Immunologia Molecolare
2006-2007
IFN-α
De Bernardi Sriti Elisabeth
Sistema Interferon
Caratterizzato da un gruppo di proteine diverse dal punto di vista
strutturale e funzionale.
Il termine “interferone” si riferisce alla capacità di interferire con
l’infezione da parte del virus, bloccandone la diffusione.
IFNs mediano e regolano l’immunità innata e specifica.
Sistema Interferon
Storia:
Classificazione in base alla provenienza cellulare:
IFN leucocitario.
IFN fibroblastico.
IFN immune.
La nomenclatura attuale, si basa sulla struttura primaria delle proteine:
IFN di tipo I: IFN alfa, IFN beta, IFN delta, IFN epsilon,
IFN kappa, IFN tau, IFN omega.
IFN di tipo II: IFN gamma.
IFN-α
IFN leucocitario.
Media e regola l’immunità innata.
Con la sigla IFN-α ci si riferisce ad una famiglia composta da diversi
sottotipi, denominati con un ordine numerico crescente (IFN-α1, IFN-α2,
ecc).
Sono stati identificati i geni codificanti i sottotipi di INF-α, localizzati sul
braccio corto del cromosoma umano 9 e sul cromosoma murino 4.
Geni IFN-α
Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004
Geni IFN-α
I sottotipi di IFN-α hanno la stessa funzione? Hanno lo stesso pattern di
espressione?
Geni IFN-α murinici
Caratteristiche degli IFN-α murinici
Studio su topi 129/Sv e
C57BL/6
Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene
family, J Virol., 78(15):8219, 2004
Mappa dei geni IFN-α
murinici
I geni IFN-α13, IFN-α6T sono
espressi in modo costitutivo a bassi
livelli, indipendentemente
dall’infezione virale.
I geni IFN-α 7/10, IFN-α11 e IFN-α
8/6, divergenti fra i topi C57BL/5 e
129/Sv, sono clusterizzati.
Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene
family, J Virol., 78(15):8219, 2004
Livello di attività antivirale
Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene
family, J Virol., 78(15):8219, 2004
Allineamento Multiplo
delle sequenze IFNs-α dei
topi 129/Sv e C57BL/6
Identità del 96%.
Cys1-Cys99 e Cys29-Cys139 sono
coinvolte nelle formazione di legami
disolfuro, importanti nella
stabilizzazione della struttura
terziaria e quaternaria della proteina.
Strutture da cui dipende l'azione
biologica della proteina medesima.
I siti di N-glicosilazione (Asn-XSer/Thr) importanti per raggiungere
un folding corretto delle proteine in
modo da esplicare la propria
funzione. Inoltre la glicosilazione
protegge dall'attacco di ptoteasi ed
aumenta la solubilità della molecola
proteica.
Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J
Virol., 78(15):8219, 2004
IFN-α: molecola
I sottotipi di IFN-α sono costituiti
da 165-166 aminoacidi e hanno
un peso molecolare di 19-24
KDa.
Sono proteine globulari costituiti
da 5 catene α-eliche :
•
•
quattro antiparallele, tipici della
famiglia delle citochine α-eliche.
la quinta, tipica degli IFNs,
conferisce attività biologiche
specifiche.
http://www.flamel.com/techAndProd/medusa_products.sh
tml
IFN-α: molecola
Variazioni strutturali a livello della regione N-terminale nella prima e
seconda α-elica e a livello del loop tra queste due eliche, rispetto a IFNs
di tipo I (β). Ciò gioca un ruolo importante nel legame con il recettore.
IFN-α: sintesi
E’ prodotto da:
• Cellule Dendritiche
plasmacitoidi (pDC).
• Linfociti B.
• Macrofagi.
Stimoli
• Infezione virale.
• Linfociti T attivati.
• Prodotti microbici.
• Polimeri organici.
• Cellule eterologhe.
IFN-α: pDC
Le cellule dendritiche plasmacitoidi (pDC), dette anche Interferonproducing cells (IPC), sono le maggiori produttrici di IFNs-α.
Queste cellule si trovano prevalentemente nel sangue e negli organi linfoidi
secondari e rappresentano nell’uomo lo 0,2%-0,8% delle cellule
mononucleate del sangue periferico.
Rispondono ad una vasta gamma di stimoli virali e nonvirali mediante
Toll-Like Receptors (TLRs).
TLR: struttura
I TLRs sono recettori transmembrana espressi sulla membrana plasmatica
o all’interno dei compartimenti endosomiali della cellula.
