La presentazione dell antigene e L attivazione dei linfociti T

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1 La presentazione dell antigene e L attivazione dei linfociti T 1

2 Analisi della biologia cellulare e significato dei differenti pathways di presentazione dell antigene Pathway di processazione endogena e presentazione a da parte delle molecole MHC di classe I a linfociti T CD8+ Pathway di processazione esogena e presentazione a da parte delle molecole MHC di classe II a linfociti T CD4+ Meccanismi di attivazione dei linfociti T Attivazione vs anergia Obiettivi Risposte effettrici dei linfociti T Classificazione funzionale dei linfociti T Analisi della risposta T cellulare in vitro ed ex vivo 2

3 1. Biologia cellulare e significato dei differenti pathways di presentazione dell antigene ai linfociti T 3

4 La processazione dell antigene e la presentazione ai linfociti T (1) La processazione e la presentazione dell antigene ai linfociti T è un insieme dei processi intimamente interconnessi che avvengono nella cellula, che hanno come risultato la frammentazione delle proteine antigeniche, l associazione dei frammenti proteici (peptidi) alle molecole MHC, il trasporto del complesso peptide/mhc sulla superficie cellulare dove può essere riconosciuto dal recettore dei linfociti T. 4

5 La processazione dell antigene e la presentazione ai linfociti T (2) Frammentazione delle proteine in peptidi Associazione delle proteine alle molecole MHC di neosintesi e/o ricircolo dalla membrana citoplasmatica Trasporto del complesso peptide/mhc sulla membrana citoplasmatica La necessità da parte del sistema immunitario di eliminare/neutralizzare diversi tipi di antigeni e di monitorare il self ha portato allo sviluppo di due diverse vie di processazione e presentazione antigenica in grado di stimolare la popolazione di linfociti T più opportuna alla eliminazione dell antigene stesso 5

6 Le vie di processazione dell antigene e la presentazione ai linfociti T CD4+ T-Cell Complesso MHC/peptide/TCR CD8+ T-Cell Proteasoma Ribosomi Patogeni e particelle extracellulari etc APC TCR MHC-II MHC-I 6

7 Considerazioni sulla presentazione dell antigene ai linfociti T (1) I virus replicano all interno di cellule nucleate e nel citosol delle cellule sono presenti I suoi antigeni (antigeni endogeni) Cellule trasformate producono set diversi di proteine (inclusi neoantigeni ). Queste proteine sono presenti nel citoplasma della cellula (antigeni endogeni) Questi antigeni sono degradati nel citoplasma da complessi macromolecolari (proteasomi) e vengono associati a molecole MHC di classe I di neosintesi nel reticolo endoplasmatico e portate sulla superficie cellulare. I linfociti T CD8+ citotossici riconoscono il complesso MHC- I/peptide ed uccidono queste cellule infette/trasformate, controllando la diffusione del virus e delle cellule trasformate 7

8 Considerazioni sulla presentazione dell antigene ai linfociti T (2) I batteri replicano principalmente nell ambiente extracellulare. Le cellule del sistema immunitario captano i batteri e li degradano nel compartimento lisosomale. le cellule rendono disponibili in questo compartimento frammenti peptidici degli antigeni (esogeni) che associati a molecole MHC di classe II vengono esportati alla superficie cellulare. I linfociti T helper (Th2) riconoscono il complesso MHC- II/peptide ed rilasciano citochine in grado di attivare i linfociti B a produrre anticorpi contro i batteri, limitando così la crescita di questi organismi. 8

9 Considerazioni sulla presentazione dell antigene ai linfociti T (3) Alcuni batteri sono patogeni intracellulari replicandosi nelle vescicole endosomali/lisosomali (principalmente dei macrofagi). I loro prodotti possono essere degradati ed associati a molecole MHC-II sulla superficie cellulare. I linfociti T helper (Th1) riconoscono il complesso MHC- II/peptide ed rilasciano citochine proinfiammatorie in grado di attivare i macrofagi, determinando l uccisione dei batteri intracellulari. 9

