lezione 3 - Macroarea di Scienze

La presentazione dell’antigene
e
L’attivazione dei linfociti T
1
Obiettivi
•Analisi della biologia cellulare e significato dei differenti
pathways di presentazione dell’antigene
•Pathway di processazione endogena e presentazione a da
parte delle molecole MHC di classe I a linfociti T CD8+
•Pathway di processazione esogena e presentazione a da
parte delle molecole MHC di classe II a linfociti T CD4+
•Meccanismi di attivazione dei linfociti T
•Attivazione vs anergia
•Risposte effettrici dei linfociti T
•Classificazione funzionale dei linfociti T
•Analisi della risposta T cellulare in vitro ed ex vivo
2
1. Biologia cellulare e
significato dei differenti
pathways di presentazione
dell’antigene ai linfociti T
3
La processazione dell’antigene e
la presentazione ai linfociti T (1)
La processazione e la presentazione dell’antigene
ai linfociti T è un insieme dei processi intimamente
interconnessi che avvengono nella cellula, che
hanno come risultato la frammentazione delle
proteine antigeniche, l’associazione dei frammenti
proteici (peptidi) alle molecole MHC, il trasporto
del complesso peptide/MHC sulla superficie
cellulare dove può essere riconosciuto dal
recettore dei linfociti T.
4
La processazione dell’antigene e
la presentazione ai linfociti T (2)
• Frammentazione delle proteine in peptidi
• Associazione delle proteine alle molecole MHC di
neosintesi e/o ricircolo dalla membrana
citoplasmatica
• Trasporto del complesso peptide/MHC sulla
membrana citoplasmatica
La necessità da parte del sistema immunitario di
eliminare/neutralizzare diversi tipi di antigeni e di
monitorare il “self” ha portato allo sviluppo di due
diverse vie di processazione e presentazione antigenica
in grado di stimolare la popolazione di linfociti T più
opportuna alla eliminazione dell’antigene stesso
5
Le vie di processazione dell’antigene e
la presentazione ai linfociti T
CD4+
T-Cell
Complesso
MHC/peptide/TCR
CD8+
T-Cell
Proteasoma
Ribosomi
Patogeni e particelle
extracellulari etc
APC
TCR
MHC-II
MHC-I
6
Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (1)
•I virus replicano all’interno di cellule nucleate e nel citosol
delle cellule sono presenti I suoi antigeni (antigeni endogeni)
•Cellule trasformate producono set diversi di proteine (inclusi
“neoantigeni”). Queste proteine sono presenti nel citoplasma
della cellula (antigeni endogeni)
•Questi antigeni sono degradati nel citoplasma da complessi
macromolecolari (proteasomi) e vengono associati a
molecole MHC di classe I di neosintesi nel reticolo
endoplasmatico e portate sulla superficie cellulare.
•I linfociti T CD8+ citotossici riconoscono il complesso MHCI/peptide ed uccidono queste cellule infette/trasformate,
controllando la diffusione del virus e delle cellule trasformate
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Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (2)
•I
batteri
replicano
principalmente
nell’ambiente
extracellulare. Le cellule del sistema immunitario captano i
batteri e li degradano nel compartimento lisosomale.
• le cellule rendono disponibili in questo compartimento
frammenti peptidici degli antigeni (esogeni) che associati a
molecole MHC di classe II vengono esportati alla superficie
cellulare.
•I linfociti T helper (Th2) riconoscono il complesso MHCII/peptide ed rilasciano citochine in grado di attivare i linfociti
B a produrre anticorpi contro i batteri, limitando così la
crescita di questi organismi.
8
Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (3)
•Alcuni batteri sono patogeni intracellulari replicandosi nelle
vescicole
endosomali/lisosomali
(principalmente
dei
macrofagi).
•I loro prodotti possono essere degradati ed associati a
molecole MHC-II sulla superficie cellulare.
•I linfociti T helper (Th1) riconoscono il complesso MHCII/peptide ed rilasciano citochine proinfiammatorie in grado di
attivare i macrofagi, determinando l’uccisione dei batteri
intracellulari.
