Differenziamento linfociti T effettori

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1 ATTENZIONE: questi file compresi testo ed immagini in essi contenuti sono destinati esclusivaemnte agli studenti del corso per favorirne lo studio. Nessun file, che potrebbe contenere materiale soggetto a copyright, può essere utlizzato per altri fini senza autorizzazione Differenziamento linfociti T effettori Linfociti T naive vs. effettori Linfociti T naive richiedono segnali costimolatori cellule presentanti l antigene professionali molecole costimolatorie [come B7.1 (CD80) e B7.2 (CD86)] Dopo la fase di intensa proliferazione indotta da IL-2 i linfociti T CD4 e CD8 differenziano rispettivamente in linfociti T effettori cooperanti e citotossici l espressione di diverse molecole cambia Linfociti T effettori non richiedono segnali costimolatori per lo svolgimento delle funzioni effettrici indotte dai successivi incontri con l antigene 1

2 Linfociti T CD4 T helper 1 (Th1) / T helper 2 (Th2) / T helper 17 (Th17) / T follicular helper (T FH ) Differenziamento linfociti Th: acquisizione della capacità di produrre selettivamente citochine effettrici specifiche In base alle citochine prodotte i linfociti T CD4 possono essere divisi in sottopopolazioni Th1 producono IFN-g, IL-2, LT non producono le citochine di tipo Th2 Th2 producono IL-4, IL-5, IL-6, IL-13 non producono le citochine di tipo Th1 Th17 producono IL-17, IL-22 T FH importanti per la risposta anticorpale T-dipendente (V. lezione su attivazione/risposta linfociti B) Citochine diverse inducono il differenziamento in T helper effettrici diverse Cellule CD4 naive Stimolazione TCR, CD28, IL-12 IFNg IL-4 IL-6+TGFb Th1 Th2 Th17 2

3 T helper effettrici diverse producono citochine diverse Cellule CD4 naive Stimolazione TCR, CD28, IL-12 IFNg IL-4 IL-6+TGFb Th1 Th2 Th17 IFN-g IL2 LT IL-4 IL-5 IL-13 IL-17 IL-21 IL-22 T helper effettrici diverse svolgono funzioni effettrici diverse Cellule CD4 naive Stimolazione TCR, CD28, IL-12 IFNg IL-4 IL-6+TGFb Th1 Th2 Th17 Protezione da patogeni intracellulari (virus, batteri) Protezione da patogeni extracellulari (parassiti, batteri) Protezione da patogeni extracellulari (funghi, batteri) 3

4 T helper effettrici diverse svolgono funzioni effettrici diverse Cellule CD4 naive Stimolazione TCR, CD28, IL-12 IFNg IL-4 IL-6+TGFb TGFb Th1 Th2 Th17 Treg Protezione da patogeni intracellulari (virus, batteri) Protezione da patogeni extracellulari (parassiti, batteri) Protezione da patogeni extracellulari (funghi, batteri) Immunoregolazione Citochine espresse da linfociti Th1 and Th2 Citochina Th1 Th2 IFN-g + - LT (TNFb) + - IL IL GM-CSF + + TNF-a + + MIP-1a + + MIP-1b + + IL IL IL IL IL

5 Cross-regolazione tra Th1 e Th2 APC T CD4 naive IL-12 T IL-2 IL-4 inibizione del differenziamento in fenotipo opposto Thp Thp Loop positivi: rinforzo del differenziamento IFN-g IL-4 Cellule effettrici Th1 Th1 Th2 Th2 Interleuchina 12 (IL-12) eterodimero IL-12 p35 (o IL-12a) IL-12 p40 (o IL-12b) omodimero IL-12 p40-p40, antagonista di p35/p40 nel topo recettore per IL-12 IL-12Rb1 + IL-12Rb2 omologhe a gp130 5

