TCR-Signaling

Corso di Immunologia e Immunopatologia - II anno
Lezione 02/04/2012
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cippiskype
Attivazione dei linfociti T,
TCR/CD3, CD4-CD8.
Il materiale presente in questo documento viene distribuito esclusivamente
ad uso interno e per scopi didattici.
Attivazione dei linfociti T vergini
- Intro e punti chiave.
“Naïve”
• I linfociti T Naïve sono attivati nei linfonodi e milza
(organi linfoidi secondari) …. e ” M.A.L.T. ”…..
• Le cellule Dendritiche sono le APCs “chiave” per i T
naïve.
• Le cellule T Naïve hanno bisogno dell’MHC/peptide +
antigen-presenting cell "costimulation”, nella forma di
molecole B7 …. (ma anche di altro….).
• Solo le APCs professionali esprimono le molecole B7; e in
particolare quando sono attivate.
• La stimolazione antigenica in assenza del costimolo, può
portare alla perdita della responsività T, e alla
tolleranza (periferica in questo caso).
Come i linfociti T ab naïve, maturi, trovano l’Ag
• Antigen transport. Le cellule Naïve risiedono
principalmente nei linfonodi e nella milza. Le cellule
Dendritiche trasportano l’Ag ai linfonodi drenanti,
mentre gli Ags del torrente ematico finiscono nella
milza.
• T cell entry to lymph nodes. I linfociti T ricircolano
attraverso i linfonodi utilizzando gli “homing
receptors”, “integrins”, e rispondendo alle chemochine
prodotte costitutivamente dallo stroma del linfonodo.
• T cell scan of APCs. I linfociti T analizzano la
superficie delle “antigen presenting cells”.
L’interazione è iniziata dalle molecole di adesione.
• Antigen recognition.
In pratica:
Figure 6-3
Figure 6-10
Principali “professional
Antigen Presenting Cells
APCs”.
Risposte funzionali dei linfociti T
I linfociti T effettori hanno diverse proprietà di “homing”
Promotes homing to
lymph nodes
Promotes homing to
inflamed tissues
L’induzione della risposta adattativa richiede alcuni giorni
Infection!
Cinetica di una tipica risposta T
From: Abbas & Lichtman, Cellular & Molecular Immunology, W. B. Saunders, 2003
ATTIVAZIONE DEI LINFOCITI T
Punti chiave trattati:
1. L’attivazione dei linfociti T avviene nell’ambito di una complessa
interazione cellula-cellula
2. La stimolazione di una cellula T in GO, attiva la progressione del
ciclo cellulare, cambiamenti metabolici, sintesi e ingrandimento della
cellula (blasti)
3. L’attivazione è iniziata dal TCR, ma richiede anche l’intervento di altri
recettori di costimolo
4. Eventi chiave sono la produzione di linfochine e la riposta cellulare a queste
Il risultato finale è la “clonal expansion” e l’acquisizione delle funzioni effettrici
(differenziamento)
T cell antigen recognition
La vista da
sopra l’MHC
Hennecke and Wiley. 2001. Cell 104:1-4
I linfociti T inizialmente aderiscono all’APC
attraverso molecole di adesione. Poi……
Come comunicare? Incominciando a toccarsi…
Molecole d’adesione intercellulare (ICAM) della
superfamiglia delle immunoglobuline che legano
le integrine
Si viene a formare una sinapsi temporanea
la cui durata viene influenzata dagli eventuali
segnali dati dal TCR, se riconosce il complesso
MHC-peptide
PRINCIPALI MOLECOLE COINVOLTE NELL’INTERAZIONE
TRA LINFOCITI T e APC.
Complessità dell’interazione LINFOCITI T/APC.
T Cell
CD28
B7-1/2
LFA-1
ICAM-1 or 2
CD4 or CD8
TCR
MHC
CD2
LFA-3
CD40L
CD40
APC
or
Target
Cell
Intermolecular Interactions
Antigen recognition:
Adhesion:
Costimulation:
Differentiation:
TCR - peptide/MHC
LFA-1 - ICAM-1
CD2 - LFA3
CD28 - B7
CD40 - CD40L
Il TCR analizza la presenza di “MHC-peptide
complexes”, e se presenti promuove l’adesione
attraverso un “conformational change” di LFA-1
Inoltre…
Antigen recognition induces a re-organization
of different T cell surface receptors
Dopo aver interagito
con il complesso
MHC-peptide il TCR
trasloca in un micro
dominio della
membrana (LIPID
RAFT) ricco in
colesterolo, acidi
grassi insaturi,
sfingomielina e
glico-sfingolipidi.
SMAC (supramolecular activation complex)
T cell/APC interactions – “bulls-eye type structure”
p-SMAC
c-SMAC
c-SMAC
LFA-1, Talin, CD43, CD45, CD148
TCR/CD3, CD2, CD28, PKCq, lck
- Peptidi alterati o non attivanti, non supportano la formazione di
queste strutture “supramolecolari”.
TCR aggregation upon antigen recognition
The immunological synapse in different
types of T cell interactions
TCR
LFA-1/talin
lytic granules
lytic granules
The T-cell synapse
I linfociti T si “polarizzano”
durante il riconoscimento dell’Ag.
T Cell
Target Cell
1. MTOC e i microtubuli polarizzano
2. Il Citoscheletro di Actina
polimerizza e polarizza
3. I T polarizzano, le APCs, no
(o molto meno…)
4.
MTOC
Polymerized Actin
La polarizzazione degli elementi
del citoscheletro, contribuisce
alla secrezione polarizzata dei
granuli citolitici e delle linfochine
Complessità dell’interazione LINFOCITI T/APC.
Ricapitolando……
Two-steps binding of the TCR to its ligand
conformational change !
- MHC residues (a-helices) affect association (guide the TCR to its ligand)
- allow conformational change of the CDR3 loops
- peptide residues affect the dissociation or stability of the tri-molecular complex
Wu et al. 2002. Nature 418,552-556
CD3 complex associates with TcR and initiates signal transduction
ITAM motif:
YxxI/LxxxxxxYxxI/L
Binding site for
SH2-containing
proteins
TCR
BCR
FcR1
FcRIII
mIgM
a
Ti
a
b
CD16
CD3




