network (BMT CTN). Biol Blood Transplant. 2015; 21(1): 4–7. DOI: 10.1016/j.bbmt.2014.09.017.Tiercy J.M. How to select the best available related or unrelated donor of hematopoietic stem cells? Haematologica. 2016; 101(6): 680–7. DOI: 10.3324/haematol.2015.141119.Tiercy J.M. How to select the best available related or unrelated donor of hematopoietic stem cells? Haematologica. 2016; 101(6): 680–7. DOI: 10.3324/haematol.2015.141119.Dehn J., Spellman S., Hurley C.K., et al. Selection of unrelated donors and cord blood units for hematopoietic cell transplantation: Guidelines from the NMDP/ CIBMTR. Blood. 2019; 134(12): 924–34. DOI: 10.1182/blood.2019001212.Dehn J., Spellman S., Hurley C.K., et al. Selection of unrelated donors and cord blood units for hematopoietic cell transplantation: Guidelines from the NMDP/ CIBMTR. Blood. 2019; 134(12): 924–34. DOI: 10.1182/blood.2019001212.Standards for Histocompatibility and Immunogenetics Testing – Version 8.0: https://efi -web.org/committees/standards-committee.Standards for Histocompatibility and Immunogenetics Testing – Version 8.0: https://efi-web.org/committees/standards-committee.Marsh S.G., Albert E.D., Bodmer W.F., et al. Nomenclature for factors of the HLA system 2010. Tissue Antigens. 2010; 75(4): 291–455. DOI: 10.1111/j.1399-0039.2010.01466.x.Marsh S.G., Albert E.D., Bodmer W.F., et al. Nomenclature for factors of the HLA system 2010. Tissue Antigens. 2010; 75(4): 291–455. DOI: 10.1111/j.1399-0039.2010.01466.x.Mayor N.P., Hayhurst J.D., Turner T.R., et al. Recipients receiving better HLAmatched hematopoietic cell transplantation grafts, uncovered by a novel HLA typing method, have superior survival: A retrospective study. Biol Blood Marrow Transplant. 2019; 25(1): 443–50. DOI: 10.1016/j.bbmt.2018.12.768.Mayor N.P., Hayhurst J.D., Turner T.R., et al. Recipients receiving better HLAmatched hematopoietic cell transplantation grafts, uncovered by a novel HLA typing method, have superior survival: A retrospective study. Biol Blood Marrow Transplant. 2019; 25(1): 443–50. DOI: 10.1016/j.bbmt.2018.12.768.Vazirabad I., Chhabra S., Nytes J., et al. Direct HLA genetic comparisons identify highly matched unrelated donor-recipient pairs with improved transplantation outcome. Biol Blood Marrow Transplant. 2019; 25(1): 921–31. DOI: 10.1016/j.bbmt.2018.12.006.Vazirabad I., Chhabra S., Nytes J., et al. Direct HLA genetic comparisons identify highly matched unrelated donor-recipient pairs with improved transplantation outcome. Biol Blood Marrow Transplant. 2019; 25(1): 921–31. DOI: 10.1016/j.bbmt.2018.12.006.Petersdorf E.W., Malkki M., Gooley T.A., et al. MHC haplotype matching for unrelated hematopoietic cell transplantation. PLoS Med. 2007; 4(1): e8. DOI: 10.1371/journal.pmed.0040008.Petersdorf E.W., Malkki M., Gooley T.A., et al. MHC haplotype matching for unrelated hematopoietic cell transplantation. PLoS Med. 2007; 4(1): e8. DOI: 10.1371/journal.pmed.0040008.Morishima S., Ogawa S., Matsubara A., et al. Impact of highly conserved HLA haplotype on acute graft-versus-host disease. Blood. 2010; 115(23): 4664–70. DOI: 10.1182/blood-2009-10-251157.Morishima S., Ogawa S., Matsubara A., et al. Impact of highly conserved HLA haplotype on acute graft-versus-host disease. Blood. 2010; 115(23): 4664–70. DOI: 10.1182/blood-2009-10-251157.Joris M.M., Lankester A.C., von dem Borne P.A., et al. The impact of frequent HLA haplotypes in high linkage disequilibrium on donor search and clinical outcome after unrelated haematopoietic SCT. Bone Marrow Transplant. 2013; 48(4): 483–90. DOI: 10.1038/bmt.2012.189.Joris M.M., Lankester A.C., von dem Borne P.A., et al. The impact of frequent HLA haplotypes in high linkage disequilibrium on donor search and clinical outcome after unrelated haematopoietic SCT. Bone Marrow Transplant. 2013; 48(4): 483–90. DOI: 10.1038/bmt.2012.189.Petersdorf E.W., Malkki M., Horowitz M.M., et al. Mapping MHC haplotype effects in unrelated donor hematopoietic cell transplantation. Blood. 2013; 121(10): 1896–1905. DOI: 10.1182/blood-2012-11-465161.Petersdorf E.W., Malkki M., Horowitz M.M., et al. Mapping MHC haplotype effects in unrelated donor hematopoietic cell transplantation. Blood. 2013; 121(10): 1896–1905. DOI: 10.1182/blood-2012-11-465161.IPD-IMGT/HLA. https://www.ebi.ac.uk/ipd/imgt/hla/.IPD-IMGT/HLA. https://www.ebi.ac.uk/ipd/imgt/hla/.Алянский А.Л., Макаренко О.А., Иванова Н.Е. и др. Развитие регистра неродственных доноров костного мозга в Российской Федерации: опыт НИИ детской онкологии, гематологии и трансплантологии им. Р.М. Горбачевой. Российский журнал детской гематологии и онкологии. 