La Tolleranza verso i Trapianti e le Citochine

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1 Università degli studi di Torino Laurea Specialistica in Biotecnologie Molecolari Corso di Immunologia Molecolare A.A. 2006/2007 La Tolleranza verso i Trapianti e le Citochine Antonella Nai

2 IL RIGETTO Oggi il trapianto è il trattamento che viene scelto per insufficienze di vari organi agli stadi terminali e gravi disordini ematologici. Il rigetto può essere diviso in 2 fasi: RICONOSCIMENTO RIGETTO Bradley B.A., Prognostic Assays for Rejection and Tolerance in Organ Transplantation, Transpl Immunol, 14:103, 2005.

3 RICONOSCIMENTO Bradley B.A., Prognostic Assays for Rejection and Tolerance in Organ Transplantation, Transpl Immunol, 14:103, 2005.

4 RIGETTO Colvin R.B., Smith R.N., Antibody- Mediated Organ-Allograft Rejection, Nature Rev, 5:807, 2005 Bradley B.A., Prognostic Assays for Rejection and Tolerance in Organ Transplantation, Transpl Immunol, 14:103, 2005.

5 LA TOLLERANZA Sopravvivenza indeterminata dell organo trapiantato in assenza di una continua terapia immunosoppressiva Centrale Nel timo Eliminazione linfociti antigene-specifici Periferica Fuori dal timo Delezione Anergia Soppressione/regolazione Deviazione immunologica Thomson A.W., Lotze M.T. The Cytokine Handbook- Fourth Edition, 1:1301, 2003

6 LE CITOCHINE E IL PARADIGMA T H1 /T H2 T H0 IL12, IFNγ IL4, IL13 T H1 T H2 IL2,IFNγ,TNFβ IL4, IL5, IL6, IL9, IL10 e IL13 Promozione rigetto mediante reazioni di ipersensibilità, produzione di CTL, attivazione dei macrofagi e produzione di anticorpi Promozione tolleranza sopprimendo reazioni di ipersensibilità e antagonizzando l azione dell IFNγ sui macrofagi, deviando la produzione degli anticorpi verso le IgE e le IgG non citotossiche. Thomson A.W., Lotze M.T. The Cytokine Handbook- Fourth Edition, 1:1301, 2003

7 PERCHE L IL-10? I polimorfismi dei geni delle citochine sono stati ampiamente studiati nei trapianti perché si pensa possano spiegare l eterogeneità dei risultati ottenuti e aiutare nell individualizzazione dell immunosoppressione Nei pazienti tolleranti ai trapianti è stato spesso evidenziato il polimorfismo di singolo nucleotide 1082 dell IL-10, che ne induce una over-espressione Alti livelli di IL-10 sono in grado di inibire il rigetto dei trapianti? Eurekah Bioscience Collection. Chapters taken from the Eurekah Bioscience database. Eurekah.com and Landes Bioscience; 2003.

8 PERCHE L IL-10? Analisi della risposta dei linfociti T citotossici delle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) derivate da pazienti dopo il trapianto di cuore e il livello di espressione dell mrna dell IL10. Stimolazione self induce aumento IL-10 Produzione IL-10 fortemente influenzata da altre citochine Dijke I. et al., Donor-specific Cytotoxic Hyporesponsivenness Associated With Higher Interleukin-10 Messenger RNA Expression in Cardiac Allograft Patients, J Heart Lung Transplant, 25:955, 2006

9 PERCHE L IL-10? Si conclude che un aumento di IL-10 porta ad una riduzione di CTL e quindi ad una migliore accettazione del trapianto. Livelli IL-10 inversamente proporzionali ai livelli di CTL Dijke I. et al., Donor-specific Cytotoxic Hyporesponsivenness Associated With Higher Interleukin-10 Messenger RNA Expression in Cardiac Allograft Patients, J Heart Lung Transplant, 25:955, 2006

