Fisiopatologia del Sistema Immunitario

1. Fisiopatologia del Sistema Immunitario Modulo di Biochimica 4- Le citochine

2. Caratteristiche generali • Piccole proteine (15-30 kDa) non anticorpali, mediatori della risposta immune e dell’infiammazione • Riconosciute da recettori (Kd 10-10-10-12 M) • Secrete da diversi tipi di cellule dell’immunità innata e acquisita

3. Caratteristiche generali • Pleiotropismo: prodotte da diverse cellule e attive su diversi tipi cellulari • Ridondanza: azioni simili • - possono condividere R o parti di R • - difetti in un componente unico: piccolo effetto • - difetto in componenti condivisi: grande effetto (es. IL-2Rγ SCID severe combined immunodeficiency) • Influenzano sintesi e azione di altre citochine - antagonismo/sinergia/effetti additivi

4. Caratteristiche generali • La loro secrezione è un evento di breve durata e auto-limitato • - non immagazzinate • - espressione in seguito a stimolazione (mRNA con breve emivita) • La loro azione può essere locale (autocrina o paracrina) o sistemica • L’espressione dei recettori per citochine è regolata • - risposta solo dei linfociti Ag-specifici • - la citochina stessa può aumentare o diminuire l’espressione del suo R • Agiscono modificando l’espressione genica nelle cellule bersaglio • - eccezioni: chemochine e TNF

5. Classificazione funzionale • Citochine dell’immunità innata • Prodotte soprattutto dai fagociti mononucleati • Possono essere prodotte anche nell’ambito della risposta immune specifica • Alimentano reazioni infiammatorie precoci • Citochine dell’immunità specifica • Prodotte soprattutto dai linfociti T • Funzione regolatrice sulla crescita/differenziamento delle popolazioni linfocitarie • o • Reclutamento di cellule effettrici specializzate (es. neutrofili) • Citochine ad attività emopoietica • Prodotte da cellule stromali del midollo osseo, leucociti ed altri tipi cellulari • Funzione regolatrice sulla crescita/differenziamento dei leucociti immaturi

6. Recettori per le citochine • 5 diverse famiglie (struttura comune): • Recettori di tipo 1 (dell’IL-2 o dell’emopoietina) • -1 o + domini con coppia di Cys conservate e sequenza prossimale alla membrana WSXWS • -lega molecole con ripiegamento 4-helix bundle • - struttura multimerica , indotta dal legame del L (1 catena per interazione con L e 1o+ per trasduzione del segnale→spesso condivise tra + recettori) • mancano di attività Tyr chinasica intrinseca • 3 subset in base alla loro capacità di legare uno dei 3 elementi comuni: gp130, common beta, and common gamma

7. Recettori per le citochine • Recettori di tipo 2 (degli interferoni) • - residui di Cys conservati • - struttura multimerica (1 catena per interazione con L e 1o+ per trasduzione del segnale) • - R per IFN-alpha, IFN-beta, IFN-gamma, IL10, IL22 • - hanno attività protein-chinasica intrinseca

8. Recettori per le citochine • Recettori per TNF • Superfamiglia delle Ig • Recettori a 7 α-elica transmembrana (recettori per le chemochine) e accoppiati a proteine G

9. Mediatori della immunità innata • TNFα • IL-1 • IL-10 • IL-12 • INTERFERONI di tipo 1 (IFNα, IFNβ) • IFNγ • CHEMOCHINE

10. TNF omotrimero TNF / TNFR (monomero) TNF-α • Prodotto da macrofagi attivati • Mediatore dell’infiammazione acuta in risposta a microrganismi (gram-) • Media il reclutamento di neutrofili e macrofagi nel sito dell’infiammazione (↑ICAM endotelio) • Agisce sull’ipotalamo (febbre) • Promuove la produzione delle proteine della fase acuta (fegato) R per TNF β-jellyroll

11. TNF-α Death domain

12. IL-1 • Effetti simili a TNF α • Prodotta da macrofagi attivati • Agisce soprattutto su linfociti T (al confine tra immunità innata e acquisita) Beta-trifoglio: struttura 12 beta-strands R: superfamiglia delle Ig

