I SEGNALI DI COSTIMOLAZIONE. Elisa Nano

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1 I SEGNALI DI COSTIMOLAZIONE Elisa Nano

2 Per l attivazione dei linfociti T sono necessari due stimoli: il primo consiste nell interazione del linfocita con il peptide associato alle molecole del complesso MHC il secondo dipende dalla costimolazione. MHC TCR APC 1 2 Attivazione CoL CoR T Cell MHC TCR APC CoR 1 T Cell Anergia ignoranza TCR APC 2 No risposta CoL CoR T Cell

3 LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON FUNZIONE INIBITORIA IgV-like domain 4IgB7-H3 IgC-like domain CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

4 LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA CD28 CON FUNZIONE DI INIBIZIONE CTLA4 PD1 BTLA Tyr-Xaa-Xaa-Met ITIM: immunoreceptor tyrosine-based inibitory motif ITSM:immunoreceptor tyrosine based switch motif IgV-like domain

5 LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON FUNZIONE INIBITORIA 4IgB7-H3 CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

6 CD80 (B7-1) e CD86 (B7-2) CD80 è assente sulle APC, mentre CD86 è costitutivamente espresso solo a bassi livelli. La loro espressione aumenta in seguito all attivazione cellulare. APC CD28 LINFOCITA T Legano CTLA4 con maggior affinità rispetto a CD28, ma CD80 lega entrambi i recettori con maggior affinità di CD86. B7-1 CD80 è espresso come dimero, CD86 come monomero. Ogni dimero di CTLA4 può legare due omodimeri di B7, CD28 può legare un omodimero per volta. APC B7-1 LINFOCITA T CTLA4

7 CTLA4 Struttura: omodimero che contatta 2 dimeri di CD80 e CD86 Presente a bassi livelli su tutti i linfociti T CD4 + e sul 50% dei CD8 +, la sua espressione è conseguente alla stimolazione del TCR. La segnalazione via CTLA4 inibisce la progressione nel ciclo cellulare, la proliferazione e la sintesi di IL-2. CTLA4 gioca anche un ruolo critico nella regolazione della tolleranza dei linfociti T: topi CTLA4 -/- sviluppano un disordine autoimmune letale. MYPPPY Gly-Val-Tyr-Val-Lys-Met

8 LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON FUNZIONE INIBITORIA 4IgB7-H3 CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

9 B7-H1 E B7-DC B7-H1 e B7-DC anche noti come PD-L1 e PD-L2 sono due ligandi di PD1. L abbondante presenza di mrna di B7-H1 non correla con l espressione in proteina: B7-H1 non è osservabile nella maggior parte dei tessuti normali, ad eccezione dei macrofagi, delle cellule dendritiche e delle cellule endoteliali. L espressione di B7-DC è invece limitata alle cellule dendritiche e ai macrofagi. Entrambi possono agire come co-stimolatori e co-inibitori; tuttavia, mentre B7-H1 agisce sia come co-inibitore, che come co-stimolatore, B7-DC ha principalmente una funzione di costimolazione. Quindi, sebbene PD1 sembri avere solo una funzione di coinibizione, i suoi ligandi hanno una doppia azione!

10 PD1 PD-1 condivide il 20% di omologia con CTLA4, ma manca del motivo MYPPPY richiesto per interagire con CD80 e CD86 e della cisteina che permette l omodimerizzazione. La funzione di inibizione è dovuta alla presenza dei motivi ITIM e ITSM nella coda citoplasmatica. È espresso su tutti i linfociti T CD4+ e CD8+, sui linfociti B e sulle cellule mieloidi in seguito ad attivazione. È coinvolto nella regolazione della selezione negativa a livello del timo ed inibisce i linfociti T autoreattivi. PD1 ITIM (V/IxYxxL/V). ITSM

11 ESISTONO NUOVI RECETTORI DI CO-STIMOLAZIONE PER I DUE LIGANDI? Se PD1 ha dunque una funzione di inibizione, interagendo con i ligandi esso ha la funzione di down-regolare la risposta delle cellule T. Dati sperimentali descrivono questi due ligandi come costimolatori: per svolgere una funzione di co-stimolazione i due ligandi devono associarsi ad un altro recettore con funzione stimolatoria. Un ipotesi che sta emergendo è che l espressione di B7-H1 e B7-DC nei tessuti linfoidi possa co-stimolare le cell T iniziate, mentre l espressione di B7-H1 nei tessuti periferici downregoli la risposta immunitaria inibendo le cellule T effettrici o le cellule T memoria.

12 LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON FUNZIONE INIBITORIA 4IgB7-H3 CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

13 B7-H4 Appartiene alla famiglia B7. Nonostante sia presente un elevata quantità di mrna in diversi tessuti umani, non c è espressione della proteina in alcun tessuto o organo. In vitro è possibile indurne l espressione su linfociti T, linfociti B, monociti e cellule dendritiche in segutio a stimolazione. Inibisce la proliferazione dei linfociti T, impedendo l ingresso nel ciclo cellulare e riducendo la secrezione di IL-2, IL-4, IL-10, e IFN-γ in risposta alla stimolazione CD3/CD80.

