La presentazione dell’antigene - Macroarea di … •I batteri replicano principalmente...
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1 La presentazione dell’antigene e L’attivazione dei linfociti T
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La presentazione dell’antigenee
L’attivazione dei linfociti T
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•Analisi della biologia cellulare e significato dei differenti
pathways di presentazione dell’antigene
•Pathway di processazione endogena e presentazione a da
parte delle molecole MHC di classe I a linfociti T CD8+
•Pathway di processazione esogena e presentazione a da
parte delle molecole MHC di classe II a linfociti T CD4+
•Meccanismi di attivazione dei linfociti T
•Attivazione vs anergia
•Risposte effettrici dei linfociti T
•Classificazione funzionale dei linfociti T
•Analisi della risposta T cellulare in vitro ed ex vivo
Obiettivi
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1. Biologia cellulare e
significato dei differenti
pathways di presentazione
dell’antigene ai linfociti T
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La processazione dell’antigene e
la presentazione ai linfociti T (1)
La processazione e la presentazione dell’antigene
ai linfociti T è un insieme dei processi intimamente
interconnessi che avvengono nella cellula, che
hanno come risultato la frammentazione delle
proteine antigeniche, l’associazione dei frammenti
proteici (peptidi) alle molecole MHC, il trasporto
del complesso peptide/MHC sulla superficie
cellulare dove può essere riconosciuto dal
recettore dei linfociti T.
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• Frammentazione delle proteine in peptidi
• Associazione delle proteine alle molecole MHC di neosintesi e/o ricircolo dalla membrana citoplasmatica
• Trasporto del complesso peptide/MHC sulla membrana citoplasmatica
La processazione dell’antigene e
la presentazione ai linfociti T (2)
La necessità da parte del sistema immunitario di
eliminare/neutralizzare diversi tipi di antigeni e di
monitorare il “self” ha portato allo sviluppo di due
diverse vie di processazione e presentazione antigenica
in grado di stimolare la popolazione di linfociti T più
opportuna alla eliminazione dell’antigene stesso
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TCR
MHC-II
Patogeni e particelle
extracellulari etc
Complesso
MHC/peptide/TCR
APC
CD4+
T-Cell CD8+
T-Cell
Ribosomi
Proteasoma
MHC-I
Le vie di processazione dell’antigene e
la presentazione ai linfociti T
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•I virus replicano all’interno di cellule nucleate e nel citosol
delle cellule sono presenti I suoi antigeni (antigeni endogeni)
•Cellule trasformate producono set diversi di proteine (inclusi
“neoantigeni”). Queste proteine sono presenti nel citoplasma
della cellula (antigeni endogeni)
•Questi antigeni sono degradati nel citoplasma da complessi
macromolecolari (proteasomi) e vengono associati a
molecole MHC di classe I di neosintesi nel reticolo
endoplasmatico e portate sulla superficie cellulare.
•I linfociti T CD8+ citotossici riconoscono il complesso MHC-
I/peptide ed uccidono queste cellule infette/trasformate,
controllando la diffusione del virus e delle cellule trasformate
Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (1)
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•I batteri replicano principalmente nell’ambiente
extracellulare. Le cellule del sistema immunitario captano i
batteri e li degradano nel compartimento lisosomale.
• le cellule rendono disponibili in questo compartimento
frammenti peptidici degli antigeni (esogeni) che associati a
molecole MHC di classe II vengono esportati alla superficie
cellulare.
•I linfociti T helper (Th2) riconoscono il complesso MHC-
II/peptide ed rilasciano citochine in grado di attivare i linfociti
B a produrre anticorpi contro i batteri, limitando così la
crescita di questi organismi.
Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (2)
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•Alcuni batteri sono patogeni intracellulari replicandosi nelle
vescicole endosomali/lisosomali (principalmente dei
macrofagi).
•I loro prodotti possono essere degradati ed associati a
molecole MHC-II sulla superficie cellulare.
•I linfociti T helper (Th1) riconoscono il complesso MHC-
II/peptide ed rilasciano citochine proinfiammatorie in grado di
attivare i macrofagi, determinando l’uccisione dei batteri
intracellulari.
Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (3)
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Localizzazione dell’antigene
e presentazione
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Considerazioni sulla presentazione
dell’antigene ai linfociti T (4)
•Le molecole MHC non sono esportate sulla superficie
cellulare se non sono complessate con un peptide
•Sia peptidi derivanti da proteine self che non-self sono
associati alle molecole MHC ed esportate sulla superficie
cellulare
•La natura chimica della tasca di legame delle molecole
MHC determina quali peptidi vengono legati
•Il set di molecole MHC del singolo individuo determina
l’insieme di antigeni che questo può riconoscere/non
riconoscere
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2. Pathways di processazione
antigenica endogena ed
esogena
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Eventi nella via di presentazione
dell’antigene ai linfociti T CD8
Proteine ubiquitinate del citosol sono degradate dai
proteosomi (un complesso di proteine ad attività proteolitica)
e da altre proteasi.
I frammenti (peptidi di 12-14 aa) sono attivamente pompati
nel reticolo endoplasmatico dai trasportatori di membrana
TAP-1 e -2.
I peptidi vengono ulteriormente tagliati da proteasi all’interno
del reticolo endoplasmatico (ERAP-1 e –2) a frammenti di 8-
10 aa che vengono associati alla molecole MHC di classe I
di neo sintesi.
I complessi MHC classe I (catena pesante), beta2
microglobulina e peptide formano un complesso stabile che
è trasportato sulla superficie cellulare
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Pathway di processazione endogeno
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Eventi nella via di presentazione
dell’antigene ai linfociti T CD4 (1)
•Le molecole MHC di classe II sono espresse solo da uno
specifico gruppo di cellule (le cellule presentati l’antigene –
APC-). Le principali APC sono macrofagi, cellule dendritiche
ed i linfociti B.
•Proteine esogene od antigeni complessi (virus, batteri, ect)
sono fagocitati/endocitati e degradati nel compartimento
lisosomale endosomale dalle proteasi acide presenti nei
lisosomi.
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Eventi nella via di presentazione
dell’antigene ai linfociti T CD4 (2)
•Le proteine MHC di classe II di neosintesi nel reticolo
endoplasmatico, sono associate alla catena invariante (Ii)
che ne previene il legame con peptidi endogeni e trasportate
nel Golgi e nei “late endosome” si fondono con le vescicole
del comporatimento endosomale/lisosomale dove è
avvenuta le dagradazione dell’antigene a peptidi in uno
specifico compartimento denominato MIIC).
•Qui avviene lo scambio tra Ii, o ciò che ne rimane associato
alla molecola MHC-II (CLIP), ed il peptide antigenico nella
tasca di legame, mediato da –DM e –DO.
•Quindi I complessi vengono trasportati sulla superficie
cellulare e presentati ai linfociti T CD4+.
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Pathway di processazione esogeno
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3. Associazione dei peptidi
antigenici alle molecole MHC
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Interazione tra HLA classe I e peptide
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HLA classe II
P1 P9
P6P4
Interazione tra HLA classe II e peptide
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4. Attivazione dei linfociti T
22
Figure 8-9
23
HLA-class II
HLA-class I
Interazione tra HLA/peptide/TCR
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Immunological synapses
25
Figure 8-12Co-signals control T-cell activation and proliferation
26
Two signals are necessarily to active naive T-cells
27
Figure 8-13In absence of co-signals T-cells
anergize
28
Figure 8-18
29
After capturing the antigen, DCs migrate from the tissue to the
proximal LN. The antigen capture
determines the full maturation of the DCs capable ot activating
naïve T-cells
