Post on 07-Feb-2020
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Le cellule dell‘immunità innata riconoscono alcunemolecole espresse e/o prodotte dai patogeni dette
PAMP(Pathogen-Associated Molecular Patterns)
e molecoleendogene prodotte o rilasciate dalle cellule
IdentificazioneIdentificazione deidei patogenipatogeni
o del self o del self dannegiatodannegiato
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e molecoleendogene prodotte o rilasciate dalle celluledanneggiate
DAMP(Damage -Associated Molecular Patterns)
tramite alcuni recettori, detti
PRR(Pattern Recognition Receptor)
ESEMPI DI PAMP E DAMP
Profili molecolari associati ai patogeni :
Acidi nucleici (virus, batteri)
Proteine (batteri)
Lipidi di parete (batteri)
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Lipidi di parete (batteri)
Carboidrati batterici e fungini
Profili molecolari associati al danno cellulare:
Proteine dello stress (HSP)
Proteine nucleari (HMGB1)
Pattern Recognition Receptors (PRRPattern Recognition Receptors (PRR ))
I PRR possono essere suddivisi in base alla diversa I PRR possono essere suddivisi in base alla diversa espressione, localizzazione e funzione:espressione, localizzazione e funzione:
�� PRR PRR Espressi sulla superficie o all’interno della cellu laEspressi sulla superficie o all’interno della cellu la
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�� PRR PRR SolubiliSolubili
PRR Espressi sulla superficie o all’interno della cellula
�Toll-like receptor (TLRs)
�Recettori per il mannosio
�di membrana
�Recettori scavenger
�endosomiali
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�NOD-like receptor (NLRs)
�RIG-I-like receptor (RLR, CARD family)
NOD: dominio di oligomerizzazione legante il nucleotide
RIG: retinoic-acid-inducible gene I (RNA helicase)
�citoplasmatici
�endosomiali�Toll-like receptor (TLRs)
I sensori cellulari del pericolo sono
posizionati in maniera strategica
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PRR di membrana e endosomiali
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di membrana e endosomiali
TOLLTOLL--LIKE RECEPTORSLIKE RECEPTORS
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TollToll--like Receptors (TLRs) like Receptors (TLRs)
Scoperti nella Scoperti nella DrosophilaDrosophila11 nell’uomo 11 nell’uomo RicosconoRicoscono
I TLRs sono una famiglia di PRR conservatasi
nell’evoluzione e sono espressi da diverse cellule
importanti per le risposte innate contro i patogeni
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RicosconoRicoscono vari vari PAMPsPAMPs--lipopolisaccaridelipopolisaccaride (LPS) della parete dei batteri Gram(LPS) della parete dei batteri Gram--negativi negativi --peptidoglicanopeptidoglicano della parete dei batteri Gramdella parete dei batteri Gram--positivi e positivi e GramGram--negativi negativi --zymosanzymosan, , flagellinaflagellina--RNA virale a doppio filamentoRNA virale a doppio filamento--DNA batterico DNA batterico e virale ricco e virale ricco di motivi di motivi CpGCpG non metilatinon metilati
Componenti della parete batterica
polimeri di alcoli polivalenti
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Batteri gram-negativi
Batteri gram-positivi
Peptidoglicano: N-acetilglucosamina e
acido N-acetilmuramico
Premio Nobel 2011
Drosophila
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Christiane Nuesslein-Volhard
identificòidentificò nell’embrionenell’embrione
delladella Drosophila Drosophila unauna proteinaproteina
cheche chiamòchiamò “Toll” (“Toll” (1985)1985)
Premio Nobel 2011
Jules Hoffman nel 1996 studiando i
moscerini con una mutazione nel gene Toll,
scoprì che erano incapaci di risposta
immunitaria efficiente; concluse che il gene
era coinvolto nel riconoscimento dei
microrganismi dannosi e che la sua
attivazione era necessaria al sistema
immunitario.
