Cellule Linfoidi Innate PDF

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sbobine relative all'argomento trattato in classe riviste con eventuale aggiunta di informazioni...

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CELLULE LINFOIDI INNATE (ILC) La famiglia delle cellule linfoidi innate si caratterizza per la produzione di un certo tipo di citochine differenti tra loro che concorrono a difenderci da patogeni diversi (intracellulari, extracellulari come elminti, batteri ecc…). Sono localizzate soprattutto a livello delle barriere epiteliali esterne (epiteli e mucose del polmone, intestino, apparato genitale). Queste cellule sono suddivise in gruppi a seconda dei fattori trascrizionali che concorrono alla loro polarizzazione e soprattutto al tipo di citochine prodotte.

CELLULE NATURAL KILLER (NK) Precursori Fenotipo Citochine che stimolano la differenziazione Effettori

Funzioni effettrici

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NK Midollo osseo CD3-; CD16+ (o FcγRIII); CD56+ (o N-CAM, molecola di adesione neurologica) 1 IL-15 In periferia l’attività delle cellule NK è upregolata da una varietà di citochine quali IFN-α/β, IL-2, IL-12, IL-15, IL-18, IL-21, IL-27  Circolano nel sangue  Residenti nella milza, linfonodi, fegato, polmoni, intestino, utero  Migrano nei tessuti sede d’infiammazione: infezione, crescita tumorale  Citotossicità naturale  ADCC (citotossicità cellulare anticorpo dipendente)  Immunoregolatoria su TH1, linfociti B e macrofagi  Secrezione di citochine IFN-γ, TNFα, IL-5, CSFs2, TGF-β, chemochine

Le cellule che esprimono prevalentemente CD16 hanno soprattutto funzione citotossica. Le cellule che esprimono prevalentemente CD56 hanno soprattutto funzione immunoregolatoria e sono produttori di citochine quali IFN-γ, TNF, GM-CSF, …

Le cellule NK furono scoperte in un adolescente che a causa della loro mancanza, andava incontro ad infezioni multiple e severe da Herpes virus. Da qui si scoprì che la loro funzione era quella di attaccare virus soprattutto di tipo Herpes. Durante un’infezione virale (patogeni intracellulari) si ha la produzione di citochine quali IFN-γ, α o β, IL-12, IL-15 da parte di macrofagi e di cellule dell’immunità naturale già residenti nei tessuti che attivano le cellule NK. Le cellule NK rappresentano quindi la prima linea di attacco che si viene ad instaurare. Quando le cellule NK aumentano e al picco della loro attività comincia a diminuire il titolo virale. Se il titolo virale permane nel tempo, interviene la risposta immunitaria adattativa mediata dai CTL e quindi solo dopo 10-15 giorni si instaura anche una risposta di tipo T. La percentuale di cellule NK dell’utero aumenta notevolmente durante la gravidanza. Esse partecipano al normale sviluppo della placenta garantendo il rimodellamento vascolare richiesto per fornire al feto un adeguato apporto di sangue. 1 CD16 e CD56 possono anche essere espressi dai linfociti T attivati; quindi per discriminare un linfocita T da una cellula NK bisognerebbe verificare la presenza di due marcatori contemporaneamente : CD3 e CD16 oppure CD3 e CD56 poiché le cellule NK non esprimono CD3 2 producendo il Colony stimulating Factor, le cellule NK stimolano il midollo osseo a produrre altre cellule durante le infezioni