10 Localizzazione dell antigene e presentazione 10

11 Considerazioni sulla presentazione dell antigene ai linfociti T (4) Le molecole MHC non sono esportate sulla superficie cellulare se non sono complessate con un peptide Sia peptidi derivanti da proteine self che non-self sono associati alle molecole MHC ed esportate sulla superficie cellulare La natura chimica della tasca di legame delle molecole MHC determina quali peptidi vengono legati Il set di molecole MHC del singolo individuo determina l insieme di antigeni che questo può riconoscere/non riconoscere 11

12 2. Pathways di processazione antigenica endogena ed esogena 12

13 Eventi nella via di presentazione dell antigene ai linfociti T CD8 Proteine ubiquitinate del citosol sono degradate dai proteosomi (un complesso di proteine ad attività proteolitica) e da altre proteasi. I frammenti (peptidi di aa) sono attivamente pompati nel reticolo endoplasmatico dai trasportatori di membrana TAP-1 e -2. I peptidi vengono ulteriormente tagliati da proteasi all interno del reticolo endoplasmatico (ERAP-1 e 2) a frammenti di 8-10 aa che vengono associati alla molecole MHC di classe I di neo sintesi. I complessi MHC classe I (catena pesante), beta2 microglobulina e peptide formano un complesso stabile che è trasportato sulla superficie cellulare 13

14 Pathway di processazione endogeno 14

15 Eventi nella via di presentazione dell antigene ai linfociti T CD4 (1) Le molecole MHC di classe II sono espresse solo da uno specifico gruppo di cellule (le cellule presentati l antigene APC-). Le principali APC sono macrofagi, cellule dendritiche ed i linfociti B. Proteine esogene od antigeni complessi (virus, batteri, ect) sono fagocitati/endocitati e degradati nel compartimento lisosomale endosomale dalle proteasi acide presenti nei lisosomi. 15

16 Eventi nella via di presentazione dell antigene ai linfociti T CD4 (2) Le proteine MHC di classe II di neosintesi nel reticolo endoplasmatico, sono associate alla catena invariante (Ii) che ne previene il legame con peptidi endogeni e trasportate nel Golgi e nei late endosome si fondono con le vescicole del comporatimento endosomale/lisosomale dove è avvenuta le dagradazione dell antigene a peptidi in uno specifico compartimento denominato MIIC). Qui avviene lo scambio tra Ii, o ciò che ne rimane associato alla molecola MHC-II (CLIP), ed il peptide antigenico nella tasca di legame, mediato da DM e DO. Quindi I complessi vengono trasportati sulla superficie cellulare e presentati ai linfociti T CD4+. 16

17 Pathway di processazione esogeno 17

18 3. Associazione dei peptidi antigenici alle molecole MHC 18

19 Interazione tra HLA classe I e peptide 19

20 Interazione tra HLA classe II e peptide P1 P4 P6 P9 HLA classe II 20

21 4. Attivazione dei linfociti T 21

22 Figure

23 Interazione tra HLA/peptide/TCR HLA-class II HLA-class I 23

24 Immunological synapses 24

25 Figure 8-12 Co-signals control T-cell activation and proliferation 25

26 Two signals are necessarily to active naive T-cells 26

27 Figure 8-13 In absence of co-signals T-cells anergize 27

28 Figure

29 After capturing the antigen, DCs migrate from the tissue to the proximal LN. The antigen capture determines the full maturation of the DCs capable ot activating naïve T-cells 29