6 Espressione del recettore per IL-12 solo in cellule recentemente attivate (non ancora differenziate) e in cellule Th1 persa durante differenziamento in linfociti Th2 espressione è aumentata da IFNg diminuita da IL-4 topi Balb/c producono alti livelli di IL-4 hanno bassa espressione di IL-12Rb2 Proliferazione IFNg Proliferazione Citotossicità NK T Th2 Th1 IFNg B IgG2a IgE Proliferazione IL-12 macrofagi neutrofili cellule dendritiche Patogeni attraverso TLR o altri PRR (Pathogen Recognition Receptor) Cellule T attivate mediante CD40L, IFNg, altri segnali Università di Roma Componenti Tor Vergata - Corso della di Laurea matrice in Scienze extracellulare Biologiche - Immunologiadi Molecolare tessuti - dott. infiammati Claudio PIOLI - a.a. 2015/2016 6

7 Effetti di IL-4 Cambio di classe a IgG1 e IgE nel topo IgG4 e IgE nell uomo Inibizione attivazione macrofagi Differenziamento e proliferazione linfociti Th2 Fonti di IL-4 durante il differenziamento cellule Th2 cellule T NK1 + mastociti basofili eosinofili 7

8 Trasduzione segnale recettori citochine JAnus kinase (JAK) Jak1 Jak2 Jak3 Tyk1 Il dominio citoplasmatico delle catene dei recettori per citochine legano le chinasi JAK Il legame della citochina dimerizza il recettore; le JAK fosforilano i domini citoplasmatici delle catene del recettore Trasduzione segnale recettori citochine Gli STAT legano i domini citoplasmatici fosforilati e vengono fosforilati dalle JAK Gli STAT fosforilati formano dimeri che entrano nel nucleo e attivano trascrizione IL-12 STAT4 IFN-g STAT1 IL-4 STAT6 8

9 Recettore per IFNg attiva STAT1 che induce trascrizione di Tbet Recettore per IL12 attiva STAT4 che induce espressione di IFNg Recettore per IL4 attiva STAT6 che induce espressione di GATA3 Diversi fattori promuovono il differenziamento delle diverse T helper effettrici Cellule CD4 naive Stimolazione TCR, CD28, Tbet GATA-3 RorgT Foxp3 Th1 Th2 Th17 Treg 9

10 T-bet e differenziamento linfociti Th1 T-bet è necessario per il differenziamento dei linfociti Th1 è indotto da IFNg attraverso l attivazione di STAT1 induce rimodellamento della cromatina rendendo il locus ifng accessibile ai fattori di trascrizione silenziando il locus il4 (il4,il5, il13) a seguito di fosforilazione sequestra GATA-3 e ne inibisce l azione GATA-3 e differenziamento linfociti Th2 GATA-3 è necessario per il differenziamento dei linfociti Th2 è indotto da TCR/CD28, IL-4, Notch1 induce l espressione di gata-3 stesso quando la proteina gata3 supera una certa soglia inibisce l espressione di STAT4 induce rimodellamento cromatina rendendo il locus il4 (il4, il5, il13) accessibile ai fattori di trascrizione silenziando il locus ifng 10

11 Differenziamento Th1/Th2 Fase iniziale: vengono attivati sia Tbet che GATA3 entrambi i loci ifng e il4 sono accessibili co-espressione mrna per citochine Th1 e Th2 differenziamento dipendente da citochine polarizzanti avvio dei processi di rimodellamento della cromatina secondo i segnali che prevarranno Differenziamento Th1/Th2 Fase successiva: il differenziamento diventa progressivamente meno dipendente dalle citochine polarizzanti prevale uno dei fattori, Tbet o GATA3 progressiva stabilizzazione dell espressione del locus rilevante (ifng o il4) e aumento dell espressione delle relative citochine progressiva repressione del locus non rilevante (il4 o ifng) alla successiva (sola) stimolazione del TCR la cellula risponde producendo citochine o Th1 o Th2 11

