I SEGNALI DI
COSTIMOLAZIONE
Elisa Nano
Per l’attivazione dei linfociti T sono necessari
due stimoli:
• il primo consiste nell’interazione del linfocita con il peptide
associato alle molecole del complesso MHC
• il secondo dipende dalla costimolazione.
MHC TCR
1
2
APC
CoL CoR
Attivazione
T Cell
MHC TCR
1
APC
CoR
Anergia
ignoranza
T Cell
TCR
APC
2
CoL CoR
T Cell
No risposta
LE MOLECOLE DELLA
FAMIGLIA B7 CON
FUNZIONE INIBITORIA
IgV-like domain
4IgB7-H3
IgC-like domain
CD80
CD86
B7-H1 B7-DC
B7-H4 2IgB7-H3
LE MOLECOLE DELLA
FAMIGLIA CD28 CON
FUNZIONE DI INIBIZIONE
CTLA4
PD1
BTLA
Tyr-Xaa-Xaa-Met
ITIM: immunoreceptor tyrosine-based inibitory motif
ITSM:immunoreceptor tyrosine based switch motif
IgV-like domain
LE MOLECOLE DELLA
FAMIGLIA B7 CON
FUNZIONE INIBITORIA
4IgB7-H3
CD80
CD86
B7-H1 B7-DC
B7-H4 2IgB7-H3
CD80 (B7-1) e CD86 (B7-2)
• CD80 è assente sulle APC,
mentre
CD86
è
costitutivamente espresso solo
a bassi livelli.
• La loro espressione aumenta in
seguito all’ attivazione cellulare.
• Legano CTLA4 con maggior
affinità rispetto a CD28, ma
CD80 lega entrambi i recettori
con maggior affinità di CD86.
• CD80 è espresso come dimero,
CD86 come monomero.
• Ogni dimero di CTLA4 può
legare due omodimeri di B7,
CD28 può legare un omodimero
per volta.
CD28
LINFOCITA
T
APC
B7-1
LINFOCITA
T
APC
B7-1
CTLA4
CTLA4
• Struttura: omodimero che
contatta 2 dimeri di CD80 e
CD86
• Presente a bassi livelli su
tutti i linfociti T CD4+ e sul
50% dei CD8+, la sua
espressione è conseguente
alla stimolazione del TCR.
• La segnalazione via CTLA4
inibisce la progressione nel
ciclo
cellulare,
la
proliferazione e la sintesi di
IL-2.
• CTLA4 gioca anche un ruolo
critico nella regolazione
della tolleranza dei linfociti
T: topi CTLA4-/- sviluppano
un disordine autoimmune
letale.
MYPPPY
Gly-Val-Tyr-Val-Lys-Met
LE MOLECOLE DELLA
FAMIGLIA B7 CON
FUNZIONE INIBITORIA
4IgB7-H3
CD80
CD86
B7-H1 B7-DC
B7-H4 2IgB7-H3
B7-H1 E B7-DC
• B7-H1 e B7-DC anche noti come PD-L1 e PD-L2 sono due
ligandi di PD1.
• L’abbondante presenza di mRNA di B7-H1 non correla con
l’espressione in proteina: B7-H1 non è osservabile nella
maggior parte dei tessuti normali, ad eccezione dei macrofagi,
delle cellule dendritiche e delle cellule endoteliali.
• L’espressione di B7-DC è invece limitata alle cellule
dendritiche e ai macrofagi.
• Entrambi possono agire come co-stimolatori e co-inibitori;
tuttavia, mentre B7-H1 agisce sia come co-inibitore, che come
co-stimolatore, B7-DC ha principalmente una funzione di costimolazione.
• Quindi, sebbene PD1 sembri avere solo una funzione di coinibizione, i suoi ligandi hanno una doppia azione!