1- FUNZIONE CITOTOSSICA ANTICORPO DIPENDENTE : ADCC 2- Gli anticorpi legano gli antigeni sulla superficie della cellula target 3- Il recettore a bassa affinità per il Fc di IgG, FcγRIII o CD16 lega l’immunocomplesso Ag-Ab 4- Cross-linking dei recettori CD16 trasducono un segnale ATTIVATORIO all’interno della cellulaNK(reclutamento delle chinasi Lck, Syk e ZAP) che provoca la morte della cellula bersaglio per apoptosi. 2- CITOTOSSICITÀ NATURALE L’attività citotossica può anche essere naturale e si manifesta mediante l’espressione di recettori delle cellule NK, COSTITUTIVI, non hanno un riconoscimento MHC ristretto e non hanno memoria immunologica (recentemente si è scoperto che potrebbero avere qualche tipo di memoria immunologica). I bersagli delle cellule NK sono cellule tumorali e cellule infettate da virus. I meccanismi utilizzati dalle cellule NK per il riconoscimento delle cellule alterate/ danneggiate possono essere di due tipi: missing self e induced self. 

MISSING SELF. Letteralmente “mancato se stesso”, si intende mancata o incompleta espressione di molecole MHC I sulla membrana della cellula bersaglio. Normalmente le molecole MHC I sono espresse su tutte le cellule nucleate dell’organismo fatta eccezione per le cellule anucleate quali eritrociti e le cellule di tessuti a cosiddetto “privilegio immunologico” quali testicoli, SN,camera anteriore dell’occhio, … Quindi la nostra identità cellulare è data dall’espressione di molecole MHC I che provoca anche il rigetto dei trapianti. La presenza di MHC inibisce le cellule NK e costituisce un sistema di tolleranza verso il self. Se quindi per qualche motivo (infezioni o tumori) la cellula si altera e non esprime MHC I, si ha mancanza di individualità e la cellula non viene più inibita ma attivata. Il recettore per le molecole MHC I è un recettore inibitorio. I principali recettori inibitori (possiedono dei motivi ITIM)delle cellule NK sono: KIR2DL e KIR3DL (Killer Ig-like Receptor Long) che legano rispettivamente HLA-C e HLA-B e CD94: NKG2A (Natural Killer Group 2, un recettore lectinico di tipo C) che lega HLA-E.

HLA-E È una molecola MHC I non classica, è espressa su molti tipi cellulari e ha un basso grado di polimorfismo. Riconosciuta dal recettore inibitorio CD94/NGK2A. HLA-E alloggia nella tasca un peptide che deriva dalla sequenza leader di molecole HLA-I classiche (HLA-A, B, C). È quindi un indicatore dei livelli di molecole MHC espresse in membrana. I geni dei recettori KIR I geni che codificano per i KIR e per i KLR (NKG2) sono presenti in loci genici diversi situati su cromosomi differenti. Entrambi i loci sono polimorfi, il grado di polimorfismo è particolarmente elevato per i geni KIR. Cellule NK diverse esprimono differenti combinazioni di recettori KIR (l’espressione è oligoclonale). In generale ogni cellula NK esprime almeno un recettore KIR inibitorio funzionale. Acquisizione dei recettori inibitori da parte delle cellule NK - Durante lo sviluppo delle cellule NK il primo recettore inibitorio ad essere espresso è quello della famiglia KLR seguito da quello della famiglia KIR. - Ogni cellula NK esprimerà un differente numero ed una differente combinazione di KIR. - Se nessuno dei KIR espressi reagisce con le molecole MHC autologhe, le cellule NK conservano l’espressione dei recettori KLR come unico recettore inibitorio. - Se uno o più KIR espressi reagiscono con MHC I autologhe, la cellula NK generalmente spegne l’espressione di KLR, favorendo l’uso di uno o più KIR come recettore inibitorio.

Il meccanismo missing self è in qualche modo complementare al meccanismo induced self; oltre a non essere più inibite le cellule NK ricevono un segnale super-attivatorio: 

INDUCED SELF. Se una cellula self viene infettata o diventa tumorale, esprime dei ligandi attivatori non espressi o molto poco espressi nelle cellule normali quali MIC-A/B, ULBPs. I principali recettori attivatori (possiedono domini ITAM) delle cellule NK sono KIR2DS e KIR3DS (Killer Ig-like Receptor Short) che legano rispettivamente HLA-C e HLA-B e CD94: NKG2C/E che lega HLA-E; NCR quali NKp46 e NKp30 che legano l’emagglutinina, proteina espressa dal virus dell’influenza.