10 SOMMINISTRAZIONE DI IL-10 OKT3 è un potente immunosoppressore, ma induce un drammatico rilascio di citochine pro-infiammatorie, come IFNγ, TNF-α, IL-1β e IL-2 Un pretrattamento con basse dosi di IL-10 riduce il rilascio di TNF indotto da OKT3 Prima somministrazione di IL-10 ricombinante nel 1995 da Chernoff: trial clinici di fase I hanno dimostrato che è ben tollerata tra i 25 e i 100 μg/kg Asadullah K. et al., Interleukin-10 Therapy- Review of a New Approach, Pharmacol Rev, 55:241, 2003

11 SOMMINISTRAZIONE DI IL-10 In topo IL-10 -/- in seguito ad allotrapianto di cuore si osserva una prominente infiltrazione leucocitaria e una distruzione parenchimale più grave che nei WT Trattamenti con l IL-10 riducono notevolmente tale effetto Zhou X. et al., Boosting Interleukine-10 Production: Therapeutic Effects and Mechanisms, Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord 5:465, 2005

12 SOMMINISTRAZIONE DI IL-10 IL-10 somministrata prima del trapianto aumenta la sopravvivenza IL-10 somministrata al momento o dopo il trapianto non ha effetto o aumenta la probabilità del rigetto Ruolo tollerogenico dell IL-10 prima del trapianto grazie alla sua abilità nell inibire le DC e quindi lo sviluppo dei linfociti T Moore K.W. et al., Interleukin-10 and the Interleukin-10 Receptor, Annu Rev Immunol, 19:683, 2001

13 TRATTAMENTO CON OPPIODI ENDOGENI L eroina induce un aumento delle citochine pro-infiammatorie e una riduzione di quelle anti-infiammatorie Zhou X. et al., Boosting Interleukine-10 Production: Therapeutic Effects and Mechanisms, Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord, 5:465, 2005 Holáň V. et al., Augmented Production of Proinflammatory Cytokines and Accelerated Allotransplantation Reactions in Heroin-treated Mice, Clin Exp Immunol, 132:40, 2003

14 TRATTAMENTO CON OPPIODI ENDOGENI Eroina prima del trapianto Eroina dopo il trapianto PBS prima del trapianto PBS dopo il trapianto Zhou X. et al., Boosting Interleukine-10 Production: Therapeutic Effects and Mechanisms, Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord, 5:465, 2005 Holáň V. et al., Augmented Production of Proinflammatory Cytokines and Accelerated Allotransplantation Reactions in Heroin-treated Mice, Clin Exp Immunol, 132:40, 2003

15 USO DI VETTORI ADENOVIRALI Trapianto di cuore Il vettore può essere trasferito con successo nel cuore del donatore per via intracoronarica e l IL-10 nel cuore aumenta significativamente la sopravvivenza del trapianto Zuo X et al., Prolongation of Allograft Survival with Viral IL-10 Transfection in a Highly Histoincompatible Model of Rat Heart Allograft Rejection, Transplantation, 71:686, 2001

16 USO DI VETTORI ADENOVIRALI Trapianto di polmone Okada Y. et al., Adenovirus Mediated IL-10 Gene Transfer to the Airway of the Rat Lung for Prevention of Lung Allograft Rejection, Transpl Immunol,, 16:95, 2006

17 USO DI VETTORI ADENOVIRALI I risultati ottenuti sono quindi contradditori. Ciò può essere dovuto a: maggiore velocità del rigetto nel modello di trapianto di polmone, in cui potrebbe essere più difficile evidenziare l effetto benefico dell IL-10 diversa suscettibilità dei tessuti al trasferimento genico immunogenicità del vettore adenovirale, che è probabilmente più rapida e più grave nel polmone in quanto ricco di tessuto linfoide Sostanze che inducano la produzione endogena di IL-10 Okada Y. et al., Adenovirus Mediated IL-10 Gene Transfer to the Airway of the Rat Lung for Prevention of Lung Allograft Rejection, Transpl Immunol,, 16:95, 2006