Premio Nobel 1995
� Toll-like receptor has an
extracellular region which
contains leucine rich
repeats motifs (LRRs) and
Toll –like receptor family
LRRsIg-like domain
Toll-like receptor: Molecular Structure
IL-1 receptor family
Cysteine
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repeats motifs (LRRs) and
region rich in cysteine
� Toll-like receptor has a
cytoplasmatic tail which
contains a Toll interleukin-1
(IL-1) Receptor (TIR)
domain
TIR Domain
Box 1
Box 2
Box 3
LocalizzazioneLocalizzazione deidei TollToll--like Receptors (TLRs)like Receptors (TLRs)
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ReceptorReceptor Ligand (PAMPs)Ligand (PAMPs) Origin of Origin of LigandLigand
TLR1TLR1 TriacylTriacyl lipopeptideslipopeptides
Soluble factorsSoluble factors
Bacteria and MycobacteriaBacteria and Mycobacteria
Neisseria meningitidisNeisseria meningitidis
TLR2TLR2 Heat Shock protein 70Heat Shock protein 70
PeptidoglycanPeptidoglycan
Lipoprotein/lipopeptidesLipoprotein/lipopeptides
HCV core and nonstructural 3 proteinHCV core and nonstructural 3 protein
HostHost
GramGram--positive bacteriapositive bacteria
Various pathogensVarious pathogens
Hepatitis C VirusHepatitis C Virus
TLR3TLR3 DoubleDouble--stranded RNAstranded RNA VirusesViruses
TLR4TLR4 LipopolysaccharidesLipopolysaccharides (LPS)(LPS)
Envelope proteinEnvelope protein
TaxolTaxol
GramGram--negative bacterianegative bacteria
Mouse mammaryMouse mammary--tumor virustumor virus
PlantsPlants
Toll-Like Receptors e i loro ligandi
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TaxolTaxol PlantsPlants
TLR5TLR5 FlagellinFlagellin BacteriaBacteria
TLR6TLR6 ZymosanZymosan
LipoteichoicLipoteichoic acidacid
DiacylDiacyl lipopetideslipopetides
FungiFungi
GramGram--positive bacteriapositive bacteria
MycoplasmaMycoplasma
TLR7TLR7 SingleSingle--stranded RNA (stranded RNA (ssRNAssRNA))
ImidazoquinolineImidazoquinoline
VirusesViruses
Synthetic compoundsSynthetic compounds
TLR8TLR8 SingleSingle--stranded RNA (stranded RNA (ssRNAssRNA))
ImidazoquinolineImidazoquinoline
VirusesViruses
Synthetic compoundsSynthetic compounds
TLR9TLR9 CpGCpG--containing DNAcontaining DNA Bacteria, Malaria and VirusesBacteria, Malaria and Viruses
TLR10TLR10 Not determinedNot determined Not DeterminedNot Determined
TLR11TLR11 ProfilinProfilin--like moleculelike molecule ToxoplasmaToxoplasma gondiigondii
ProteineProteineaccessorieaccessorie per per
ilil TLRTLR--44IlIl legamelegame deldel LPSLPS alal
TLRTLR--44 espressoespresso daidaimacrofagimacrofagi èè mediatomediato
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macrofagimacrofagi èè mediatomediatodaldal CDCD1414 ee dada MDMD--22
eded èè potenziatopotenziato daldalLBP,LBP, unauna proteinaproteinacheche legalega l’LPSl’LPS
FunzioneFunzione deidei TollToll--like Receptors (like Receptors (TLR)TLR)Il legame dei recettori TRL con i vari PAMP innesca:
�L’attivazione dei fattori di trascrizione NFκκκκB e AP-1
che portano alla:
�produzione di chemochine e citochine infiammatorie (TNF-αααα, IL-1, IL-6, IL-8, IL-12, IL-18)
�espressione di molecole co-stimolatrici (CD80, CD86)
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�espressione di molecole co-stimolatrici (CD80, CD86)
sulle cellule presentanti l’Ag (APC) con conseguente
attivazione dell’immunità acquisita
�Molecole d’adesione cellulare (E-selectina)
�L’attivazione del fattore di trascrizione IRF-3/7 che
porta alla:
�produzione di INF α/β
Toll-like receptors ed immunità acquisita
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TLR: Meccanismi essenziali della trasduzione del segnale
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�� Il recettore per il MannosioIl recettore per il Mannosio�� PresentePresente susu tuttitutti ii fagocitifagociti riconoscericonosce ii
residuiresidui didi mannosiomannosio ee didi fruttosiofruttosio
PRR espressi sulla membranaPRR espressi sulla membranache legano alcuni componenti battericiche legano alcuni componenti batterici
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residuiresidui didi mannosiomannosio ee didi fruttosiofruttosio(batteri)(batteri) ee deidei glucaniglucani (funghi)(funghi)
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�� I I recettorirecettori ScavengerScavenger� Presente su tutti i fagociti rriconosconoiconoscono alcunialcuni
polimeripolimeri anionianioni ee lipoproteinelipoproteine acetilateacetilate aa bassabassadensitàdensità
PRR citoplasmatici
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citoplasmatici
NOD-like receptor (NLRs)
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I NLR riconoscono i PAMP (Pathogen-Associated
Molecular Patterns) e i DAMPs (danger associated
molecular patterns).
I NLRs comprendono 22 geni umani divisi in
distinte sottofamiglie come i NOD e i NLP
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distinte sottofamiglie come i NOD e i NLP
Questi PRR si assemblano in complessi ad alto
peso molecolare detti “Inflammasomi”
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L’INFLAMMOSOMA: ruolo
Citochine infiammatorie come IL-1β sono sintetizzate
come zimogeni inattivi
La loro attività è controllata mediante l’attivazione
proteolitica.
La proteolisi avviene ad opera delle caspasi infiammatorie,
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La proteolisi avviene ad opera delle caspasi infiammatorie,
come le caspasi-1, 4 e 5.