30 5. Eventi molecolari alla base della attivazione dei linfociti T 30

31 A. Assemblaggio del complesso di trasduzione del segnale 31

32 B. Mediatori della trasduzione del segnale dei linfoinciti T e d attivazione dei fattori nucleari 32

33 33

34 6. Fase effettrice della risposta dei linfociti T 34

35 A. T-cell proliferation and explantion of the responding pool 35

36 B. T-cell differentiation and effector function 36

37 Figure

38 Figure

39 Figure

40 Mediators of the effector functions 40

41 Cytotoxic T cells (1) 41

42 Cytotoxic T cells (2) 42

43 Figure

44 Figure

45 Mediators of T-helper function 45

46 Figure 8-39 T helper cells (1) 46

47 Figure

48 Figure

49 Summary of T- cell immune response: induction, development and pathology 49

50 Induction Activation/proliferation Differentiation A simplified scheme of T-cell response Generation of effector functions Generation of memory Termination:apoptosis Naive T cell + antigen Activated T cells Memory T cell + antigen Effector T cell Cell death Effector activity 50

51 differentiation T-cell differentiation subsets and phenotypic markers CD4 N CD45RA, CCR7,CD62L,CD28 CD8 N + protein/mhc-ii + peptide/mhc-i CD4 A CD69, CD40L, CD38 CD8 A CD4 CM CD45R0+ CCR7+ CD8 CM CD45R0+ CD27+ CD4 EM CD45R0+ CCR7- CD8 EM CD45R0+ CD27- CD4 E CD45RA+ CCR7- CD8 IE CD45RA+ CD27- CD4 Th1 CD4 Th2 CD4 Treg CD8 TE CD45RA+ CD57+ 51

52 Functional differentiation of CD4 T lymphocytes CT Weaver et al, Immunity

53 Functional differentiation of CD8 T lymphocytes IE CD8 CD45RA+CD27- IL2 neg IFNg +, Per ++ CD45RA-CD27- IL2 neg IFNg ++, Per + TE CD8 Naive CD8 CD45RA+CD27+ hi IL2 ++ IFNg neg, Per neg EE CD8 CD45RA-CD27+ hi IL2 + IFNg + Per lo EM CD8 CD45RA-CD27+ hi IL2 lo IFNg ++, Per + RM. CD8 CD45RA+CD27+ lo IFNg lo, Per lo CM CD8 CD45RA-CD27+ lo IL2 + IFNg lo Per lo EE early effector IE intermideate effector TE terminal effector CM central memory EM effector memory RM reverted memory Tussey et al.jid,187, 2003; H. Tomiyama et al., Eur J Immunol, 2004; H.Takata et al, JI, 2006; M. Monteiro et al. Blood,

54 Антигенен товар CD8 T cell response and immune control of viral infections efficient inefficient 1.Complete viral elimination Flu,RSV 2. Primary infection - Exposition to a high antigen load: EBV(IМ), CMV, HIV 3. Persistent infection with high antigen load -progressive HIV, HBV 4. Persistent infection With low antigen load -CMV,EBV, HSV, VZV, HIV non-progressores, ART - controlled HIV Acute infection Хронична Chronic инфекция infection 54

55 Factors determining the quality of CD8 T cell response Viral Load Immune activation CD4 T cell response T-regs (CD4+CD25++) CD8 T cell response CD8 subset balance CD8 activation/proliferation potential CD8 cytotoxic function 55

56 The functional signatures of virus-specific T cell response dictated by antigen load Pantaleo, G. et al., Nature Rev Immunol,

57 Distribution of lymphocytes in the organism Central lymphatic organs Liver & other tissues 40х10 9 BLOOD 10 х10 9 2% Spleen 70 х10 9 Gut 50 х10 9 Lung Lymph nodes 190 х10 9 Parenchymal organs and Tissues 30 х10 9 Central lymphatic organs 57

58 ENTRY cell /day Lymphocyte recirculation and redistribution Steady state cell /day Velocity of Recirculation cell/gram tissue / hour BLOOD 2% 30 min Spleen 20% 6 h Lymphatic/interstitial compartment 60% 16h Other tissues 20%? TRANSVERSION 58