13. IL-1

14. IL-10 • Citochina inibitoria: • Inibisce la produzione di IFNγ dalle Th1 e produce lo shift verso Th2 • Inibisce la produzione di altre citochine dai macrofagi attivati • Inibisce la produzione di MHCII e altre molecole co-stimolatorie sui macrofagi • Prodotta da macrofagi attivati e Th2 • Agisce nell’immunità innata e acquisita IL-10 (Inter-subunit dimeric 4-helix bundles) IL-10Rα R di tipo II

15. IL-10 La trasduzione avviene solo in presenza di entrambe le catene del R

16. IL-12 • Prodotta da macrofagi attivati e cellule dendritiche • Stimola la produzione di IFNγ • Induce il differenziamento dei Th verso Th1 • Aumenta le capacità citotossiche dei CTL e NK • IL-12 è un eterodimero (p40 e p35 legate covalentemente) • Il recettore è formato da due catene (R di tipo I) • La trasduzione del segnale usa la via JAK/STAT

17. IFN-α e β • IFN-α prodotta da fagociti mononucleati IFN-β da diversi tipi di cellule (fibroblasti) • Inibisce la replicazione virale nelle cellule • Aumenta l’espressione di MHCI • Attiva le cellule NK Inter-subunit dimeric 4-helix bundles R di tipo II

18. IFN-α e β

19. chemochine Struttura β a catena corta • Piccole citochine (8-12 kDa). 2 ponti disolfuro nella molecola • Prodotto da diversi leucociti e altri tipi cellulari (endotelio, fibroblasti...) • Grande famiglia di molecole (più di 50) • Funzione: permettere la migrazione leucocitaria dal circolo ai tessuti e la loro locomozione • - migrazione • - attivazione: doppio sito di legame delle chemochine • - chemotassi • 2 sottofamiglie distinte in base alla posizione delle Cys all’N-terminale: • -α chemochine: struttura CXC (neutrofili) • -β chemochine: struttura CC (monociti, eosinofili, linfociti) • Ogni singola chemochina lega più recettori e viceversa 7 eliche transmembrana

20. Mediatori della immunità acquisita • IL-2 • IL-4 • IL-5 • TGF-β • IL-10 • IFN-γ

21. IL-2 • Prodotta da T (soprattutto Th) • Principale fattore di crescita per le cellule T che hanno incontrato l’antigene. Azione autocrina • Attiva NK e monociti • R di tipo I: 3 catene e catena alfa espressa solo da linfociti T attivati (> affinità) • Induce apoptosi nei linfociti T (risposta che si prolunga e [IL-2 ] crescenti) 4-helix bundle Fattore gamma comune

22. IL-4 4-helix bundle • Prodotta da Th2 e macrofagi • Stimola la produzione di Th2 da cellule Th vergini (fattore di crescita autocrino) • Determina lo switch isotipico verso IgE • R di tipo I: 2 catene. Fattore gamma comune con IL-2 • Attiva la via di JAK/STAT (STAT6) • E la via IRS-2

23. TGF-β • Prodotta da linfociti T, macrofagi e molti altri tipi cellulari • Inibisce la proliferazione dei T • Inibisce l’attivazione dei macrofagi • Agisce sui leucociti polimorfonucleati e le cellule endoteliali, antagonizzando l’effetto delle citochine pro-infiammatorie • Recettori di tipo I e II: trasducono il segnale tramite un dominio Ser/Thr chinasico Anello formato da 2 ponti disolfuro in cui si infila un terzo: nodo

24. IFN-γ • Principale citochina attivatoria dei macrofagi • Importante sia per immunità innata sia specifica • Citochina prototipica di Th1 • Prodotto da NK, Th1 e CTL • Attraverso la via di STAT1 stimola la produzione di MHCI enzimi che sintetizzano NO, IL-12 (sinergia) • Importante per uccidere i microbi fagocitati • Shift verso IgG Omodimero: intersubunit 4 helix bundle R di tipo II

25. Mediatori dell’emopoiesi • GM-CSF (granulociti-macrofagi) • M-CSF (monociti e macrofagi) • G-CSF (granulociti) • CSF= colony-Stimulating Factor • Differenziazione e espansione delle cellule progenitrici midollari • 4-helix bundle a catena breve o lunga • R famiglia delle Ig (M-CSF) o di tipo I (GM-CSF e G-CSF)

26. Regolatori della risposta immune • Le citochine sono regolatori positivi e negativi • La loro azione dipende dall’ambiente (altre citochine, recettori espressi e loro subunità) • Agiscono in diversi momenti della risposta immune • Regolano il tipo e l’ ampiezza della risposta immune