Il recettore NKG2D Appartiene alla superfamiglia delle lectine di tipo C, è un omodimero associato all’adattatore DAP-10 (deputato alla trasduzione del segnale). Questo recettore è espresso da cellule NK, linfociti T CD8+ e linfociti T-γδ. I suoi ligandi attivatori sono codificati da geni presenti nel locus HLA, omologhi a molecole MHC di classe I quali MIC-A/B, ULBPs che non presentano tuttavia la β2 microglobulina. Questi ligandi sono assenti o espressi a bassi livelli in tessuti normali e sono indotti da stress cellulare (infezioni virali, trasformazione tumorale, danno genotossico); sono up-regolati da citochine (IL-15, TNF, IFNα) e da componenti batterici e possono anche essere rilasciati in forma solubile per proteolisi. Le cellule NK utilizzano gli stessi meccanismi di uccisione dei linfociti T citotossici: Fas- FasL, perforine, produzione di citochine quali TNF-α, IFN-γ, GM-CSF (agisce a livello del midollo osseo e induce la produzione di più cellule come granulociti e monociti per attaccare il patogeno). Principali recettori inibitori e attivatori delle cellule NK

Recettore KIR2DL KIR3DL CD94:NKG2A

Inibitori Tipo strutturale Ig Ig Lectinico

Ligando HLA-C HLA-B, C HLA-E

Recettore KIR2DS KIR3DS CD94:NKG2C/E NKG2D NKp30 NKp44 NKp46 CD16

Attivatori Tipo strutturale Ig lg Lectinico Lectinico Ig Ig Ig Ig

Ligando HLA-C HLA-B? HLA-E MIC-A, B e altri ? ? ? Fc

Per poter svolgere la propria attività ci deve essere un bilancio tra segnali inibitori e superattivatori; quando i segnali inibitori diminuiscono ( se HLA-B, C sono poco espressi in membrana i recettori inibitori non si attivano) e quelli superattivatori aumentano si ha l’attivazione della cella NK. In ultima analisi il riconoscimento delle cellule “anormali” è dovuto a: 1- Assenza di molecole AUTOLOGHE/SELF (MHC I) espresse da tutte le cellule normali 2- Aumento/induzione di altre molecole che indicano una situazione di stress cellulare (MICA, MICB). Molti virus quali Adenovirus ed Herpesvirus inibiscono a più livelli il meccanismo della processazione dell’antigene: a livello dell’ubiquitinazione, a livello del trasporto nell’apparato del Golgi, fino all’espressione in superficie. Anche le cellule tumorali sono caratterizzate da un’espressione anormale (assente o incompleta) di molecole MHC I, sfuggendo alla citotossicità mediata dai CTL. Le cellule NK riconoscono e uccidono preferenzialmente le cellule tumorali o infettate che non esprimono MHC I adottando un meccanismo complementare a quello utilizzato dai CTL.

Le sinapsi attivatorie (SMAC) e inibitorie (SMIC) regolano l’attività citotossica delle cellule NK Anche nelle cellule NK, come per i linfociti T e B, si forma una sinapsi immunologica inibitoria dove si concentrano i KIR inibitori (KIRDL) e una sinapsi attivatoria dove si concentrano i KIR attivatori (KIRDS). La sinapsi attivatoria consente una più rapida trasduzione del segnale che si concretizza con la riorganizzazione del citoscheletro e la secrezione polarizzata dei granuli contenenti molecole citotossiche sulla cellula bersaglio. MECCANISMI DI CITOTOSSICITÀ MEDIATA DA CELLULE NK (Vedi lezione sui meccanismi dei CTL) I meccanismi di citotossicità sono gli stessi utilizzati dai CTL:  Esocitosi di granuli contenenti perforina, grenzimi  Fas-FasL  Secrezione di TNF-α, l’unica citochina in grado di provocare morte apoptotica.