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5. Eventi molecolari alla base
della attivazione dei linfociti T
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A. Assemblaggio
del complesso di
trasduzione del
segnale
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B. Mediatori della
trasduzione
del segnale
dei linfoinciti
T e d
attivazione
dei fattori
nucleari
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34
6. Fase effettrice della
risposta dei linfociti T
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A. T-cell proliferation
and explantion of
the responding
pool
36
B. T-cell differentiation and effectorfunction
37
Figure 8-24
38
Figure 8-26
39
Figure 8-27
40
Mediators of the effector functions
41
Cytotoxic T cells (1)
42
Cytotoxic T cells (2)
43
Figure 8-35
44
Figure 8-37
45
Mediators of T-helper function
46
Figure 8-39 T helper cells (1)
47
Figure 8-40
48
Figure 8-41
49
Summary of T- cell immune
response: induction,
development and pathology
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Naive
T cell
Effector
T cell
Cell death
+ antigen
Memory
T cell
+ antigen
Activated T cells
A simplified scheme of T-cell
response• Induction
• Activation/proliferation
• Differentiation
– Generation of effector functions
– Generation of memory
• Termination:apoptosis
Effector
activity
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CD4
N
CD8
N
T-cell differentiation subsets and phenotypic markers
+ protein/MHC-II + peptide/MHC-I
CD4
A
CD8
A
CD4
CM
CD4
EM
CD4
E
CD8
CM
CD8
EM
CD8
IE
CD4
Th1
CD4
Th2
CD4
Treg
CD45RA, CCR7,CD62L,CD28
CD69, CD40L, CD38
CD45R0+
CD27+CD45R0+
CCR7+
CD45R0+
CCR7-CD45R0+
CD27-
CD45RA+
CCR7-
CD45RA+
CD27-
CD8
TE
diffe
rentiation
CD45RA+
CD57+
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Functional differentiation of CD4 T lymphocytes
CT Weaver et al, Immunity 2006
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CD45RA-CD27+hi
CD45RA+CD27+hi
CD45RA+CD27-
CD45RA-CD27+lo
CD45RA+CD27+lo
IFNglo, Per lo
IL2+IFNgloPer loIL2negIFNg++, Per +
IL2negIFNg+, Per ++
IL2+IFNg+ Per lo
IL2++IFNg neg, Per neg
Tussey et al.JID,187, 2003; H. Tomiyama et al., Eur J Immunol,
2004; H.Takata et al, JI, 2006; M. Monteiro et al. Blood, 2007
CD45RA-CD27-
Functional differentiation of CD8 T lymphocytes
Naive
CD8
EE
CD8
EM
CD8
CM
CD8
IE
CD8
TE
CD8
RM.
CD8
CD45RA-CD27+hi
IL2loIFNg++, Per +
EE – early effector
IE – intermideate effector
TE – terminal effector
CM – central memory
EM – effector memory
RM – reverted memory
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CD8 T cell response and immune control of viral infections
Хронична инфекция
Ан
ти
ген
ен
то
ва
р
efficient inefficient
1.Complete viral
elimination
Flu,RSV
Chronic infection
Ан
ти
ген
ен
то
ва
р
3. Persistent infection with
high antigen load
-progressive HIV, HBV
4. Persistent infection
With low antigen load-CMV,EBV, HSV, VZV, HIV non-progressores,
ART - controlled HIV
Acute infection
2. Primary infection
- Exposition to a high antigen load: EBV(IМ), CMV, HIV
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CD8 subset balance
CD8 activation/proliferation potential
CD8 cytotoxic function
Factors determining the quality of CD8 T cell
response
Viral Load
CD8 T cell response
CD4 T cell response T-regs(CD4+CD25++)
Immune activation
56Pantaleo, G. et al., Nature Rev Immunol, 2006
The functional signatures of virus-specific T cell
response dictated by antigen load
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Central lymphatic
organs
Parenchymal organs and
Tissues
BLOOD
10 х109
2%
Spleen
70 х109
Lymph nodes
190 х109
Liver & other
tissues
40х109
Gut
50 х109
Lung
30 х109
Central lymphatic
organs
Distribution of lymphocytes in the organism
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Steady state 900.10 9 cell /day
Spleen 20% 6 h
Lymphatic/interstitial compartment 60%
16h
Other tissues 20% ?
Velocity of Recirculation 30.10 9 cell/gram tissue / hour
EN
TR
Y
900.1
09
cell
/d
ay
TRANSVERSION
BLOOD 2% 30 min
Lymphocyte recirculation and redistribution