Queste caspasi, in particolare la 1 si attivano nella
piattaforma molecolare costituita dall’inflammosoma e
trasformano la pro-IL-1β e pro-IL-18 in IL-1β e IL-18
StrutturaStruttura deidei NODNOD
CARD NBD LRRs
N-term C-term
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CARD (CaspaseCaspase--activating and recruitment domain)activating and recruitment domain)
NBD (Nucleotide binding DomainNucleotide binding Domain))
LRRs (LeucineLeucine--Rich RepeatsRich Repeats))
3 DOMINI: Funzione
LRR --> riconoscimento ligando
NBD-> oligomerizzazione
CARD--> reclutamento e attivazione
NOD ligands: molecules produced during synthesis and/or
degradation of peptidoglycan
NOD1. dipeptide-γ-D-glutamyl-meso-diaminopimelic acid (DAP), gram-negative
NOD2: muramyl dipeptide (MDP); gram-negative e gram-positive
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Meso-DAP
MDP
NODNOD--2 and 2 and Crohn’sCrohn’s diseasedisease
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NODNOD--2 and 2 and Crohn’sCrohn’s diseasedisease
CosaCosa è è ilil morbomorbo didi CrohnCrohn??E’ una malattia infiammatoria cronica dell'intestino (IBD o
inflammatory bowel disease) che può colpire tutto il tratto
gastrointestinale ma in genere si localizza nell'ultimo tratto
dell'intestino tenue (ileite terminale) e/o nel grosso
intestino (ileo-colite o colite di Crohn).
Anche se le cause precise rimangono tuttora sconosciute,
negli ultimi anni si pensa che alla base di tale malattia ci
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negli ultimi anni si pensa che alla base di tale malattia ci
sia una risposta infiammatoria abnorme. Probabilmente in
seguito ad una perdita della tolleranza immunologica o ad
un'alterata permeabilità a livello intestinale, non solo si
attiva la risposta immune ma soprattutto vengono a
mancare i meccanismi fisiologici del suo controllo così da
indurre un processo infiammatorio cronico.
NOD2 ha un duplice ruolo:
� quando viene stimolato da solo attiva il fattore NF-kB�quando viene stimolato insieme al TLR2, il NOD2 riduce l’attivazione di NF-kB da parte di TLR2
Morbo di Crohn
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In un sistema fisiologico la situazione che si verifica è sempre la seconda, cioè NOD2 è un modulatore negativo del segnale di TLR2
In un individuo sanol’attivazione di NF-kB da parte di TLR2 è limitata dall’azione di NOD2.
In un individuo affetto da morbo di Crohn, il NOD2 nonesercitala sua funzione modulatrice, quindi TLR 2 induce
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esercitala sua funzione modulatrice, quindi TLR 2 induceun’eccessiva attivazione di NF-kB che fa aumentarenell’APC la trascrizione di IL-12 e di IL-23 (un membrodella famiglia di IL-12 )
rara patologia con
• eritema cutaneo
• uveite
• artrite
• formazione di granulomi
Sindrome di Sindrome di BlauBlau o o
sarcoidiosisarcoidiosi ad esordio precoce ad esordio precoce
(NOD2(NOD2))una patologia multifattoriale grave a carico
dell’intestino
• infiammazione transmurale a chiazze lungo tutto il
tratto gastrointestinale
• sintomi extra-intestinali a carico di cute, articolazioni,
occhi
Rischio di sviluppare tumore colonrettale.
Morbo di Crohn (NOD2)Morbo di Crohn (NOD2)
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Le mutazioni di NOD2 associate alla BS
sono localizzate nel CARD e rendono il
NOD2 sempre attivo anche in assenza di
stimolo
Continua attivazione di NF-kB
Esistono 3 (+) varianti di NOD2 che conferiscono
una maggior suscettibilità al morbo di Crohn
sono localizzate nel LRR del NOD2 , che non è in
grado di modulare l’attivazione del NF-kB
RLR (RIG-I like helicases)
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RLR (RIG-I like helicases)
RIG-Iretinoic acid inducible gene I
MDA5melanoma differentiation associated gene 5
LGP2laboratory of genetics and physiology
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Riconoscimento di virus a RNA
Produzione di IFN di tipo I (alpha/beta)
Risposta immunitaria anti-virale
(apoptosi di cellule infettate, resistenza antivirale,
attivazione NK & T cells)
Rappresentazione schematica del RIG-I e degli altri RLRs
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Yoneyama M, Fujita T J. Biol. Chem. 2007;282:15315- 15318
Come si attiva RIG-I?
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PRR solubili
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PRR PRR solubilisolubili�Proteine della fase acuta ( es. proteina C-reattiva); riconosconoriconoscono la la fosfolipinafosfolipina deidei lipolisaccaridilipolisaccaridi
��CollectineCollectine: : LectinaLectina legantelegante ilil mannosiomannosio (MBL);(MBL); ProteineProteine
surfactantisurfactanti (SP(SP--A / SPA / SP--D) (D) (polmonepolmone)) riconosconoriconoscono ii carboidraticarboidrati
battericibatterici ((mannosiomannosio))
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I PRR di membrana (scavenger e
recettori per il mannosio) e quelli
solubili (proteine della fase acuta
e collectine) sono importanti per
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e collectine) sono importanti per
stimolare la fagocitosi e
l’endocitosi