Perché due tipi di linfociti citotossici? Perché utilizzano strategie di difesa complementari nei confronti di patogeni intracellulari e cellule tumorali. I CTL e le NK utilizzano strategie di riconoscimento differenti, meccanismi di attivazione distinti e meccanismi litici comuni. L’espressione di molecole MHC I regola in maniera opposta la funzione citotossica dei CTL;cellule infettate o tumorali che esprimono MHC I sono più suscettibili all’attività citotossica del CTL, mentre le cellule infettate o tumorali che non esprimono MHC I sono più suscettibili all’attività citotossica delle cellule NK.

3- IMMUNOREGOLATORIA SU: TH1, LINFOCITI B E MACROFAGI Le cellule NK producono citochine quali IFN-γ, TNF-α, IL-5, CSFs, TGF-β e chemochine con le quali regolano l’immunità innata e adattativa.   

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Le cellule NK producono citochine che possono promuovere la maturazione delle DC o indurre la loro lisi; Le cellule NK promuovono la presentazione dell’antigene ai linfociti T: lisando le cellule bersaglio fanno in modo da rilasciare Ag (DAMPS) processati e presentati dalle DC ai linfociti T; Le cellule dendritiche hanno la capacità di modulare la risposta immunitaria adattativa direttamente attraverso l’espressione di CD80/CD86 (2° segnale), producendo citochine che inibiscono le DC o linfociti T o indirettamente agendo sulle DC con le quali coadiuvano l’attivazione dei T. Attraverso la regolazione delle risposte innate e adattative le NK limitano l’immunità e prevengono le immunopatologie come malattie autoimmunitarie.

MECCANISMI DI TOLLERANZA DELLE CELLULE NK 12345-

Legame MHC I- recettore inibitorio La cellula con cui prende contatto ha un ligando simile all’MHC che stimola il recettore inibitorio Decremento o assenza dei recettori inibitori sulla cellula NK NK non funzionale o anergica NK regolatoria, non citotossica.

Funzioni e ruolo in vivo delle cellule NK

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RESISTENZA ALLE INFEZIONI MICROBICHE: produzione di IFN-γ, attivazione dei macrofagi, lisi della cellula infettata e da infezioni virali quali quelle provocate da CMV(citomegalovirus), Orthopoxvirus, Adenovirus, HIV(Human immunodeficency virus), Ebola virus. - FUNZIONE REGOLATORIA; uccidono le cellule infettate attivando le cellule con attività citotossica quali TH1, macrofagi, DC plasmacitoidi, linfociti B che producono anticorpi opsonizzanti. -FUNZIONE EFFETTRICE; TNF, Fas-FasL, perforine, grenzimi. I ligandi riconosciuti dalle NK sulle cellule bersaglio infettate da virus sono: proteine dello stress, MHC non classiche,MHC, proteine virali. Molti virus dedicano una parte sostanziale del loro genoma per eludere le risposte immunitarie: ATTIVANO L’INIBIZIONE quindi esprimono MHC omologhe o diventano resistenti alla lisi oppure INIBISCONO L’ATTIVAZIONE, ad esempio il CMV mediante degli miRNA riesce ad inibire NKG2D. RESISTENZA ALLE NEOPLASIE : Controllo dell’insorgenza del tumore e della diffusione delle metastasi . Recentemente è stato scoperto che le cellule tumorali producono dei MIC solubili che non vengono riconosciuti dai recettori sulle NK. RIGETTO DEL TRAPIANTO DI MIDOLLO OSSEO reazione di graft versus host (GVH) e graft versus leukemia (GVL) CONTROLLO DELL’IMPIANTO E DELLA CRESCITA DELL’EMBRIONE: invasione del trofoblasto, rimodellamento vascolare.

Le ultime ricerche hanno fatto pensare che anche i macrofagi e le cellule NK possono avere una memoria. Si è visto infatti che alcune cellule effettrici poi rimangono con un’attività più sostenuta....