Università degli Studi di Torino Scuola Universitaria per le Biotecnologie Corso di Laurea Specialistica in Biotecnologie Molecolari Presentazione di Immunologia Molecolare Anno 2006-2007 Interleuchina-3 (IL-3) Torino, 21/12/2006 Federica Gillone
IL-3 IL-3 è conosciuta anche come Multi-CSF citochina pleiotropica che stimola la proliferazione, il differenziamento, la secrezione e la sopravvivenza di numerose cellule target all interno del sistema emopoietico (ma non solo) È stata scoperta indipendentemente da diversi gruppi di ricerca. Purificata biochimicamente nel 1983 da due gruppi di ricercatori distinti. Studi successivi di clonazione, espressione, sintesi chimica hanno portato ad attribuire tutte le bioattività scoperte ad una singola proteina. The Cytokine Handbook, 4 th Edition, 2003
IL-3: La molecola
Le caratteristiche Citochina emopoietica Citochina a catena corta (140 aa in topo e 133 aa in uomo) Altamente glicosilata all N-terminale Struttura a 4 α-eliche: up-up-down-down Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003
L espressione Gene IL-3: Nell uomo: posto sul cromosoma 5 (5q23\q31), 9 kb a monte del gene GM-CSF Nel topo: posto sul cromosoma 11 vicino al gene per GM-CSF mil-3 e hil-3 : 29% identità a livello aa Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003
La produzione Cellule che producono IL-3: Linfociti T attivati Mast Cell Nk Eosinofili Cheratinociti Cellule Microglia Cellule Stromali Dendritic Cell Lorentz A, Bischof SC, Regulation of Human intestinal mast cell by stem cell factor and IL-4,Immunological Review, 179:57, 2001 Shelburne GP, JJ Ryan. Role of Th2 cytokines in mast cell homeostasis, Immunological Review, 179:82, 2001
IL-3 nel siero In situazioni normali quantità significative non riscontrabili nel sangue e nei fluidi extracellulari. Nel caso di Graft vs Host, piccole quantità di IL-3 nel siero. Vita media breve di IL-3 iniettata intravena Distruzione a livello renale Somministrazione in vivo resa difficoltosa dalla rapida clearence The Cytokine Handbook, 4 th Edition, 2003
IL-3: Il recettore
Le Caratteristiche Membro della superfamiglia dei recettori per l emopoietina o delle citochine di tipo I Eterodimero: catena α e catena βc Reddy EP et al. IL-3 signaling and the role of Src Kinases,JAKs and STATs: a covert liason unveiled, Oncogene, 19:2532, 2000
La catena α CRM con 2 domini fibronectina di tipo III e 2 cys conservate WSXWS motif BOX1 e BOX2 Piccola glicoproteina TM Gene IL3Rα: Nell uomo:posto su regione pseudoautosomale del braccio corto dei cromosomi sessuali, vicino al gene GM-CSFRα Nel topo: posto su cromosoma 14,mentre gene GM-CSFRα su cromosoma 19 Bassa affinità di legame con IL-3 e alta cinetica di dissociazione Dominio C: privo di attività catalitica Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and Rich prolin motif GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003
La catena β 2CRM ciascuno con 2 domini fibronectina di tipo III e 2 cys conservate WSXWS motif BOX1 e BOX2 Comune a IL-5R e GMCSFR Lunga catena glicoproteica TM Dimerizza con il complesso IL3Rα/IL3 Gene: Nell uomo: posto su cromosoma 22 Nel topo:oltre a βc anche βil-3 in grado di legare ad alta affinità mil-3 Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003
L ectodominio della βc Murphy JM and Young IG. IL-3, IL-5 and GM-CSF signaling: crystal structure of the human beta-common receptor, Vitam Horm,74:1, 2006
Le vie di segnalazione IL3 IL3 Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003 IL3
Le vie di segnalazione Reddy EP et al. IL-3 signaling and the role of Src Kinases,JAKs and STATs: a covert liason unveiled, Oncogene, 19:2532, 2000
IL-3: Attività biologiche e clinical desease
Attività Biologiche Emopoiesi adulta Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003
Attività Biologiche Emopoiesi adulta: ruolo dell Id1 Id1:fattore trascrizionale di tipo HLH Sviluppo mieloide Leeanansaksiri W et al.il-3 induces inhibitor of DNA- binding protein-1in hemopoietic progenitor cells and promotes myeloid cell development, J Immunol, 174:7014, 2005
Attività Biologiche Emopoiesi adulta: granulocyte demand Kincade P.W. Supplying the demand for granulocytes, Nat Immunol, 7:701, 2006
Attività Biologiche Regolazione proliferazione osteoclasti (OCL) Stem cell niche in bone Yin T, Li L The stem cell niches in bone,j Clin Invest 116(5):1195 2006
Attività Biologiche Regolazione proliferazione osteoclasti (OCL) Khapli SM et al, IL-3 acts directly on osteoclast precursors and irreversibly inhibits receptor activator kb ligand-induced osteoclast differentiatio by diverting the cells to macrophage lineage, J
