IL-12 e IL-27. Nicoletta Minari

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1 IL-12 e IL-27 Nicoletta Minari

2 Introduzione La differenziazione di cellule Th in Th1 o Th2 durante la risposta immunitaria protettiva è un processo critico Th1 sono produttori di IFN-γ, promuovono la risposta immunitaria cellulomediata, agiscono contro patogeni intracellulari Th2 producono IL-4, mediano la risposta immunitaria umorale e proteggono da patogeni extracellulari

3 Scoperta IL-12 Due gruppi di studiosi scoprono indipendentemente una citochina che sarà chiamata IL-12 Gruppo 1: descrive una citochina chiamata fattore di maturazione dei linfociti citotossici (CLMF) che insieme ad IL-2 potenzia l induzione di linfociti T citotossici (CTL) e linfochine Killer attivate (LAK) Gruppo 2: scopre un altra citochina chiamata fattore di stimolazione di cellule Natural Killer (NKSF) che aumenta la mediazione della citotossicità di NK e l induzione di secrezione di INF-γ L attività biologica di CLMF e di NKSF era associata ad una citochina che è stata chiamata IL-12

4 Struttura IL-12 Eterodimero di 70 KDa (p70) formato da 2 catene unite da un ponte di solfuro Catena leggera α : 35 KDa (p35) codificata da un gene collocato sul cromosoma 5 (5q31-q33); composta da 187 aa; presenta omologia con IL-6 e G-CSF Catena pesante β : 40 KDa (p40) codificata da un gene collocato sul cromosoma 3 (3p12-3q13.2); composta da 306 aa; presenta omologia con IL-6R α-subunità e CNTFR; associata alla subunità p19 di IL-23 Non c è omologia tra subunità p35 e p40

5 Struttura IL-12 Christoph Holscher, The power of combinatorial immunology: IL-12 and IL-12-related dimeric cytokines in infectious diseases, Med Microbiol Immunol (2004) 193: 1 17

6 Produzione IL-12 Essenzialmente prodotta da linfociti B infettati da EBV, nessuna produzione da parte di linfociti T La stimolazione con estere di forbolo permette l aumento di produzione di IL- 12 I linfociti B producono p40 libera, mentre nessuna linea cellulare produce p35 libera Cellule umane mononucleate presenti nel sangue producono bassi livelli di p40 libera e di IL-12 I primi produttori di IL-12 sono cellule aderenti (macrofagi,monociti) e linfociti non aderenti, la maggior parte di linfociti B può produrre bassi livelli di IL-12 Producono IL-12 anche cellule della microglia e cellule dendritiche

7 Produzione IL-12 TLR riconosce molecole patogene attiva le cellule APCs IL-12 Th1 IFN-γ macrofagi

8 Ruolo di IL-12 durante le infezioni intracellulari L attivazione del sistema immunitario innato per produrre IL-12 è un prerequisito per lo sviluppo della risposta immunitaria cellulo-mediata dopo l infezione con patogeni intracellulari Deficienze di IL-12 o IL-12R = suscettibilità ad infezioni intracellulari Risposta immunitaria cellulo-mediata attraverso Th1 difende da infezioni intracellulari mirando all attivazione di macrofagi attraverso meccanismi IFN-γ dipendenti IL-12 induce produzione di IFN-γ da NK e cellule T, aumenta l attività citotossica di NK favorendo la generazione di cellule T CD8+ citotossiche IL-12 è un ponte tra la resistenza innata non specifica e la successiva risposta immune adattativa antigene-specifica

9 Deficienze di IL-12 Topi IL-12 K.O. sono suscettibili ad infezioni con patogeni intracellulari, presentano funzioni alterate in NK, cellule T CD4+, CD8+ ma in questi modelli IFN-γ non è completamente assente = pathway indipendente da IL-12 Topi IL-12 K.O. sviluppano normale risposta immunitaria cellulo-mediata = abilità a promuovere differenziazione Th1 e memoria immunitaria Analisi topi sopravvissuti ad infezioni con L. monocytogenes = resistenza a reinfezioni come topi wild-type

10 Deficienze di IL-12 Alterate risposte immunitarie cellulo-mediate, aumento suscettibilità ad infezioni opportunistiche Produzioni di IFN-γ = indipendente pathway di IL-12 della risposta immunitaria cellulo-mediata Infezione da L. major topi WT risolvono la lesione Infezione da T. cruzi = la resistenza è stata diminuita similmente IL-12p35 e IL- 12p40 K.O.. IL-12p40 K.O. hanno una diminuzione della risposta immunitaria Th1 dopo l infezione con mycobatteri IL-12p35 K.O. sono capaci di sviluppare risposta immunitaria cellulo-mediata in assenza di IL-12 Deficienze di IL-12p40 è più grave rispetto deficienze di IL-12p35 ; IL-12p40 ha funzione protettiva

11 IL-12p80 Ha funzione di antagonista di IL-12, si lega al recettore di IL-12 ma non media risposte biologiche Un eccesso di IL-12p80 down regola la risposta immunitaria mediata da IL-12 IL-12p80 esogena inibisce risposta immunitaria cellulo-mediata e protegge topi dalla morte Agisce come regolatore fisiologico dell attività di IL-12 nei topi IL-12p35 K.O. produce normali livelli di IL-12p80 e IL-12p40, questi monomeri, da soli o associati a IL-12p35 hanno un ruolo cruciale nell eliminazione dei patogeni Probabile spiegazione: la risposta Th1 e la resistenza dei topi IL-12p35 K.O. potrebbe essere dovuta all attività agonistica di IL-12p40 omodimero altri studiosi pensano che l aumento dell attività immune in topi IL-12p35 K.O. potrebbe essere il risultato di un partner non ancora scoperto della subunità p40