18 INDUZIONE IL-10 ENDOGENA Molte sostanze sono promettenti per il trattamento di malattie autoimmuni e di problemi infiammatori Probabilmente up-regolano la produzione di IL-10 La più usata per combattere il rigetto dei trapianti è la CICLOSPORINA A Zhou X. et al., Boosting Interleukine-10 Production: Therapeutic Effects and Mechanisms, Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord, 5:465, 2005

19 INDUZIONE IL-10 ENDOGENA Azione sinergistica dell IL-10 e della CsA A basse dosi richiede l IL-10, ma a dosi più elevate potrebbe agire con diversi meccanismi d azione e quindi essere usata anche da sola Zuo X et al., Prolongation of Allograft Survival with Viral IL-10 Transfection in a Highly Histoincompatible Model of Rat Heart Allograft Rejection, Transplantation, 71:686, 2001

20 INDUZIONE IL-10 ENDOGENA La dose efficace di CsA è però vicina al range tossico: identificato il calcitriolo come possibile farmaco che potesse agire sinergicamente con essa Infatti inibisce la maturazione delle DC e sopprime i livelli di mrna di IL-2 e IFNγ Testato anche perché spesso usato in seguito ai trapianti di polmone come profilassi contro l osteoporosi indotta dalla CsA Significativo miglioramento del funzionamento dell organo trapiantato Stammberger U. et al, Strong Additive Effect of 1,25-dihydroxycholecalciferol and Cyclosporine A but not Tacrolimus in Rat Lung Allotransplantation, Eur J Cardiothorac Surg, 24:196, 2003

21 INDUZIONE IL-10 ENDOGENA Testata la Prodigiosina in sinergia con la CsA inducendo GVHD letale in topi BALB/c Sembrerebbe che trattamenti combinati di questo tipo possano risolvere i problemi di rigetto inducendo un aumento della produzione dell IL-10 Han S.B. et al., Effective Prevention of Lethal Acute Graft-Versus-Host Disease by Combined Immunosuppressive Therapy with Prodigiosin and Cyclosporine A, Biochem Pharmacol, 70:1518, 2005

22 MA E DAVVERO TUTTO COSI SEMPLICE? In alcuni pazienti la risposta all IL-10 è scarsa o assente Bisogna analizzare i polimorfismi per capire quali pazienti sono adatti alla terapia con l IL-10 La terapia con IL-10 potrebbe avere off-targets effects Si deve considerare che anche le citochine immunostimolatorie, come l IL-2 e l IFNγ sono regolatorie e necessarie per spegnere la risposta immunitaria Infine è necessario tenere in considerazione la ridondanza delle citochine, in seguito alla quale si dovrebbero sviluppare terapie che colpiscano più citochine contemporaneamente, per esempio bloccando la catena γc, comune ai recettori di varie citochine proinfiammatorie. Asadullah K. et al., Interleukin-10 Therapy- Review of a New Approach, Pharmacol Rev, 55:241, 2003 Thomson A.W., Lotze M.T. The Cytokine Handbook- Fourth Edition, 1:1301, 2003

23 IL RUOLO DELL IL-9 Poiché l IL-9 appartiene alla famiglia di citochine che condividono la γc, si pensava che agisse in modo analogo ad esse In realtà nei modelli di rigetto allografico il suo trascritto è praticamente assente, al contrario di quello che accade per le altre citochine della stessa famiglia Si ipotizzò che non avesse alcuna funzione significativa nel rigetto dei trapianti Un lavoro di pochi mesi fa potrebbe però portare a rivoluzionare le attuali terapie antirigetto Li X., The Common γc-cytokines and Transplantation Tolerance, Cell Mol Immunol, 1:167, 2004

24 PREMESSE I linfociti T reg Soppressione immunitaria mediata dai T reg : CD4+CD25+ e CD4+CD25- La loro deplezione prima o dopo il trapianto induce un rapido rigetto Il meccanismo attraverso cui mediano il rigetto dei trapianti non è ancora stato chiarito I mastociti Derivano dalle staminali ematopoietiche che maturano nei tessuti vascolarizzati e nelle cavità sierose Conosciuti come le principali cellule delle reazioni allergiche Recenti studi evidenziano però che possono produrre anche molecole anti-infiammatorie Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