2016; 3(2): 68–74. DOI: 10.17650/2311-1267-2016-3-2-68-74.Alyanskiy A.L., Makarenko O.A., Ivanova N.E., et al. Development of bone marrow donor registry in Russian Federation: an experience of Raisa Gorbacheva Memorial Research Institute for Pediatric Oncology, Hematology and Transplantation. Rossiyskiy Zhurnal detskoy gematologii i onkologii. 2016; 3(2):68–74. DOI: 10.17650/2311-1267-2016-3-2-68-74 (In Russian).Excoffier L., Lischer H.E. Arlequin suite ver 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Mol Ecol Resour. 2010; 10(3): 564–7. DOI: 10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x.Excoffier L., Lischer H.E. Arlequin suite ver 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Mol Ecol Resour. 2010; 10(3): 564–7. DOI: 10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x.Sanches-Mazas A., Nunes J.M., Middleton D., et al. Common and well-documented HLA alleles over all of Europe and within European sub-regions: A catalogue from the European Federation for Immunogenetics. HLA. 2017; 89(2): 104– 13. DOI: 10.1111/tan.1295.Sanches-Mazas A., Nunes J.M., Middleton D., et al. Common and well-documented HLA alleles over all of Europe and within European sub-regions: A catalogue from the European Federation for Immunogenetics. HLA. 2017; 89(2): 104– 13. DOI: 10.1111/tan.1295.Lee S.J., Klein J., Haagenson M., et al. High resolution donor-recipient HLA matching contributes to the success of unrelated donor marrow transplantation. Blood. 2007; 110(13): 4576–83. DOI: 10.1182/blood-2007-06-097386.Lee S.J., Klein J., Haagenson M., et al. High resolution donor-recipient HLA matching contributes to the success of unrelated donor marrow transplantation. Blood. 2007; 110(13): 4576–83. DOI: 10.1182/blood-2007-06-097386.Fernandez-Vina M.A., Klein J.P., Haagenson M., et al. Multiple mismatches at the low expression HLA loci DP, DQ, and DRB3/4/5 associate with adverse outcomes in hematopoietic stem cell transplantation. Blood. 2013; 121(22): 4603–10. DOI: 10.1182/blood-2013-02-481945.Fernandez-Vina M.A., Klein J.P., Haagenson M., et al. Multiple mismatches at the low expression HLA loci DP, DQ, and DRB3/4/5 associate with adverse outcomes in hematopoietic stem cell transplantation. Blood. 2013; 121(22): 4603–10. DOI: 10.1182/blood-2013-02-481945.Хамаганова Е.Г., Кузьминова Е.П., Чапова Р.С. и др. HLA-A*/B*C*/DRB1*/ DQB1*-гены и гаплотипы у доноров костного мозга регистра ФГБУ ГНЦ МЗ РФ, самоопределившихся как русские. Гематология и трансфузиология. 2017; 62(2): 65–70. DOI: 10.18821/0234-5730-2017-62-2-65-70.Khamaganova E.G., Kuzminova E.P., Chapova R.S., et al. HLA-A*/B*C*/DRB1*/ DQB1* genes and haplotypes in bone marrow donors self-identifi ed as Russian in the registry at National Research Center for Hematology. Gematologiya I Transfusiologiya. 2017; 62(2): 65–70. DOI: 10.18821/0234-5730-2017-62-2-65-70 (In Russian).Hurley C.K., Ng J. Continue to focus clinical decision-making on the antigen recognition domain for the present. Hum Immunol. 2019; 80(1): 79–84. DOI: 10.1016/j.humimm.2018.04.010.Hurley C.K., Ng J. Continue to focus clinical decision-making on the antigen recognition domain for the present. Hum Immunol. 2019; 80(1): 79–84. DOI: 10.1016/j.humimm.2018.04.010.Petersdorf E.W., O’hUigin C. The MHC in the era of next-generation sequencing: Implications for bridging structure with function. Hum Immunol. 2019; 80(1): 67–78. DOI: 10.1016/j.humimm.2018.10.002.Petersdorf E.W., O’hUigin C. The MHC in the era of next-generation sequencing: Implications for bridging structure with function. Hum Immunol. 2019; 80(1): 67–78. DOI: 10.1016/j.humimm.2018.10.002.Monos D. Perspective: HLA functional elements outside the antigen recognition domains. Hum Immunol. 2019; 80(1): 1–4. DOI: 10.1016/j.humimm.2018.11.005.Monos D. Perspective: HLA functional elements outside the antigen recognition domains. Hum Immunol. 2019; 80(1): 1–4. DOI: 10.1016/j.humimm.2018.11.005.Osoegawa K., Mallempati K.C., Gangavarapu S., et al. HLA alleles and haplotypes observed in 263 US families. Hum Immunol. 2019; 80(9): 644–60. DOI: 10.1016/j.humimm.2019.05.018.Osoegawa K., Mallempati K.C., Gangavarapu S., et al. HLA alleles and haplotypes observed in 263 US families. Hum Immunol. 2019; 80(9): 644–60. DOI: 10.1016/j.humimm.2019.05.018.Creary L.E., Gangavarapu S., Mallempati K.C. Next-generation sequencing reveals new information about HLA allele and haplotype diversity in a large European American population. Hum Immunol. 2019; 80(10): 807–22. DOI: 10.1016/j.humimm.2019.07.275.Creary L.E., Gangavarapu S., Mallempati K.C. Next-generation sequencing reveals new information about HLA allele and haplotype diversity in a large European American population. Hum Immunol. 2019; 80(10): 807–22. DOI: 10.1016/j.humimm.2019.07.275.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.