Attività Biologiche Regolazione proliferazione osteoclasti (OCL) Khapli SM et al, IL-3 acts directly on osteoclast precursors and irreversibly inhibits receptor activator of NF-kB ligand-induced osteoclast differentiatio by diverting the cells to macrophage lineage, J Immunol,171:142,2003
Attività Biologiche Multiple Myeloma Disease Distruzione osteolitica dell osso (dolori alle ossa, ipercalcemia,fratture) non accompagnata da formazione di nuovo osso. Le cellule di mieloma stimolano l attività degli osteoclasti e sopprimono quella degli osteoblasti Aumento di OCL induce progressione del mieloma direttamente attraverso interazione cellula-cellula e indirettamente attraverso il rilascio di citochine dalla matrice ossea, durante il riassorbimento dell osso IL-3:ruolo dualistico Erlich LA et al,the role of immune cells and inflammatory cytokines in Paget's disease and multiple myeloma, Immunol Rev,208:252, 2005
Attività Biologiche Multiple Myeloma Disease:IL3 aumenta formazione OCL Lee JW.IL-3 expression by myeloma cells increases both osteoclast formation and growth of myeloma cells, Blood,103(6):2308, 2004
Attività Biologiche Multiple Myeloma Disease: IL3 inibisce differenziamento OBL Ehrlich LA et al, IL-3 is a potential inhibitor of osteoblast differentiation in multiple myeloma, Blood, 106(4):1407, 2005
Attività Biologiche Nel sistema nervoso centrale: Microglia esprimono βc e pare che IL-3 agisca in maniera autocrina Importanza clinica risiede nel fatto che nei pazienti affetti dal morbo di Alzheimer si ritrova una certa quantità di IL-3 postmortem Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003
Approcci Terapeutici DC come vaccini per la cura del cancro (Trakatelli M et al): IL-3+IFNβ inducono formazione di DC presentanti l antigene tumorale NA17.A2 presente in melanoma desease. Produzione di cellule T CD8+ Leucemia mieloide acuta (AML): trial clinici con Diphteria Toxin - IL3 e forme varianti (Testa et al., Hogge DE et al.) Gene targeting IL3 in vivo: utile per stimolare l emopoiesi in pazienti sottoposti a chemioterapia.(chapel et al) mab anti CD117 associato covalentemente a plasmide codificante IL-3 umano legame con cellule staminali emopoietiche CD34+ CD117+ e internalizzazione
Bibliografia The Cytokine Handbook, 4 th Edition, 2003 Reddy EP et al. IL-3 signaling and the role of Src Kinases,JAKs and STATs: a covert liason unveiled, Oncogene, 19:2532, 2000 D.R.Barreda et al. Regulation of myeloid development and function by colony stimulating factors, Dev Comp Immunol, 28:509, 2004 Murphy JM and Young IG. IL-3, IL-5 and GM-CSF signaling: crystal structure of the human beta-common receptor, Vitam Horm,74:1, 2006 Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003 Yen JJ, Yang-Yen HF. Transcription factors mediating interleukin-3 survival signals, Vitam Horm,74:147, 2006 Kincade P.W. Supplying the demand for granulocytes, Nat Immunol, 7:701, 2006 Leeanansaksiri W et al.il-3 induces inhibitor of DNA- binding protein-1in hemopoietic progenitor cells and promotes myeloid cell development, J Immunol, 174:7014, 2005
Bibliografia Ehrlich LA et al, IL-3 is a potential inhibitor of osteoblast differentiation in multiple myeloma, Blood, 106(4):1407, 2005 Khapli SM et al, IL-3 acts directly on osteoclast precursors and irreversibly inhibits receptor activator of NF-kB ligand-induced osteoclast differentiatio by diverting the cells to macrophage lineage, J Immunol,171:142,2003 Erlich LA et al,the role of immune cells and inflammatory cytokines in Paget's disease and multiple myeloma, Immunol Rev,208:252, 2005 Lee JW.IL-3 expression by myeloma cells increases both osteoclast formation and growth of myeloma cells, Blood,103(6):2308, 2004 Shelburne GP, JJ Ryan. Role of Th2 cytokines in mast cell homeostasis, Immunological Review, 179:82, 2001 Lorentz A, Bischof SC, Regulation of Human intestinal mast cell by stem cell factor and IL4,Immunological Review, 179:57, 2001 Yin T, Li L The stem cell niches in bone,j Clin Invest 116(5):1195 2006 Testa U. et al, Interleukin-3 receptor in acute leukemia, Leukemia, 18:219, 2004 Hogge DE et al.variant Diphteria toxin- interleukin 3 fusion protein with increased receptor affinity have anhanced cytotoxicity against acute myeloid leukemia progenitor, Clin Cancer Res,12(4):1284,2006 Trakatelli M et al, A new dendritic cell vaccine generated with interleukin-3 and interferon- beta induces CD8+ T cell responses against NA17-A2 tumor peptide in melanoma patients., cancer immunol immunother,55:469, 2006 Chapel A. et al. In vivo gene targeting of IL-3 in immature hematopoietic cells through CD117 receptor mediated antibody gene delivery. Genetic vaccines and therapy, 2:16, 2004