25 PREMESSE Studi di SAGE in tessuti tolleranti hanno dimostrato che i geni principalmente espressi dai mastociti sono overespressi in colture di cellule T reg e in trapianti tollerati Probabile coinvolgimento dei mastociti nella determinazione della tolleranza mediata dai T reg Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

26 L ESPERIMENTO Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

27 L ESPERIMENTO T reg e mastociti aumentano nei tessuti tollerati e possono essere cruciali per la sopravvivenza del trapianto Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

28 L ESPERIMENTO In assenza di mastociti i topi non sono in grado di tollerare il trapianto Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

29 L ESPERIMENTO Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

30 L ESPERIMENTO La produzione di IL-9 da parte dei T reg ha ritardato il rigetto Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

31 CONCLUSIONI Il lavoro dimostra che: I T reg vengono guidati al tessuto trapiantato a cui conferiscono un esenzione dall attacco l azione protettiva dei Treg è mediata dai mastociti I T reg producono IL-9, che recluta e attiva i mastociti nel sito del trapianto Quindi T reg e mastociti formano un unità funzionale che media la tolleranza del trapianto Waldamann H., Protection and Privilege, Nature, 442:987, 2006

32 CONCLUSIONI Waldamann H., Protection and Privilege, Nature, 442:987, 2006

33 BIBLIOGRAFIA Asadullah K. et al., Interleukin-10 Therapy- Review of a New Approach, Pharmacol Rev, 55:241, 2003 Bradley B.A., Prognostic Assays for Rejection and Tolerance in Organ Transplantation, Transpl Immunol, 14:103, Colvin R.B., Smith R.N., Antibody-Mediated Organ-Allograft Rejection, Nature Rev, 5:807, 2005 Dijke I. et al., Donor-specific Cytotoxic Hyporesponsivenness Associated With Higher Interleukin-10 Messenger RNA Expression in Cardiac Allograft Patients, J Heart Lung Transplant, 25:955, 2006 Eurekah Bioscience Collection. Chapters taken from the Eurekah Bioscience database. Eurekah.com and Landes Bioscience; Han S.B. et al., Effective Prevention of Lethal Acute Graft-Versus-Host Disease by Combined Immunosuppressive Therapy with Prodigiosin and Cyclosporine A, Biochem Pharmacol, 70:1518, 2005 Holáň V. et al., Augmented Production of Proinflammatory Cytokines and Accelerated Allotransplantation Reactions in Heroin-treated Mice, Clin Exp Immunol, 132:40, 2003 Li X., The Common γc-cytokines and Transplantation Tolerance, Cell Mol Immunol, 1:167, 2004 Lu L.F. et al., Mast Cells are Essential Intermediaries in Regulatory T-cell Tolerance, Nature, 442:997, 2006

34 BIBLIOGRAFIA Moore K.W. et al., Interleukin-10 and the Interleukin-10 Receptor, Annu Rev Immunol, 19:683, 2001 Okada Y. et al., Adenovirus Mediated IL-10 Gene Transfer to the Airway of the Rat Lung for Prevention of Lung Allograft Rejection, Transpl Immunol,, 16:95, 2006 Stammberger U. et al, Strong Additive Effect of 1,25-dihydroxycholecalciferol and Cyclosporine A but not Tacrolimus in Rat Lung Allotransplantation, Eur J Cardiothorac Surg, 24:196, 2003 Thomson A.W., Lotze M.T. The Cytokine Handbook- Fourth Edition, 1:1301, 2003 Waldamann H., Protection and Privilege, Nature, 442:987, 2006 Zhou X. et al., Boosting Interleukine-10 Production: Therapeutic Effects and Mechanisms, Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord 5:465, 2005 Zuo X et al., Prolongation of Allograft Survival with Viral IL-10 Transfection in a Highly Histoincompatible Model of Rat Heart Allograft Rejection, Transplantation, 71:686, 2001