PD1
•
•
•
•
PD-1 condivide il 20% di
omologia con CTLA4, ma manca
del motivo MYPPPY richiesto
per interagire con CD80 e
CD86 e della cisteina che
permette l’omodimerizzazione.
La funzione di inibizione è
dovuta alla presenza dei motivi
ITIM e ITSM nella coda
citoplasmatica.
È espresso su tutti i linfociti T
CD4+ e CD8+, sui linfociti B e
sulle cellule mieloidi in seguito
ad attivazione.
È coinvolto nella regolazione
della selezione negativa a
livello del timo ed inibisce i
linfociti T autoreattivi.
PD1
ITIM (V/IxYxxL/V).
ITSM
ESISTONO NUOVI RECETTORI DI
CO-STIMOLAZIONE PER I DUE
LIGANDI?
• Se PD1 ha dunque una funzione di inibizione, interagendo con i
ligandi esso ha la funzione di down-regolare la risposta delle
cellule T.
• Dati sperimentali descrivono questi due ligandi come costimolatori: per svolgere una funzione di co-stimolazione i due
ligandi devono associarsi ad un altro recettore con funzione
stimolatoria.
• Un’ipotesi che sta emergendo è che l’espressione di B7-H1 e
B7-DC nei tessuti linfoidi possa co-stimolare le cell T iniziate,
mentre l’espressione di B7-H1 nei tessuti periferici
downregoli la risposta immunitaria inibendo le cellule T
effettrici o le cellule T memoria.
LE MOLECOLE DELLA
FAMIGLIA B7 CON
FUNZIONE INIBITORIA
4IgB7-H3
CD80
CD86
B7-H1 B7-DC
B7-H4 2IgB7-H3
B7-H4
• Appartiene alla famiglia B7.
• Nonostante sia presente un’elevata quantità di
mRNA in diversi tessuti umani, non c’è espressione
della proteina in alcun tessuto o organo.
• In vitro è possibile indurne l’espressione su linfociti
T, linfociti B, monociti e cellule dendritiche in
segutio a stimolazione.
• Inibisce la proliferazione dei linfociti T, impedendo
l’ingresso nel ciclo cellulare e riducendo la
secrezione di IL-2, IL-4, IL-10, e IFN-γ in risposta
alla stimolazione CD3/CD80.
BTLA
• Fa parte della
superfamiglia delle Ig.
• Si trova sui linfociti T
attivati.
• Possiede
due
motivi
ITIM
nel
dominio
citoplasmatico.
• È il recettore di B7-H4
come
dimostrato
da
risultati sperimentali, ma
il vero recettore di B7H4
potrebbe
anche
essere downregolato in
assenza di BTLA.
BTLA
ITIM
LE MOLECOLE DELLA
FAMIGLIA B7 CON
FUNZIONE INIBITORIA
4IgB7-H3
CD80
CD86
B7-H1 B7-DC
B7-H4 2IgB7-H3
B7-H3: un altro co-inibitore?
identificato
come
co-stimolatore,
• Inizialmente
interagisce attraverso un recettore diverso da CD28,
CTLA4, ICOS e PD1.
• B7-H3 non è costitutivamente espresso sulle APC, ma
è possibile indurne l’espressione in seguito a
stimolazione con diversi fattori.
• La sua espressione è conseguente all’attivazione dei
linfociti T.
• B7-H3 è un co-stimolatore dei linfociti T, ma recenti
studi dimostrano che potrebbe anche avere una
funzione di co-inibizione.
• Dati recenti non escludono la possibilità che B7-H3
possa interagire con due distinti recettori per avere
funzioni opposte.
INATTIVAZIONE
CELLULE
DENDRITICHE
ATTIVAZIONE
E APOPTOSI
DEI LINFOCITI
T
ATTIVAZIONE
DELLE CELLULE
DENDRITICHE
CD80
CTLA4
CO-INIBIZIONE
CD86
CD28
CO-STIMOLAZIONE
B7-H1
PD1
CO-INIBIZIONE
B7-DC
?