12 Mantenimento fenotipo / memoria epigenetica Massiccia riprogrammazione dell espressione genica durante il differenziamento centinaia di geni espressi differentemente in linfociti Th1 e Th2 La regolazione epigenetica conferisce una stabilizzazione ereditabile dei pattern di espressione genica ruolo fondamentale nel determinare e mantenere il differenziamento cellulare Meccanismi epigenetici liberano le cellule dalla necessità di citochine polarizzanti Funzioni effettrici delle cellule Th1 Proliferazione e differenziamento Attivazione macrofagi (aumentata capacità di uccidere batteri) Opsonizzazione e fagocitosi Attivazione linfociti T citossici Attivazione neutrofili (aumentata capacità di uccidere batteri) 12

13 Funzioni effettrici delle cellule Th2 M0 attivato IL-10 Ab neutralizzanti topo IgG1 uomo IgG4 Degranulazione mastociti Attivazione eosinofili Inibizione attivazione M0 Leismaniosi cutanea Leishmania major, protozoo parassita risiede e si replica obbligatoriamente nei macrofagi dell ospite Topi del ceppo C57Bl/6 sono resistenti a L. major geneticamente predisposti a sviluppare risposte Th1 IFN-g attiva inos, inducible nitric oxide synthase controllo del patogeno Topi del ceppo Balb/c sono sucettibili a L. major geneticamente predisposti a sviluppare risposte Th2 IL-10 e IL-4 inibiscono attivazione inos peggioramento patologia 13

14 Importanza della giusta scelta Th1/Th2 nella risposta immunitaria; l esempio del morbo di Hansen (lebbra) Risposta cellulo-mediata Forma tubercolare Infezione da M. leprae Linfociti Th1 IFN-g Attivazione macrofagi Eliminazione batteri intracellulari Forma lepromatosa Gravità patologia Infezione da M. leprae Linfociti Th2 non attivano (o inibiscono) i macrofagi Proliferazione dei batteri intracellulari non controllata Malattia meno grave Gravi danni ai tessuti Sopravvivenza Morte Cellule T regolatorie (Treg) Cellule CD4 esprimenti CD25 (catena a recettore IL2) costitutivamente esprimono CTLA-4, PD1 e GITR Controllano l ampiezza della risposta immunitaria e assicurano la tolleranza inibiscono attivazione linfociti T e cellule dendritiche Foxp3 fattore di trascrizione richiesto per differenziamento e funzioni Treg 14

15 Origine delle cellule T regolatorie (Treg) IL-2 TGFb? IL-2 TGFb Originano nel timo come popolazione CD4 + CD8 - CD25 + migrano in tessuti periferici dove mantengono tolleranza «natural Treg» or «thymic Treg» Possono differenziare anche in tessuti periferici a partire da linfociti T CD4 naive in particolari condizioni di stimolazione induced Treg 15

16 FOXP3 N C PROLINE-RICH DOMAIN ZINC-FINGER LEUCINE ZIPPER FORKHEAD DOMAIN Repressore trascrizionale a livello di diversi promotori di citochine La sua espressione è ristretta principalmente alla popolazione CD4 + CD25 + nel timo e in periferia: TIMO PERIFERIA Cross-regolazione del differenziamento Foxp3 inibisce l attivazione dei fattori che inducono il differenziamento dei linfociti effettori promuove la propria espressione 16

17 Foxp3 agisce sia come repressore che attivatore trascrizionale Zheng et al, Nature 445: 936, a large number of Foxp3- bound genes are up- or downregulated in Foxp3 + T cells Foxp3 acts as both a transcriptional activator and repressor Foxp3 regulates, among others, genes encoding nuclear factors that control gene expression and chromatin remodelling Foxp3, forkhead box P3 Mutazioni in Foxp3 provocano fenotipo scurfy nel topo IPEX (immunodysregulation, polyendocrinopathy and enteropathy, X-linked syndrome) nell uomo mancanza di Treg rottura tolleranza processi autoimmuni 17

18 IPEX Clinical Findings First described in 1982 by Powell et al. as a syndrome of diarrhea, polyendocrinopathy, and fatal infection in infancy. Neonatal onset diabetes mellitus Hypothyroidism Enteritis (diarrhea/villous atrophy) Hemolytic anemia & thrombocytopenia. Dermatitis Death by 1-2 years of age 18