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.

APC12

TCR

CoRCoL

MHC

T Cell

Attivazione

APC1

TCR

CoR

MHC

T Cell

Anergia ignoranza

APC 2

TCR

CoRCoLT Cell

No risposta

LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON

FUNZIONE INIBITORIA

CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

4IgB7-H3IgV-like domain

IgC-like domain

LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA CD28 CON

FUNZIONE DI INIBIZIONECTLA4 BTLAPD1

Tyr-Xaa-Xaa-MetITIM: immunoreceptor tyrosine-based inibitory motifITSM:immunoreceptor tyrosine based switch motif

IgV-like domain

LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON

FUNZIONE INIBITORIA

CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

4IgB7-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.

APC

CD28

LINFOCITAT

B7-1

APC

B7-1CTLA4

LINFOCITAT

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.

Gly-Val-Tyr-Val-Lys-Met

MYPPPY

LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON

FUNZIONE INIBITORIA

CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

4IgB7-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 co-stimolazione.

• Quindi, sebbene PD1 sembri avere solo una funzione di co-inibizione, 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 co-stimolatori: 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

CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

4IgB7-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 B7-H4 potrebbe anche essere downregolato in assenza di BTLA.

BTLA

ITIM

LE MOLECOLE DELLA FAMIGLIA B7 CON

FUNZIONE INIBITORIA

CD80 CD86 B7-H1 B7-DC B7-H4 2IgB7-H3

4IgB7-H3

B7-H3: un altro co-inibitore?• Inizialmente identificato come co-stimolatore,

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.

ATTIVAZIONE E APOPTOSI

DEI LINFOCITI T

ATTIVAZIONE DELLE CELLULE DENDRITICHE

CD86 CD28

B7-H1 PD1

B7-DC ?

B7-H4 ??

? BTLA

B7-H3 ??

INATTIVAZIONE CELLULE

DENDRITICHE

CD80 CTLA4CO-STIMOLAZIONE

CO-STIMOLAZIONE

CO-STIMOLAZIONE

CO-INIBIZIONE

CO-INIBIZIONE

CO-INIBIZIONE

CO-INIBIZIONE

CO-INIBIZIONE ?

I MEMBRI DELLA FAMIGLIA DELLA FAMIGLIA DEL TNF

LIGHT

HVEM

CD70

CD27

OX40L

OX40

4-1BBL

4-1BB

CD30L

CD30

TNF-homologydomain

Cystein-rich

domain

Partial cystein

rich domain

I RECETTORI

HVEM CD27 OX40 4-1BB CD30

LINFOCITA T

I LIGANDI

LIGHT CD70 OX40L 4-1BBL CD30L

APC

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

PI3K

AKT

NF-KB

JNK

AP1

T Cell

SOPRAVVIVENZAFUNZIONE EFFETTRICE

TRAF2

DIVISIONE

CD137LOX40B7-DCB7-H1

CD80/CD86B7-H4

CD137OX40

? CTLA4?

B7-H1B7-H4

PD1B7-H1BTLA

B7-H1

B7-H1B7-DC

PD1B7-H4

APC

CD28

CD80/CD86

TCR

Peptide-MHC

Naive T cell Primed T cell

Target tissues

Memory T cell Apoptotic T cell

Effector T cell

Lymphoid organs 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

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• Stamper C. C., et al., “Crystal structure of the B7-1/CTLA4 complex that inhibits human immune responses”, Nature, 410:608-611, 2001