CO-STIMOLAZIONE
B7-H4
?
CO-INIBIZIONE
BTLA
CO-INIBIZIONE
?
B7-H3
?
?
CO-STIMOLAZIONE
?
CO-INIBIZIONE ?
I MEMBRI DELLA FAMIGLIA
DELLA FAMIGLIA DEL TNF
LIGHT
CD70
OX40L 4-1BBL CD30L
TNFhomology
domain
Cysteinrich
domain
Partial
cystein
rich domain
HVEM
CD27
OX40
4-1BB
CD30
I RECETTORI
HVEM
CD27
OX40
4-1BB
LINFOCITA T
CD30
I LIGANDI
APC
LIGHT
CD70
OX40L 4-1BBL CD30L
LA SEGNALAZIONE
• HVEM: bloccando l’interazione con LIGHT si inibisce la
proliferazione dei linfociti T e la secrezione delle citochine.
• CD27: quando viene interrotta l’interazione tra CD27 e CD70,
la proliferazione e la secrezione citochinica vengono inibite.
CD27 partecipa nel promuovere l’iniziale espansione dei
linfociti T nativi, sopprimendo la morte cellulare o agendo sul
ciclo cellulare.
• OX40: linfociti T OX40-deficienti mostrano una ridotta
proliferazione e una marcata morte apoptotica 4-5 giorni dopo
l’attivazione.
• 4-1BB: bloccando 4-1BBL non si altera la risposta
proliferativa iniziale, ma si conducono a morte apoptotica le
cellule 3-6 giorni dopo l’attivazione.
• CD30: bloccando CD30L si sopprime lo sviluppo dei linfociti T
helper 2 e viene incrementato lo sviluppo dei T helper 1. Topi
CD30-deficienti presentano invece difetti nella selezione
negativa nel timo.
LA SEGNALAZIONE
APC
TRAF2
T Cell
PI3K
JNK
AKT
NF-KB
AP1
SOPRAVVIVENZA
FUNZIONE EFFETTRICE
DIVISIONE
Target tissues
B7-H1
B7-H4
Naive T cell
Primed T cell
CD137
OX40
?
CD28
TCR
CD137L
OX40
B7-DC
B7-H1
CD80/
CD86
APC
PD1
B7-H1
BTLA
CTLA4
?
Effector
T cell
Peptide-MHC
B7-H1
CD80/CD86
B7-H4
Memory T cell
Lymphoid organs
B7-H1
B7-DC
PD1
B7-H4
Apoptotic T cell
Peripheral tissues
BIBLIOGRAFIA
• Acuto O., Michel F., “CD28-mediated co-stimulation: a
quantitative support for TCR signaling”, Nature Reviews
Immunology, 3:939-951, 2003
• Chen L., “Co-inhibitory molecules of the B7-CD28 family in
the control of T-cell immunity”, Nature Reviews Immunology,
4:336-347, 2004
• Croft M., “Co-stimulatory members of the TNFR family: keys
to effective T-cell immunity?”, Nature Reviews Immunology,
3:609-620, 2003
• Rothstein D. M., Sayegh M. H., “T-cell costimulatory pathways
in allograft rejection and tolerance”, Immunological Reviews,
196:85-108, 2003
BIBLIOGRAFIA
• Saito T., Yamasaki S., “Negative feedback of T cell activation
through inibitory adapters and costimulatory receptors”,
Immunological Reviews, 192:143-160, 2003
• Salazar-Fontana L. I., Bierer B. E., “T-lymphocyte coactivator
molecules”, Current Opinion in Haematology, 8:5-11, 2001
• Sharpe A.H., Freeman G.J, “The B7-CD28 superfamily”,
Nature Reviews Immunology, 2:116-126, 2002
• Stamper C. C., et al., “Crystal structure of the B7-1/CTLA4
complex that inhibits human immune responses”, Nature,
410:608-611, 2001