14 Fa parte della superfamiglia delle Ig. Si trova sui linfociti T attivati. Possiede due motivi ITIM nel dominio citoplasmatico. È il recettore di B7-H4 come dimostrato da risultati sperimentali, ma il vero recettore di B7- H4 potrebbe anche essere downregolato in assenza di BTLA. BTLA ITIM BTLA

15 LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON FUNZIONE INIBITORIA 4IgB7-H3 CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

16 B7-H3: un altro co-inibitore? Inizialmente identificato come co-stimolatore, interagisce attraverso un recettore diverso da CD28, CTLA4, ICOS e PD1. B7-H3 non è costitutivamente espresso sulle APC, ma è possibile indurne l espressione in seguito a stimolazione con diversi fattori. La sua espressione è conseguente all attivazione dei linfociti T. B7-H3 è un co-stimolatore dei linfociti T, ma recenti studi dimostrano che potrebbe anche avere una funzione di co-inibizione. Dati recenti non escludono la possibilità che B7-H3 possa interagire con due distinti recettori per avere funzioni opposte.

17 INATTIVAZIONE CELLULE DENDRITICHE CD80 CD86 CTLA4 CD28 CO-INIBIZIONE CO-STIMOLAZIONE ATTIVAZIONE E APOPTOSI DEI LINFOCITI T ATTIVAZIONE DELLE CELLULE DENDRITICHE B7-H1 B7-DC? PD1 CO-INIBIZIONE CO-STIMOLAZIONE B7-H4??? BTLA CO-INIBIZIONE CO-INIBIZIONE B7-H3?? CO-STIMOLAZIONE CO-INIBIZIONE?

18 I MEMBRI DELLA FAMIGLIA DELLA FAMIGLIA DEL TNF LIGHT CD70 OX40L 4-1BBL CD30L TNFhomology domain Cysteinrich domain Partial cystein rich domain HVEM CD27 OX40 4-1BB CD30

19 I RECETTORI HVEM CD27 OX40 4-1BB CD30 LINFOCITA T

20 I LIGANDI APC LIGHT CD70 OX40L 4-1BBL CD30L

21 LA SEGNALAZIONE HVEM: bloccando l interazione con LIGHT si inibisce la proliferazione dei linfociti T e la secrezione delle citochine. CD27: quando viene interrotta l interazione tra CD27 e CD70, la proliferazione e la secrezione citochinica vengono inibite. CD27 partecipa nel promuovere l iniziale espansione dei linfociti T nativi, sopprimendo la morte cellulare o agendo sul ciclo cellulare. OX40: linfociti T OX40-deficienti mostrano una ridotta proliferazione e una marcata morte apoptotica 4-5 giorni dopo l attivazione. 4-1BB: bloccando 4-1BBL non si altera la risposta proliferativa iniziale, ma si conducono a morte apoptotica le cellule 3-6 giorni dopo l attivazione. CD30: bloccando CD30L si sopprime lo sviluppo dei linfociti T helper 2 e viene incrementato lo sviluppo dei T helper 1. Topi CD30-deficienti presentano invece difetti nella selezione negativa nel timo.

22 LA SEGNALAZIONE APC TRAF2 T Cell PI3K JNK SOPRAVVIVENZA AKT NF-KB AP1 DIVISIONE FUNZIONE EFFETTRICE

23 Naive T cell CD28 TCR Primed T cell CD137 OX40? CTLA4? Target tissues B7-H1 B7-H4 PD1 B7-H1 BTLA B7-H1 B7-DC PD1 B7-H4 CD80/ CD86 Peptide-MHC CD137L OX40 B7-DC B7-H1 CD80/CD86 B7-H4 Effector T cell B7-H1 APC Lymphoid organs Memory T cell Apoptotic T cell Peripheral tissues

24 BIBLIOGRAFIA Acuto O., Michel F., CD28-mediated co-stimulation: a quantitative support for TCR signaling, Nature Reviews Immunology, 3: , 2003 Chen L., Co-inhibitory molecules of the B7-CD28 family in the control of T-cell immunity, Nature Reviews Immunology, 4: , 2004 Croft M., Co-stimulatory members of the TNFR family: keys to effective T-cell immunity?, Nature Reviews Immunology, 3: , 2003 Rothstein D. M., Sayegh M. H., T-cell costimulatory pathways in allograft rejection and tolerance, Immunological Reviews, 196:85-108, 2003

25 BIBLIOGRAFIA Saito T., Yamasaki S., Negative feedback of T cell activation through inibitory adapters and costimulatory receptors, Immunological Reviews, 192: , 2003 Salazar-Fontana L. I., Bierer B. E., T-lymphocyte coactivator molecules, Current Opinion in Haematology, 8:5-11, 2001 Sharpe A.H., Freeman G.J, The B7-CD28 superfamily, Nature Reviews Immunology, 2: , 2002 Stamper C. C., et al., Crystal structure of the B7-1/CTLA4 complex that inhibits human immune responses, Nature, 410: , 2001