Processazione Antigene-APCs

Corso di Immunologia e Immunopatologia - II anno
Lezione 26/03/2012
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Processazione Antigeni/APCs.
Il materiale presente in questo documento viene distribuito esclusivamente ad
uso interno e per scopi didattici.
Meccanismi di processazione dell’antigene.
Esistono due
principali
compartimenti
intracellulari,
separati da
membrane…..
…...e due
principali vie di
processazione
dell’antigene.
La via esogena
La via endogena
Inside of a cell, pathogens and their products are found in
either the cytosol or in vesicles.
Mostly
viruses but
some
bacteria
Dendritic cell
after recognition by an appropriate T cell
Mostly
bacteria,
common
bacterial
products
(less likely
to be toxins
and
viruses),
“self junk”
Bacteria,
bacterial
products,
viruses
(anything
that is
antigenic)
Inside of a cell, pathogens and their products are found
in either the cytosol or in vesicles.
Mostly
viruses but
some
bacteria
Dendritic cell
after recognition by an appropriate T cell
This slide is missing the very important antigen presentation by dendritic cells: Degrade in
vesicles; peptides bind to MHC II, presented to naïve CD4 T cells, activates naïve CD4 T cells
Mostly
bacteria,
common
bacterial
products
(less likely
to be toxins
and
viruses),
“self junk”
Bacteria,
bacterial
products,
viruses
(anything
that is
antigenic)
La via esogena
La via endogena
VIA DI PRESENTAZIONE DELL’ANTIGENE ASSOCIATO
A MOLECOLE MHC I
How do cytosol peptides get associated with MHC class I (and not
with MHC class II)??
Peptides (made from proteins by “proteosomes”) are pumped from the
cytosol into the endoplasmic reticulum (ER) by transporters associated
with antigen processing (TAP) molecules.
Meccanismi di processazione dell’antigene;
- i trasportatori TAP.
E’ un processo
di trasporto
attivo.
Assemblaggio dei peptidi sull’MHC di classe I.
La via endogena
In the cytosol, proteins are degraded into peptides
by proteasomes.
Proteasomes are multicatalytic protease
complexes made of ~28 subunits
Meccanismi di processazione dell’antigene;
- il Proteasoma.
Kloetzel, P.M., Nat. Immunol., 2004
Meccanismi di processazione dell’antigene;
- il Proteasoma.
2004 Nobel Prize in chemistry for the
role of ubiquitin in protein recycling
Proteosome Produces Epitopes Poorly
Ackerman and Cresswell, Nat. Immunol., 2004
Proteosome Produces Epitopes Poorly
Ackerman and Cresswell, Nat. Immunol., 2004
Epitope Destruction vs. Production
Endoplasmic Reticulum
AminoPeptidase (ERAP)
ERAP is required for “trimming” most
peptides…..
Peptides are made from proteins in the
cytosol, transported into the ER, loaded into
MHC class I and transported to the surface
of the cell.
peptide
MHC class I
Defective Ribosomal Products (DRiPs)
Some viruses evade the
immune system by inhibiting
or blocking antigen
presentation by MHC class I
ESEMPI DI IMMUNOEVASIONE VIRALE
Assemblaggio dei peptidi sull’MHC di classe I;
- meccanismi di evasione adottati dai virus.
1) Inibizione della TAP: EBV, HSV.
2) Inibizione dell’espressione in
superficie: CMV (ER).
3) Inibizione dell’espressione in
superficie: CMV (Golgi).
4) Inibizione della traslocazione
mediata da TAP: CMV.
5) Traslocazione dell’MHC nel
citosol (e successiva
degradazione): CMV.
6) Vpu e Nef inibiscono l’espressione
della classe I: HIV.
La via esogena
La via endogena
MHC II MOLECULES PRESENT ANTIGEN ORIGINATED IN
INTRACELLULAR VESICLES
Figure 1-29
es.1
es.2
Assemblaggio dei peptidi sull’MHC di classe II.
L’antigene è preso
nelle vescicole
intracellulari
Negli endosomi
“early” a pH neutro,
le proteasi sono
inattive
L’acidificazione delle
vescicole attiva le
proteasi che
degradano l’Ag in
peptidi
Le vescicole contenenti
i peptidi si fondono con
quelle contenenti la
classe II
Assemblaggio dei peptidi sull’MHC di classe II.
La catena invariante
Ii forma un
complesso con MHC
II, bloccando il
legame del peptide e
proteine denaturate
La catena invariante è
degradata in seguito
all’acidificazione delle
vescicole, lasciando il
frammento CLIP
Gli antigeni endocitati
sono degradati in
peptidi negli endosomi.
Fusione delle vescicole.
