Laurea Specialistica in Biotecnologie Molecolari Anno Accademico 2006/2007 Corso di Immunologia molecolare IL-18.

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Vittorio Franceschi
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1 Laurea Specialistica in Biotecnologie Molecolari Anno Accademico 2006/2007 Corso di Immunologia molecolare IL-18 Morello Francesca

2 Caratteristiche generali: Citochina pro-infiammatoria dell immunità innata Appartenente alla famiglia dell IL-1 (17% identità di sequenza) Stimola la produzione di IFNγ (originariamente denominata IFNγ-inducing factor) Struttura: Proteina matura di 157 aa Tre foglietti β α-elica corta Kato, Nature Structural Biology 10:966 (2003) Elica 3 10 Loop sporgente e flessibile tra gli aa 34-43

3 Sintesi: Felderhoff-Muese, Trend in Neurosciences 28:487 (2005)

4 Espressione: Sistema immunitario: monociti attivati, cell dendritiche, cell Krupffer e altri macrofagi organo residenti secrezione di TNF-α, GM-CSF, aumento citotossicità di NK, espressione Fas L azione sinergica con IL-12: stimola il differenziamento Th1 produzione di IFN-γ (via T-bet): in presenza di IL-2: stimola il differenziamento Th2 { Effetti diversi a seconda del microambiente Ruolo centrale in infiammazione e sviluppo della risposta immunitaria adattativa Cellule epiteliali, cheratinociti: reclutamento dei leucociti (up-regolazione V-CAM)

5 Sistema vascolare: angiogenesi, chemotassi neutrofili via IL-1β, TNF-α Sistema scheletrico: osteoblasti promuove il catabolismo della cartilagine articolare sopprime il riassorbimento osseo Fibroblasti sinoviali: produzione di TNF-α, GM-CSF, IFN-γ,NO Sistema Nervoso Centrale: microgliali Cellule tumorali risposta immunitaria locale

6 Recettore : Famiglia del IL-1R Eterodimero: catena α (IL- 1Rrp), due siti di legame a bassa affinità e catena β (IL- 1AcPL), un sito di legame Dinarello, Am J Clin Nutr; 83:447S (2006) Espressione: Macrofagi, neutrofili, cell natural killer,cell endoteliali, melanociti, cardiomiociti Up-regolato da IL-12 in cell T naive, T h 1, linfociti B, NK Down-regolato da IL-4 e legame TCR in linfociti T

7 IL-18 Binding Protein : Inibitore naturale Legame ad alta affinità Glicoproteina costituita da un dominio Ig-like (porzione extracellulare della catena α) Scoperta in urine umane, escreta per filtrazione del glomerulo IL-18BP IL-18Rβ Secreta costitutivamente (eccesso in milza e tratto intestinale) 4 isoforme nell uomo, nel siero di individui sani isoforma A è 20 volte più concentrata rispetto a IL-18 Promotore contiene due elementi responsivi a IFNγ : feedback negativo Molluscum contagiosum: proteine virali (MC53 MC54) omologhe a IL-18 BP inibiscono la produzione di IFN-γ e l attivazione delle cellule natural killer Dinarello, Am J Clin Nutr; 83:447S, 2006

8 Topi KO per IL-18 e IL-18R Alte concentrazioni di IL-18 in pazienti con diabete mellito di tipo 2 e individui obesi Aumento nel siero delle concentrazioni di IL-18 inseguito a somministrazione di glucosio in volontari Netea et al., Nature Medicine,12:650 (2006) Obesità: aumento della massa grassa risultante dalla maggiore assunzione di cibo Iperglicemia e resistenza a insulina Ipotalamo target di Il-18 nel regolare l assunzione di cibo (ril-18 intracerebrale) Produzione di alti livelli di glucosio nel fegato e aumento dell espressione di geni coinvolti nella gluconoegenesi

9 Ruolo di STAT3: modulazione della gluconeogenesi Somministrazione di insulina porta ad una rapida fosforilazione di STAT3 in topi WT In topi IL-18-/- STAT3 ha bassi livelli di fosforilazione In topi IL-18-/- in cui viene somministrata ril-18 aumenta la fosforilazione di STAT3 Netea et al., Nature Medicine,12:650 (2006) Ruolo importante di IL-18 nell omeostasi dell energia e nel metabolismo del glucosio