b
 


Igb
Iga
Iga

Igb
ITAMs
(Immunoreceptor Tyrosine-Based Activation Motif)
h1
h2
h3
N Q L Y N E L N L G R R E E - Y D V L
E G L Y N E L Q K D K M A E A Y S E I
D G L Y Q G L S T A T K D T - Y D A L
hCD3 
hCD3 
hCD3 
D Q L Y Q P L K D R E D D Q - Y S H L
N P D Y E P I R K G Q R D L - Y S G L
D Q V Y Q P L R D R D D A Q - Y S H L
hDAP12
E S P Y Q E L Q G Q R S D V - Y S D L
rIgE FcR 
rIgE FcR b
D A V Y T G L N T R N Q E T - Y E T L
D R L Y E E L - H V Y S P I - Y S A L
mIg a
mIg b
E N L Y E G L N L D D C S M - Y E D I
D H T Y E G L N I D Q T A T - Y E D I
BLV gp30
EBV LMP-2
SIV Nef
KSHV
D
H
G
L
S
S
D
Q
D
D
L
D
Y
Y
Y
Y
Q
Q
E
Y
A
P
R
S
L
L
L
L
L
G
L
H
P
T
R
D
S
Q
A
L
A
D
R
C
P
Q
G
T
E
S
E
E
I
L
T
D
-
Y
Y
Y
Y
S
L
G
T
H
G
R
Q
L
L
L
P
Consensus
- - - Y - - L - - - - - - - - Y - - L

