Autoantibodies in PLA2R1-associated membranous nephropathy : epitopes, immunodominance and clinical implication

Description

Membranous Nephropathy (MN) is a rare (1.2/100,000 new cases per year) but severe autoimmune kidney disease. It is also a common cause of nephrotic syndrome in adults. The clinical outcome of patients is complex and variable, going from spontaneous remission to end-stage renal disease (ESRD), with persistent high levels of proteinuria. Despite international KDIGO recommendations, MN treatment remains highly controversial and challenging. Better biomarkers are needed to identify patients at risk of severe disease, orient treatment decision and predict response to therapy.From the pathophysiological point of view, MN is characterized by the formation of immune complex deposits at the glomerular basement membrane leading to podocyte injury and proteinuria. A major breakthrough was the identification of the phospholipase A2 receptor 1 (PLA2R1) as the main autoantigen of MN for about 70% of the patients, followed by the identification of thrombospondin–type 1 domain containing 7A (THSD7A) as a second autoantigen in another group of 2-5% of patients. These discoveries not only gave a new molecular basis to better understand MN pathogenesis but also rapidly provided clinical assays to diagnose MN and monitor disease activity. Anti–PLA2R1 titers correlate with disease activity and have a prognostic value. Another major discovery was the identification of three distinct epitope-containing domains in PLA2R1-associated MN: CysR, CTLD1 and CTLD7. The severity of the disease and poor clinical outcome were found to be associated with multiple autoantibodies targeting these domains. These antibodies are likely produced by a mechanism of epitope spreading.PLA2R1 is a 180 kDa glycosylated transmembrane receptor with a large extracellular region comprising 10 distinct domains: a cysteine-rich domain (CysR), a fibronectin type II domain (FnII) and eight different C-type lectin-like domains (CTLDs). PLA2R1 binds sPLA2 and inhibits their enzymatic activity, thereby playing a role in immune and inflammatory conditions. PLA2R1 may also act as a tumor suppressor in cancer. However, its biological function in podocytes is largely unknown.The major aim of my thesis was to characterize the full set of PLA2R1 epitopes, and analyze their clinical relevance, in particular as predictors of clinical outcome and response to treatment. Using different molecular and cellular biology techniques, we have demonstrated that patients' autoantibodies can recognize multiple epitopes in up to 5 of the 10 PLA2R1 domains. Further screening of a cohort of 142 PLA2R1-associated MN patients by ELISA, with each of the 10 individual domains of PLA2R1 indicated different prevalence towards each domain. In this cohort, anti-PLA2R1 titer and epitope positivity appear as relevant biomarkers to predict clinical outcome and response to treatment. We also identified the CysR and CTLD1 domains as two alternative immunodominant epitope-domains, suggesting that the driving force of the autoimmune response may progress towards two different pathways. Of potential clinical interest, patients with a CysR versus CTLD1 immunodominance had different response to treatment and clinical outcome. Together, this work provides a better understanding of the trajectory of the PLA2R1 autoimmune response within the pathogenesis of PLA2R1–associated MN, and might contribute to the development of specific diagnosis tests towards more personalized medicine.

Abstract (French)

La glomérulonéphrite extra-membraneuse (GEM) est une maladie auto-immune rénale rare (1,2/100.000 nouveaux cas par an), mais grave. C'est la principale cause de syndrome néphrotique chez l'adulte. L'évolution clinique des patients est variable, de la rémission spontanée à l'insuffisance rénale terminale. Malgré les recommandations internationales (KDIGO), le traitement de la GEM reste controversé et difficile. De meilleurs biomarqueurs sont nécessaires pour identifier les patients à risque de développer une maladie sévère, orienter le traitement et prédire sa réponse.D'un point de vue physiopathologique, la GEM est caractérisée par la formation de dépôts immuns le long la membrane basale glomérulaire, associés à des lésions podocytaires et une forte protéinurie. La double identification du récepteur des phospholipases A2 sécrétées (PLA2R1) comme l'auto-antigène majeur de la GEM pour environ 70% des patients puis de la thrombospondine 7A contenant des domaines de type 1 (THSD7A) comme second autoantigène pour un autre groupe de 2 à 5% des patients est considérée comme une avancée majeure. Ces découvertes ont non seulement apporté une nouvelle base moléculaire pour mieux comprendre la pathogenèse de la GEM, mais ont aussi rapidement fourni des essais cliniques pour mieux diagnostiquer et suivre la maladie. Des titres élevés d'anticorps anti-PLA2R1 sont associés à la gravité de la maladie et sont de mauvais pronostic.PLA2R1 est un récepteur membranaire glycosylé de 180 kDa comprenant 10 domaines extracellulaires dont un domaine riche en cystéine (CysR), un domaine fibronectine de type II (FnII) et huit domaines lectine de type C (CTLD). PLA2R1 lie et inhibe l'activité enzymatique des sPLA2 et joue un rôle dans différentes conditions inflammatoires. PLA2R1 pourrait également agir comme suppresseur de tumeurs. Cependant, sa fonction dans les podocytes reste inconnue. Plusieurs types d'autoanticorps ciblant trois domaines distincts de PLA2R1 (CysR, CTLD1 et CTLD7) ont été identifiés. Ces anticorps sont probablement produits par un mécanisme d'étalement épitopique et leur présence simultanée est associée à la gravité de la maladie et à un mauvais prognostic.L'objectif principal de cette thèse était de caractériser l'ensemble des épitopes PLA2R1 et d'évaluer leur pertinence clinique, en particulier comme prédicteurs d'évolution de la maladie et de la réponse au traitement. En utilisant différents outils de biologie moléculaire et cellulaire, nous avons montré que les autoanticorps de patients peuvent reconnaître jusqu'à 5 des 10 domaines PLA2R1. Le criblage par ELISA d'une cohorte de 142 patients ayant une GEM associée à PLA2R1 pour leur réactivité contre chacun des 10 domaines de PLA2R1 révèle différentes prévalences. Le titre des anticorps et la positivité pour certains épitopes apparaissent comme des biomarqueurs pertinents pour prédire le devenir des patients et la réponse au traitement. Nous avons également identifié les domaines CysR et CTLD1 comme deux épitopes immunodominants alternatifs, suggérant que la réponse autoimmune peut progresser de deux façons différentes. D'un intérêt clinique potentiel, les patients présentant une immunodominance CysR semblent avoir une évolution clinique plus favorable et une meilleure réponse au traitement que les patients présentant une immunodominance CTLD1. En conclusion, ces travaux permettent de mieux comprendre comment se développe la réponse auto-immune contre PLA2R1 et pourraient contribuer au développement de nouveaux tests diagnostiques vers une médecine plus personnalisée de la GEM.

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