10 Patologie infiammatorie ed autoimmuni: Artrite Reumatoide : IL-18 e pro IL-18 sono presenti nella membrana sinoviale di pazienti con RA, espressi da macrofagi e fibroblasti IL-18 media la degradazione della cartilagine articolare, riducendo la proliferazione dei condriociti, up-regolando la sintesi di NO Modelli in vivo: topi DBA/1 IL-18-/- stimolati con collagene di tipo II (in presenza di CFA) mostrano una ridotta incidenza di RA Lupus Eritematoso Sistemico: Alti livelli di IL-18 in urine, plasma e a aumento dell espressione del corispondente mrna in cellule renali e in PBMC dei pazienti Aumento d espressione di IL-18BP Diabete mellito insulino-dipendente (di tipo 1): Livelli mrna di IL-18 aumentano in topi NOD tratatti con ciclofosfamide Alti livelli di IL-18 nel siero di pazienti con IDDM

11 IL-18, citochina antitumorale: IL-18 come adiuvante per vaccini a DNA: Alti livelli di espressione della citochina umana ricombinante e secrezione via ER/ Golgi Aumento dell affinità di legame al recettore PBMC umani producono IFNγ in seguito al trattamento con IL-18 ricombinante, in presenza o in assenza di IL-12. IL-18 ricombinante è quindi biologicamente attiva. Swencki-Underwood et al, Cytokine, 34:114 (2006)

12 Modello dell IL-18 umana legata al recettore. Gli amminoacidi indicati sono importanti per una corretta espressione ed una corretta attività biologica della citochina. Costruzione di forme mutanti della citochina ricombinante per migliorarne l attività ed indurre maggior produzione di IFNγ nei PBMC stimolati. Tutti i mutanti vengono inibiti da IL-18 BP. Swencki-Underwood et al, Cytokine, 34:114 (2006)

13 IL-18, citochina pro-tumorale: Sia cellule tumorali umane che murine possono produrre IL-18 biologicamente attiva, presente a livello sistemico Alti livelli di espressione di IL-18 in cellule metastatiche (aumento espressione di E-caderine in cellule PLA801 trattate con oligonucleotidi antisenso per IL-18) Diminuita espressione di Fas-L (in cellule B16F10) Aumento espressione VCAM-1 che facilita l adesione delle cellule tumorali alla microvascolatura IL-18 espressione è indotta da radiazioni UVB, ed è bloccata da agenti antiossidanti (ruolo ROI nella trasduzione)

14 VEGF stimola angiogenesi e migrazione di cellule tumorali gastriche (SNU601) via IL-18: La cellule tumorali SNU601, esprimenti VEGFR-2, migrano in seguito a stimolazione con VEGF umano ricombinante. La stimolazione con IL-18 aumenta la migrazione delle cellule tumorali in modo dose e tempo dipendente. Kim et al, Nature Oncogene,1:1 (2006)

15 Immagine, al microscopio confocale, di cellule non trattate e trattate con IL-18. IL-18 influisce sulla migrazione delle cellule tumorali attraverso la polarizzazione della f-actina. La stimolazione delle cellule tumorali con VEGF umano ricombinante induce l aumento dell espressione di IL-18, sia a livello di mrna che a livello proteico. L aumento della produzione di IL-18 avviene attraverso la generazione di ROI ed attraverso l attivazione del pathway di ERK1/2 Kim et al, Nature Oncogene,1:1 (2006)

16 Bibliografia: Kato Z. et al, The structure and binding mode of interleukin-18, Nature structural biology, 10:966, 2003 Felderhoff-Mueser U. et al, IL-18: a key player in neuroinflammation and neurodegeneration?, T in Neurosciences, 28:487, 2005 Alastair Gracie, Interleukin-18, J. Leukoc. Biol. 73:213, 2003 Dinarello C A, Interleukin 1 and interleukin 18 as mediators of inflammation and the aging process, Am J Clin Nutr; 83(suppl):447S, 2006 Sims J. E, IL-1 and IL-18 receptors and their extended family, Current Opinion in Immunology, 14:117, 2002 Dinarello et al, Clinical and experimental approaches to the pathophysiology of interleukin-18 in cancer progression, Cancer Metastasis Rev, 2006 Calvani N. et al, Th1 cytokines in the pathogenesis of lupus nephritis:the role of IL-18, Autoimmunity Reviews, 4:542, 2005 Netea M. G, Deficiency of interleukin-18 in mice leads to hyperphagia,obesity and insulin resistance, Nature Medicine,12:650,2006 Swencki-Underwood B. et al, Engineering human IL-18 with increased bioactivity and bioavailability, Cytokine, 34:114, 2006

17 Kim et al, Interleukin-18 is a critical factor for vascular endothelial growth factor enhanced migration in human gastric cancer cell lines, Nature Oncogene,1:1, 2006

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