9
Localizzazione dell’antigene
e presentazione
10
Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (4)
•Le molecole MHC non sono esportate sulla superficie
cellulare se non sono complessate con un peptide
•Sia peptidi derivanti da proteine self che non-self sono
associati alle molecole MHC ed esportate sulla superficie
cellulare
•La natura chimica della tasca di legame delle molecole
MHC determina quali peptidi vengono legati
•Il set di molecole MHC del singolo individuo determina
l’insieme di antigeni che questo può riconoscere/non
riconoscere
11
2. Pathways di processazione
antigenica endogena ed
esogena
12
Eventi nella via di presentazione
dell’antigene ai linfociti T CD8
Proteine ubiquitinate del citosol sono degradate dai
proteosomi (un complesso di proteine ad attività proteolitica)
e da altre proteasi.
I frammenti (peptidi di 12-14 aa) sono attivamente pompati
nel reticolo endoplasmatico dai trasportatori di membrana
TAP-1 e -2.
I peptidi vengono ulteriormente tagliati da proteasi all’interno
del reticolo endoplasmatico (ERAP-1 e –2) a frammenti di 810 aa che vengono associati alla molecole MHC di classe I
di neo sintesi.
I complessi MHC classe I (catena pesante), beta2
microglobulina e peptide formano un complesso stabile che
è trasportato sulla superficie cellulare
13
Pathway di processazione endogeno
14
Eventi nella via di presentazione
dell’antigene ai linfociti T CD4 (1)
•Le molecole MHC di classe II sono espresse solo da uno
specifico gruppo di cellule (le cellule presentati l’antigene –
APC-). Le principali APC sono macrofagi, cellule dendritiche
ed i linfociti B.
•Proteine esogene od antigeni complessi (virus, batteri, ect)
sono fagocitati/endocitati e degradati nel compartimento
lisosomale endosomale dalle proteasi acide presenti nei
lisosomi.
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Eventi nella via di presentazione
dell’antigene ai linfociti T CD4 (2)
•Le proteine MHC di classe II di neosintesi nel reticolo
endoplasmatico, sono associate alla catena invariante (Ii)
che ne previene il legame con peptidi endogeni e trasportate
nel Golgi e nei “late endosome” si fondono con le vescicole
del comporatimento endosomale/lisosomale dove è
avvenuta le dagradazione dell’antigene a peptidi in uno
specifico compartimento denominato MIIC).
•Qui avviene lo scambio tra Ii, o ciò che ne rimane associato
alla molecola MHC-II (CLIP), ed il peptide antigenico nella
tasca di legame, mediato da –DM e –DO.
•Quindi I complessi vengono trasportati sulla superficie
cellulare e presentati ai linfociti T CD4+.
16
Pathway di processazione esogeno
17
3. Associazione dei peptidi
antigenici alle molecole MHC
18
Interazione tra HLA classe I e peptide
19
Interazione tra HLA classe II e peptide
P4
P6
P1
P9
HLA classe II
20
4. Attivazione dei linfociti T
21
Figure 8-9
22
Interazione tra HLA/peptide/TCR
HLA-class II
HLA-class I
23
Immunological synapses
24
FigureT-cell
8-12 activation and
Co-signals control
proliferation
25
Two signals are necessarily to active
naive T-cells
26
In absence of co-signals T-cells
Figure
8-13
anergize
27
Figure 8-18
28
After capturing the
antigen, DCs migrate
from the tissue to the
proximal LN. The
antigen capture
determines the full
maturation of the DCs
capable ot activating
naïve T-cells
29
5. Eventi molecolari alla base