La propagazione del segnale generato
dal complesso CD3-/TcR
* Eventi biochimici prossimali al recettore
* Eventi biochimici citoplasmatici
* Eventi biochimici nucleari
CD4 e CD8 partecipano agli eventi
precoci di trasduzione del segnale
Lck
Lck
EVENTI PRECOCI INDOTTI DALL’AGGREGAZIONE RECETTORIALE
fyn
EVENTI PRECOCI INDOTTI DALL’AGGREGAZIONE RECETTORIALE
Src family tyrosine kinases initiate
TCR/CD3 signal transduction
fyn
Binding to cell
membrane
(myristoylation)
Binding to
CD4/CD8
coreceptor
(lck)
Src family tyrosine kinases
(fyn and lck) initiate signal
transduction in T cells
Their activity is regulated by
inhibitory and activating tyrosine
residues
Csk
Csk= tyrosine kinase
CD45= tyrosine phosphatase
Auto pTyr
CD45
Auto pTyr
Binding to cell
membrane
(myristoylation)
Binding to
CD4/CD8
coreceptor
(lck)
Src family tyrosine kinases
(fyn and lck) initiate signal
transduction in T cells
Their activity is regulated by
inhibitory and activating tyrosine
residues
Csk
Csk= tyrosine kinase
CD45= tyrosine phosphatase
Auto pTyr
CD45
Auto pTyr
Nomenclatura dei
dominii molecolari.
Protein Interaction modules
SH2 Domains - Interact with tyrosine phosphorylated sequences
SH3 Domains - Interact with proline-rich sequences
PH Domains - Interact with membrane phospholipids
TH Domains - Unique to Tec family kinases - proline rich
Ruolo del CD45 nell’attivazione dei linfociti T
Figure 6-16 part 1 of 2
Phosphatase
domains
CD45 o L-CA = Leukocyte-Common Antigen
The tyrosine phosphatase CD45: a family of isoforms
Isoform
expression
changes during
lymphocyte
differentiation
and activation !!
I linfociti T effettori hanno diverse proprietà di “homing”
Promotes homing to
lymph nodes
Promotes homing to
inflamed tissues
Allora…. cosa succede ??
1. lck and fyn phosphorylate CD3 ITAMs
CD45
1. lck and fyn phosphorylate CD3 ITAMs
EVENTI PRECOCI INDOTTI DALL’AGGREGAZIONE RECETTORIALE
1. lck and fyn phosphorylate CD3 ITAMs
2. ZAP70 tyrosine kinase is recruited
and activated at the cell membrane
ZAP70 phosphorylates many substrates:
adaptors and PLC
GADS:
Grb2-related
Adaptor
Downstream of Shc)
Signalosome: LAT GADS SLP-76 PLC1
Itk è reclutato nel Signalosome e
fosforila PLC 1
PH
Itk
Kin
TH
SH2
P
Eventi sequenziali nella TCR Signal Transduction
ZAP70 phosphorylates many substrates:
adaptors and PLC
A rapid augmentation of
cytosolic Ca2+ concentration
is one of the earliest
activation events upon
antigen recognition
ZAP70 phosphorylates
many substrates:
adaptors and PLC
….La via di RAS nell’attivazione dei linfociti T
Il TCR può attivare Ras attraverso meccanismi multipli
CD4
Proteine Attrivatrici delle
GTPasi Ras (GAPs)
TCR
Proteine Attrivatrici delle
GTPasi Ras (GAPs)
PIP2
Ras GAPs Ras
GTP
GDP
P
Lck
P
Sos
Grb2
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Ras GAPs Ras
GDP
GTP
P
P
P
P
PKC
PLC-1
RasGRP
P
ZAP-70
P
LAT
IP3 + DAG
P
LAT P
Gads
Itk
P
SLP-76 P
P
Ras effectors
Ras effectors
La via di RAS nell’attivazione dei linfociti T
La via di RAS
nell’attivazione
dei linfociti T
ZAP70 phosphorylates many substrates:
adaptors and PLC
A rapid augmentation of
cytosolic Ca2+ concentration
is one of the earliest
activation events upon
antigen recognition
A rapid augmentation of
cytosolic Ca2+ concentration
is one of the earliest
activation events upon
antigen recognition
PKC….
TCR signal transduction leads to the activation
of multiple transcription factors
ATTIVAZIONE DI
FATTORI
TRASCRIZIONALI
TCR signal transduction leads to the activation
of multiple transcription factors
La propagazione del SEGNALE
trasmesso dal complesso TCR/CD3
La propagazione del SEGNALE
trasmesso dal complesso TCR/CD3
Espansione
clonale