12 Conclusioni su IL-12 Dopo infezioni con patogeni intracellulari la risposta immune cellulo-mediata è regolata da citochine correlate ad IL-12 L applicazione di citochine ricombinanti potrebbe prevedere strategie di immunoterapia sia per aumentare che per down regolare la risposta Th1 dipendenti da omodimeri o eterodimeri

13 Struttura IL-27 Eterodimero composto dal recettore EBI3 e subunità p28 EBI3 può legare: IL-27p28,IL-12p35, IL-12p40, IL-23 P28 presenta omologia con p35 e p19, è composta da 234 aa ed è codificata sul cromosoma 16p11

14 Proprietà pro-infiammatorie di IL-27 IL-27 incrementa la produzione di INF-γ da parte di cellule T naive CD4+, cellule T deficienti del recettore per IL-27 producono meno IFN-γ Topi deficienti del recettore per IL-27 sono più suscettibili ad infezioni con L. monocytogenes ed a L. mayor che è associato ad aumento della risposta delle Th2 e riduce la risposta delle Th1 Se manca la componente EBI3 di IL-27 si sviluppano specifiche cellule Th1 per Leishmania e l infezione viene controllata La necessità di IL-27 nello sviluppo della risposta immunitaria protettiva è transiente IL-27 non è richiesta per promuovere la risposta IFN-γ C è una limitata prova del ruolo endogeno di IL-27 nella promozione della risposta cellulare durante le infezioni, alcuni studi indicano che può promuovere infiammazione in modelli di cancro e autoimmunità

15 Proprietà anti-infiammatorie di IL-27 I primi effetti anti-infiammatori di IL-27 sono stati forniti da modelli in vivo di infezioni dovute a parassiti Topi infettati da T. gondii deficienti della subunità recettoriale di IL-27 WSX1 sviluppano cellule T CD4+, CD8+ e IFN-γ durante la fase acuta dell infezione e questo è sufficiente per controllare la replicazione dei parassiti, ma a questi topi viene a mancare la down regolazione della risposta immune adattativa Sviluppo di patologia caratterizzata da incremenento di produzione di cellule T, IFN-γ e IL-2. Quindi in presenza di un forte stimolo,come infezione batterica o parassitaria, l abilità di IL-27 a promuovere la risposta di Th1 diventa secondario al ruolo di soppressore della proliferazione di cellule T e produzione di citochine. Sembra che IL-27 abbia un diretto effetto inibitorio sulla generazione di Th2 che è indipendente dalla capacità di aumentare la produzione di IFN-γ

16 Effetti di IL-27 sulla proliferazione di cellule T Incremento della proliferazione delle cellule T CD4+ in assenza del recettore dell IL-27 IL-2 (fattore di crescita delle cellule T): regola negativamente l espressione del recettore di IL-27 Presenza di alti livelli di IL-2 in assenza del recettore di IL-27 IL-27 sembra avere effetto inibitorio sulle cellule T, IL-2 ha invece un ruolo sullo sviluppo di Th1 e Th2

17 Effetti di IL-27 su cellule ematopoietiche Il recettore dell IL-27 interagisce con altre cellule dell immunità Sebbene cellule T CD4+ e CD25+ esprimono il recettore dell IL-27 non ci sono studi pubblicati che dimostrano effetti biologici di IL-27 su questo sottoinsieme di cellule T Topi deficienti del recettore dell IL-27 producono maggiori livelli di IL-4, IFN-γ, TNF rispetto a topi wild type. Allo stesso modo macrofagi e leucociti esprimono il recettore dell IL-27 e in sua assenza aumenta la produzione di citochine infiammatorie da parte di queste cellule IL-27 può sopprimere una gamma di tipi cellulari dell immunità, ma la base del meccanismo per queste attività anti-infiammatorie restano da esplorare

18 Conclusioni su IL-27 L uso di esperimenti con parassiti ha dato risultati inaspettati Studi con L. major indicano il ruolo di IL-27 nella promozione della risposta cellulare di Th1 Studi con T. gondii mostrano effetti di soppressione da parte di IL-27 Incrementando IL-27 ed il suo recettore si hanno condizioni di infiammazione cronica (es. morbo di Chron) E difficile predire se questo indica un ruolo pro-infiammatorio di IL-27 oppure un punto nel meccanismo di regolazione endogena al fine di limitare l attività delle cellule T Questa conoscenza potrebbe portare a bloccare IL-27 per aumentare l immunità indotta da vaccino oppure a circostanze in cui il trattamento con IL-27 potrebbe sopprimere risposte immunitarie inappropriate durante infezioni

19 Bibliografia Christoph Holscher, The power of combinatorial immunology: IL-12 and IL-12- related dimeric cytokines in infectious diseases, Med Microbiol Immunol (2004) 193: 1 17 Christopher A. Hunter, NEW IL-12 FAMILY MEMBERS:IL-23 AND IL-27, CYTOKINES WITH DIVERGENT FUNCTIONS, NATURE REVIEWS IMMUNOLOGY, VOLUME 5 JULY 2005 Bok Yun Kang and Tae Sung Kim, Targeting Cytokines of the Interleukin-12 Family in Autoimmunity, Current Medicinal Chemistry, 2006, 13,