– Il CLIP ancora blocca
la molecola di classe II
La molecola HLA-DM lega
la molecola di classe II,
rilasciando il CLIP e
permettendo al peptide
antigenico di entrare.
Viene trasportata in
membrana.
PRODUZIONE DI PEPTIDI ANTIGENICI NELLA VIA DI
PROCESSAZIONE ENDOCITICA
start
The invariant chain prevents MHC class II from
acquiring peptides too soon.
Endosome containing
degraded protein
(i.e., peptides) fuses
with endosome
containing MHC
class II
Peptides binds to MHC
class II. MHC class II
+ peptide are displayed
on the cell surface
Class II-associated
invariant-chain
peptide (CLIP)
La catena Invariante
(Ii) sull’MHC di classe
II.
La catena Invariante
si lega nel sito del peptide
sull’MHC di classe II
E’ inizialmente tagliata per
lasciare un frammento legato
alla classe II e alla membrana
Un ulteriore taglio lascia un
piccolo frammento, CLIP, legato
alla molecola di classe II
LA FUNZIONE DELLA CATENA INVARIANTE E DI HLA-DM
Assemblaggio dei peptidi
sull’MHC
di classe II.
- Ruolo dell’HLA-DM e
HLA-DO.
Ricapitolando….
assemblaggio dei peptidi sull’MHC
di classe II. - La via esogena.
Assemblaggio dei peptidi sull’MHC di classe II;
- meccanismi di evasione adottati dai batteri.
1) Listeria
2 e 3) Legionella e
Micobatteri
4) Leishmania
LA CROSS-PRESENTAZIONE o CROSS-PRIMING
Le cellule APC sono anche capaci di presentare Ag proteici
esogeni (ad es. derivati da cellule infettate o da cellule tumorali
apoptotiche fagocitate) in associazione a molecole MHC di classe
I e di stimolare i linfociti T CD8+ vergini.
LA CROSS-PRESENTAZIONE DI ANTIGENI EXTRACELLULARI
AI LINFOCITI T CD8
???
LA CROSS-PRESENTAZIONE DI ANTIGENI EXTRACELLULARI
AI LINFOCITI T CD8
MECCANISMI DI CROSS-PRESENTAZIONE:
Come un Ag internalizzato raggiunge il reticolo endoplasmico
Trasporto
retrogrado
Fuoriuscita
nel citosol
MECCANISMI DI CROSS-PRESENTAZIONE:
Alcuni Ag proteici attraversano la membrana plasmatica
ed entrano nel citosol
MECCANISMI DI CROSS-PRESENTAZIONE:
Come un Ag fagocitato raggiunge il proteasoma nel citosol
CROSS-PRESENTATION
Solo le CELLULE DENDRITICHE sono in
grado di presentare antigeni endocitati
dall'esterno anche attraverso la
VIA CITOSOLICA, che lega i peptidi a
MHC-I (CROSS-PRESENTATION).
Quindi, la CROSS-PRESENTATION
può portare alla generazione di risposte
T citotossiche contro virus che
non infettano le DC stesse.
CROSS-PRESENTATION per trasferimento
intercellulare attraverso gap junctions
Peptidi citosolici di cellule non APC professioniste
trasferiti attraverso gap-junctions attraverso i citoplasmi delle
2 cellule.
Un emicanale formato da 6 molecole di connessina si assembla con un
emicanale analogo sulla cellula adiacente.
Gli oncogeni ras, src, neu e le proteine virali di HSV-2 e HPV-16
chiudono queste connessioni.
immunoevasione tumorale e virale
Peptide transfer mediato da
gap-junctions
Cross-presentation: Phagosome Model
Sec61 associated phagosome
Ackerman and Cresswell, Nat. Immunol., 2004
Cross-presentation: ER Model
Direct access to the ER via
transiently available continuities
Ackerman and Cresswell, Nat. Immunol., 2004
Cross Presentation Models
Jensen, 2007
Altre vie…..
EVENTI CELLULARI DELL’AUTOFAGIA
EVENTI COINVOLTI NELL’AUTOFAGIA
LE FUNZIONI DELL’AUTOFAGIA
La presentazione di un Ag citosolico
Quadro generale……
LA PRESENTAZIONE DI ANTIGENI EXTRACELLULARI E CITOSOLICI
A POPOLAZIONI DIFFERENTI DI LINFOCITI T
T HELPER
T KILLER
LA PRESENTAZIONE DI ANTIGENI SELF AI LINFOCITI T:
Controllo: Delezione clonale o attivazione dei linfociti T regolatori
Regulatory T CELLS
Not only proteins…
LIPID ANTIGEN PRESENTATION REQUIRES
NON CLASSICAL MHC I MOLECULES
THE CD1 MOLECULE PRESENT DIVERSE
PATHOGEN-DERIVED LIPID ANTIGENS
Antigeni lipidici complessi microbici e CD1.