I TLR sono una famiglia di 11 recettori che mediano il riconoscimento di
molti agenti patogeni attraverso i pathogen-associated molecular patterns
(PAMPs). Ogni recettore riconosce solo un pannello molto ristretto di
componenti o di molecole prodotte dai batteri, virus, funghi e protozoi.
TLR: struttura
Sono costituiti da un dominio
extracellulare ricco di
ripetizioni di leucina (LRR
domain) e da un dominio
citoplasmatico chiamato TIR
domain (da “Toll IL-1
receptor”).
I TLRs utilizzano numerose
proteine adattatrici che
riconoscono il dominio TIR e
attivano distinte cascate del
segnale all’interno delle
cellule.
http://www.biken.osaka-u.ac.jp/act/act_akira.php
Proteine adattatrici
MyD88 (myeloid differentiation factor-88).
TIRAP (TIR domain-containing adapter protein) anche chiamata MAL (da
MyD88-adapter-like).
TRIF (Toll/IL-1 receptor domain-containing adaptor inducing IFNbeta).
TRAM (Toll-receptor-associated molecole).
mDC e pDC
McKenna K et al., Plasmacytoid dendritic cells: linking innate and adaptive immunity, J Virol., 79(1):17,
2005.
TLR signaling pathway
Il legame TLR3-dsRNA
virale
attiva la cascata del segnale
che coinvolge TRIF e attiva
l’espressione dei geni IFNsα (IFNs-α4) mediante la
fosforilazione di IRF-3.
TLR7 e TLR9 in seguito al
legame di molecole ssRNA
o di sequenze di DNA non
metilate con motivi di CpG,
trasducono un segnale,
mediante la proteina
Myd88, che induce
l’espressione dei geni IFNsα arraverso la fosforilazione
di IRF-7.
http://www.biken.osaka-u.ac.jp/act/act_akira.php
IFN-α: Attività biologiche
Antivirale , Antimicrobico.
Immunomodulatoria.
Antitumorale.
Antiangiogenica.
Antiproliferativa.
IFN-α: Attività antivirale
Inibizione della replicazione
virale.
Potenziamento dell’espressione
delle molecole MHC di classe I.
Meccanism
o paracrino
IFN-α
Meccanismo
autocrino
Abbas AK et al., Cellular and molecular immunology, Fig.11-8:
262, 2000
IFN-α: Attività Antivirale
L’attività antivirale è il risultato finale dei molteplici effetti sia diretti che
indiretti espletati dagli IFN-α.
Effetti indiretti:
• Tramite le proteine effettrici indotte.
• Per trasferimento dello stato di resistenza antivirale alle cellule
circostanti.
• Per attivazione dei leucociti dell’ospite e conseguente aumento della
loro azione fagocitica o citocida sulle cellule infette o trasformate.
Proteine Effetrici
Tra le proteine sintetizzate in risposta all’interazione dell’IFN-α con il recettore
cellulare, associate alla resistenza antivirale indotta dall’IFN-α troviamo:
PKR .
2’-5’oligoadenilato sintetasi (2’-5’ OAS).
Mx proteins.
Ribonucleasi L.
Deaminasi di adenosina RNA-specifica (ADAR-1).
P56.
IFN-α: Attività Immunomodulante
Tutti gli IFN-α si sono in grado di esercitare un effetto modulante positivo
o negativo sulla risposta immunitaria. La loro azione influenza sia la
risposta umorale sia la risposta cellulo-mediata.
Essi sono in grado di potenziare l’attività dei macrofagi, delle cellule NK,
dei linfociti T helper e T citotossici.
IFN-α: Attività Immunomodulante
Aumento delle attività di fagocitosi, citotossica e produzione di citochine
dei macrofagi.
Differenziazione delle cellule pre-NK immature in cellule NK mature
dotate di attività citotossica.
Riduzione del numero dei linfociti T soppressori che altrimenti
interferirebbero con l'azione delle cellule NK.
Modulazione dell’espressione degli antigeni di istocompatibilità coinvolti
nei fenomeni di citotossicità (classe I) e di presentazione antigenica (classe
II).
IFN-α: Attività Antitumorale
L’attività antineoplastica degli IFNs-α è la risultante di una serie di effetti
diretti antiproliferativi e antiangiogenici sulle cellule tumorali e di effetti
indiretti di immunoregolazione sulle cellule effettrici citotossiche e sui
macrofagi.
IFN-α
Le proprietà degli IFN-α incoraggiarono il suo utilizzo nella terapia di
diverse patologie.
Attualmente gli IFN-α hanno trovato applicazione in numerose infezioni
virali croniche, in alcuni tumori solidi e in alcune neoplasie ematologiche.
Bibliografia
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family, J Virol., 78(15):8219, 2004.
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