11

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 danneggiatodanneggiato

2

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)

3

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 membrana o all’interno della Espressi sulla membrana o all’interno della cellulacellula

4

cellulacellula

�� PRR PRR SolubiliSolubili

PRR Espressi sulla membrana o all’interno della cellula

�Toll-like receptor (TLRs)

�Recettori per il mannosio

�di membrana

�Recettori scavenger

�endosomiali

5

�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

6

PRR di membrana e endosomiali

7

di membrana e endosomiali

TOLLTOLL--LIKE RECEPTORSLIKE RECEPTORS

8

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

9

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

10

Batteri gram-negativi

Batteri gram-positivi

Peptidoglicano: N-acetilglucosamina e

acido N-acetilmuramico

Premio Nobel 2011

Drosophila

11

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

12

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)

13

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

14

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

15

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 (IL-8, MCP-1, RANTES) e

citochine infiammatorie (TNF-αααα, IL-1, IL-6, IL-12, IL-18)

�espressione di molecole co-stimolatrici (CD80, CD86)

16

�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

17

TLR: Meccanismi essenziali della trasduzione del segnale

18

�� LectinaLectina di tipo Cdi tipo C (recettore per il mannosio)(recettore per il mannosio)

�� PresentePresente susu tuttitutti ii fagocitifagociti riconoscericonosce ii residuiresiduididi mannosiomannosio ee didi fruttosiofruttosio (batteri)(batteri) ee deidei

PRR espressi sulla membranaPRR espressi sulla membranache legano alcuni componenti battericiche legano alcuni componenti batterici

19

didi mannosiomannosio ee didi fruttosiofruttosio (batteri)(batteri) ee deideiglucaniglucani (funghi)(funghi)

19

�� I I recettorirecettori ScavengerScavenger� Presente su tutti i fagociti rriconosconoiconoscono alcunialcuni

polimeripolimeri anionianioni ee lipoproteinelipoproteine acetilateacetilate aa bassabassadensitàdensità

PRR citoplasmatici

20

citoplasmatici

NOD-like receptor (NLRs)

21

I NLR riconoscono i PAMPs (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 NLPR che si

22

distinte sottofamiglie come i NOD e i NLPR che si

assemblano in complessi ad alto peso molecolare

detti “Inflammasomi”

StrutturaStruttura deidei NODNOD

CARD NBD LRRs

N-term C-term

NBD (Nucleotide binding DomainNucleotide binding Domain))

LRRs (LeucineLeucine--Rich RepeatsRich Repeats))3 DOMINI: Funzione

LRR --> riconoscimento ligando

NBD-> oligomerizzazione

CARD--> reclutamento e attivazione

23

CARD (CaspaseCaspase--activating and recruitment domain)activating and recruitment domain)

StrutturaStruttura deidei NLRPNLRP

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,

24

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

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

25

Meso-DAP

MDP

26

NODNOD--2 e la 2 e la malattiamalattia didi Crohn’sCrohn’s

27

NODNOD--2 e la 2 e la malattiamalattia didi Crohn’sCrohn’s

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).

La malattia di Crohn è considerata una malattia

28

La malattia di Crohn è considerata una malattia

autoimmune, in cui il sistema immunitario aggredisce il

tratto gastrointestinale provocando l'infiammazione, anche

se viene classificata come un tipo particolare di patologia

infiammatoria intestinale.

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

29

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

30

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)

31

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)

32

RLR (RIG-I like helicases)

RIG-Iretinoic acid inducible gene I

MDA5melanoma differentiation associated gene 5

LGP2laboratory of genetics and physiology

33

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 e cellule T)

Rappresentazione schematica del RIG-I e degli altri RLRs

34

Yoneyama M, Fujita T J. Biol. Chem. 2007;282:15315- 15318

35

PRR solubili

36

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))

37

I PRR di membrana (scavenger e

le lectine di tipo C) e quelli

solubili (proteine della fase acuta

e collectine) sono importanti per

38

e collectine) sono importanti per

stimolare la fagocitosi e

l’endocitosi