della attivazione dei linfociti T
30
A. Assemblaggio
del complesso di
trasduzione del
segnale
31
B. Mediatori della
trasduzione
del segnale
dei linfoinciti
Ted
attivazione
dei fattori
nucleari
32
33
6. Fase effettrice della
risposta dei linfociti T
34
A. T-cell
proliferation
and
explantion of
the
responding
pool
35
B. T-cell differentiation and effector
function
36
Figure 8-24
37
Figure 8-26
38
Figure 8-27
39
Mediators of the effector functions
40
Cytotoxic T
cells (1)
41
Cytotoxic T
cells (2)
42
Figure 8-35
43
Figure 8-37
44
Mediators of T-helper function
45
Figure 8-39 T helper
cells (1)
46
Figure 8-40
47
Figure 8-41
48
Summary of T- cell immune
response: induction,
development and pathology
49
A simplified scheme of T-cell
response
•
•
•
Induction
Activation/proliferation
Differentiation
Naive
T cell
+ antigen
– Generation of effector functions
– Generation of memory
•
Termination:apoptosis
Activated T cells
Memory
T cell
+ antigen
Effector
T cell
Cell death
Effector
activity
50
T-cell differentiation subsets and phenotypic markers
CD4
N
CD45RA, CCR7,CD62L,CD28
+ peptide/MHC-I
differentiation
+ protein/MHC-II
CD4
A
CD4
Th1
CD8
N
CD69, CD40L, CD38
CD8
A
CD45R0+
CD27+
CD4
CM
CD45R0+
CCR7+
CD8
CM
CD4
EM
CD45R0+
CCR7-
CD8
EM
CD45R0+
CD27-
CD4
E
CD45RA+
CCR7-
CD8
IE
CD45RA+
CD27-
CD4
Th2
CD4
Treg
CD8
TE
CD45RA+
CD57+
51
Functional differentiation of CD4 T lymphocytes
CT Weaver et al, Immunity 2006
52
Functional differentiation of CD8 T lymphocytes
RM.
CD8
Naive
CD8
CD45RA+CD27+hi
IL2++IFNg neg, Per neg
IE
CD8
EE
CD8
CD45RA+CD27+lo
IFNglo, Per lo
CD45RA-CD27+hi
CM
CD8
IL2+IFNg+ Per lo
CD45RA-CD27-
CD45RA-CD27+lo
IL2+IFNgloPer lo
IL2negIFNg++, Per +
EM
CD8
TE
CD8
CD45RA+CD27IL2negIFNg+, Per ++
CD45RA-CD27+hi
IL2loIFNg++, Per +
EE – early effector
– intermideate effector
TE – terminal effector
CM – central memory
EM – effector memory
RM – reverted memory
IE
Tussey et al.JID,187, 2003; H. Tomiyama et al., Eur J Immunol,
2004; H.Takata et al, JI, 2006; M. Monteiro et al. Blood, 200753
CD8 T cell response and immune control of viral infections
inefficient
efficient
товар
Антигенен
Антигенен товар
1.Complete viral
elimination
Flu,RSV
2. Primary infection
- Exposition to a high antigen load: EBV(IМ), CMV, HIV
3. Persistent infection with
high antigen load
-progressive HIV, HBV
4. Persistent infection
With low antigen load
-CMV,EBV, HSV, VZV, HIV non-progressores,
ART - controlled HIV
Acute infection
Хронична
инфекция
Chronic
infection
54
Factors determining the quality of CD8 T cell
response
Viral Load
Immune activation
CD4 T cell response
T-regs
(CD4+CD25++)
CD8 T cell response
CD8 subset balance
CD8 activation/proliferation potential
CD8 cytotoxic function
55
The functional signatures of virus-specific T cell
response dictated by antigen load
Pantaleo, G. et al., Nature Rev Immunol, 2006
56
Distribution of lymphocytes in the organism
Central lymphatic
organs
Liver & other
tissues
40х109
BLOOD
10 х109
2%
Lymph nodes
190 х109
Gut
50 х109
Lung
30 х109
Parenchymal organs and
Tissues
Spleen
70 х109
Central lymphatic
organs
57
Lymphocyte recirculation and redistribution
Steady state 900.10 9 cell /day
Velocity of Recirculation 30.10 9 cell/gram tissue / hour
ENTRY
900.10 9 cell /day
BLOOD 2% 30 min
Spleen 20% 6 h
Lymphatic/interstitial compartment 60%
16h
Other tissues 20% ?
TRANSVERSION
58