Struttura del CD1 e
somiglianza con
MHC-I.
- Ag Lipidici (tasca
idrofobica).
60
Molecole MHC, classe ID:
CD1: CD1A, CD1B, CD1C, CD1D e CD1E - associano
nella tasca Ag glicolipidici e li presentano ai linfociti T
Presentano lipidi e lipopeptidi tipici del micobatterio
della tubercolosi
Le cellule dendritiche ed i macrofagi presentano
i lipidi legati al CD1 ai linfociti T.
I GENI CD1 NELL’UOMO
LA FUNZIONE DELLE CELLULE
CHE PRESENTANO L’ANTIGENE
(APCs)
FUNZIONI DELLE DIVERSE CELLULE CHE PRESENTANO L’ANTIGENE
Sono rappresentati i 3 maggiori tipi di cellule che presentano l’antigene (APC) alle cellule CD4.
Hanno la funzione di presentare l’antigene ai diversi stadi e ai diversi tipi di risposta immunitaria.
Le cellule T effettrici attivano i magrofagi e i linfociti B tramite la produzione di citochine e
tramite l’espressione di molecole di superficie.
Nella fase di riconoscimento dell’Ag intervengono le cellule APC
Le APC
“PROFESSIONISTE”
Le proprietà
delle diverse
APC
Le APC hanno una diversa distribuzione anatomica nei linfonodi
Pathways of internalization of exogenous Ag by professional APC
B CELLS
M and DENDRITIC CELLS
TIPI E FUNZIONI DELLE CELLULE CHE PRESENTANO L’ANTIGENE
Tipi di cellule
Funzioni principali
Cellule dendritiche
Iniziazione della risposta delle cellule T
ad antigeni proteici (priming)
Macrofagi
effettori della risposta immunitaria
cellulo-mediata
Linfociti B
Presentazione dell’antigene alle cellule
T CD4+ helper nella risposta
immunitaria umorale
Cellule endoteliali vascolari
Promuovono l’attivazione delle cellule
T antigene-specifiche nel sito di
esposizione dell’antigene
Cellule epiteliali e
mesenchimali
Funzione fisiologica non conosciuta
Le cellule Dendritiche sono particolarmente
importanti nell’attivazione dei linfociti T.
• I linfociti T naïve richiedono l’attivazione attraverso:
cellule Dendritiche, Macrofagi, o altre APCs
“professionali”.
• Le cellule Dendritiche sono molto efficienti nella
presentazione, poichè esse non solo prendono l’Ag, ma
anche si muovono verso i linfonodi regionali per
incontrare i linfociti T naïve.
• Queste APCs “professionali”, presentano il peptide
antigenico/MHC, insieme a segnali di costimolo.
• La costimolazione è una interazione cruciale tra le
cellule dell’immunità innata e quelle dell’immunità
adattativa.
THREE SIGNALS ARE REQUIRED FOR LYMPHOCYTE ACTIVATION
Cytokines
3
Costimulatory molecules
Figure 6-1
Le cellule
dendritiche
immature, nei
tessuti catturano
attivamente e
processano gli
antigeni.
Dopo la
maturazione, esse
migrano al
linfonodo
regionale
drenante e
presentano l’Ag ai
linfociti T.
Figure 6-2
Green, MHC
Red, Lysosomes
Le cellule
Dendritiche
stabiliscono
contatti multipli
con I linfociti T.
DENDRITIC CELL - T LYMPHOCYTE INTERACTION
CELLULE DENDRITICHE
Micrografia di
cellule dendritiche
derivate da
precursori del
midollo osseo.
Micrografia
elettronica di una
cellula dendritica.
Da notare le
protuberanze
estensive della
membrana.
C, D: cellule dendritiche della pelle illustrate
schematicamente (C) e in una sezione di pelle
colorata con un anticorpo specifico per le cellule di
Langerhans (D).
E, F: cellule dendritiche in un linfonodo illustrate
schematicamente (E) e in una sezione di linfonodo.
Le cellule colorate in verde sono cellule B nei
follicoli, mentre le rosse sono cellule dendritiche
nella zona a cellule T.
RUOLO DELLE CELLULE DENDRITICHE NELLA CATTURA E PRESENTAZIONE DELL’ANTIGENE.
Le cellule dendritiche immature
presenti nella pelle (cellule di
Langerhans)
catturano
gli
antigeni che entrano attraveso il
derma e li trasportano nei
linfonodi regionali. Durante
questa migrazione le cellule
maturano e presentano l’antigene
in maniera efficiente.
Figure 6-12
Activated
Downloaded from: StudentConsult )
© 2005 Elsevier