Interleuchina-3(IL-3)

Università degli Studi di TorinoScuola Universitaria per le Biotecnologie

Corso di Laurea Specialistica in Biotecnologie Molecolari

Presentazione di Immunologia MolecolareAnno 2006-2007

Federica GilloneTorino, 21/12/2006

IL-3IL-3 è conosciuta anche come Multi-CSF

citochina pleiotropica che stimola la proliferazione, il differenziamento, la secrezione e la sopravvivenza di numerose cellule target all’interno del sistema emopoietico (ma non solo)

È stata scoperta indipendentemente da diversi gruppi di ricerca.

Purificata biochimicamente nel 1983 da due gruppi di ricercatori distinti.

Studi successivi di clonazione, espressione, sintesi chimica hanno portato ad attribuire tutte le bioattività scoperte ad una singola proteina.

The Cytokine Handbook, 4 th Edition , 2003

La molecola …

IL-3:

Le caratteristiche …Citochina emopoietica

Citochina a catena corta (140 aa in topo e 133 aa in uomo)

Altamente glicosilata all’N-terminale

Struttura a 4 α-eliche: up-up-down-down

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

L’ espressione…

Gene IL-3:

Nell’uomo: posto sul cromosoma 5 (5q23\q31), 9 kb a monte del gene GM-CSF

Nel topo: posto sul cromosoma 11 vicino al gene per GM-CSF

mIL-3 e hIL-3 : 29% identità a livello aa

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

La produzione …Cellule che producono IL-3:

Linfociti T attivati

Mast Cell

Nk

Eosinofili

Cheratinociti

Cellule Microglia

Cellule Stromali

Dendritic Cell

Lorentz A, Bischof SC, Regulation of Human intestinal mast cell by stem cell factor and IL-4,Immunological Review, 179:57, 2001

Shelburne GP, JJ Ryan. Role of Th2 cytokines in mast cell homeostasis, Immunological Review, 179:82, 2001

IL-3 nel siero …

In situazioni normali quantità significative non riscontrabili nel sangue e nei fluidi extracellulari.Nel caso di Graft vs Host , piccole quantità di IL-3 nel siero.Vita media breve di IL-3 iniettata intravenaDistruzione a livello renaleSomministrazione in vivo resa difficoltosa dalla rapida clearence

The Cytokine Handbook, 4 th Edition , 2003

Il recettore…

IL-3:

Le Caratteristiche …

Membro della superfamiglia dei recettori per l’emopoietina o delle citochine di tipo I Eterodimero: catena α e catena βc

Reddy EP et al. IL-3 signaling and the role of Src Kinases,JAKs and STATs: a covert liason unveiled , Oncogene, 19:2532, 2000

La catena α …

Piccola glicoproteina TM Gene IL3Rα:

Nell’uomo:posto su regione pseudoautosomale del braccio corto dei cromosomi sessuali, vicino al gene GM-CSFRα Nel topo: posto su cromosoma 14,mentre gene GM-CSFRα su cromosoma 19

Bassa affinità di legame con IL-3 e alta cinetica di dissociazioneDominio C: privo di attività catalitica

CRM con 2 domini fibronectina di tipo III e 2 cys conservate

WSXWS motif

BOX1 e BOX2

Rich prolin motif

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

La catena β …

Comune a IL-5R e GM-CSFRLunga catena glicoproteica TMDimerizza con il complesso IL3Rα/IL3Gene:

Nell’uomo: posto su cromosoma 22

Nel topo:oltre a βc anche βIL-3 in grado di legare ad alta affinità mIL-3

2CRM ciascuno con 2 domini fibronectina di tipo III e 2 cys conservate

WSXWS motif

BOX1 e BOX2

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

L’ectodominio della βc …

Murphy JM and Young IG. IL-3, IL-5 and GM-CSF signaling: crystal structure of the human beta-common receptor, Vitam Horm,74:1, 2006

Le vie di segnalazione …

IL3IL3IL3

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

Le vie di segnalazione …

Reddy EP et al. IL-3 signaling and the role of Src Kinases,JAKs and STATs: a covert liason unveiled , Oncogene, 19:2532, 2000

Attività biologiche e clinical desease…

IL-3:

Attività Biologiche … Emopoiesi adulta

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

Attività Biologiche … Emopoiesi adulta: ruolo dell’Id1

Id1:fattore trascrizionale di tipo HLH

Sviluppo mieloide

Leeanansaksiri W et al.IL-3 induces inhibitor of DNA- binding protein-1in hemopoietic progenitor cells and promotes myeloid cell development, J Immunol, 174:7014, 2005

Attività Biologiche … Emopoiesi adulta: “granulocyte demand”

Kincade P.W. Supplying the demand for granulocytes, Nat Immunol, 7:701, 2006

Regolazione proliferazione osteoclasti (OCL)

Attività Biologiche …

Stem cell niche in bone

Yin T, Li L The stem cell niches in bone,J Clin Invest 116(5):1195 2006

Regolazione proliferazione osteoclasti (OCL)

Attività Biologiche …

Khapli SM et al, IL-3 acts directly on osteoclast precursors and irreversibly inhibits receptor activator of NF-kB ligand-induced osteoclast differentiatio by diverting the cells to macrophage lineage, J Immunol,171:142,2003

Regolazione proliferazione osteoclasti (OCL)

Attività Biologiche …

Khapli SM et al, IL-3 acts directly on osteoclast precursors and irreversibly inhibits receptor activator of NF-kB ligand-induced osteoclast differentiatio by diverting the cells to macrophage lineage, J Immunol,171:142,2003

Multiple Myeloma Disease

Attività Biologiche …

Multiple Myeloma Disease

Erlich LA et al ,The role of immune cells and inflammatory cytokines in Paget's disease and multiple myeloma, Immunol Rev,208:252, 2005

Distruzione osteolitica dell’osso (dolori alle ossa, ipercalcemia,fratture) non accompagnata da formazione di nuovo osso.

Le cellule di mieloma stimolano l’attività degli osteoclasti e sopprimono quella degli osteoblasti

Aumento di OCL induce progressione del mieloma direttamente attraverso interazione cellula-cellula e indirettamente attraverso il rilascio di citochine dalla matrice ossea, durante il riassorbimento dell’osso

IL-3:ruolo dualistico

Attività Biologiche …

Multiple Myeloma Disease:IL3 aumenta formazione OCL

Lee JW.IL-3 expression by myeloma cells increases both osteoclast formation and growth of myeloma cells, Blood,103(6):2308, 2004

Attività Biologiche …

Multiple Myeloma Disease: IL3 inibisce differenziamento OBL

Ehrlich LA et al, IL-3 is a potential inhibitor of osteoblast differentiation in multiple myeloma, Blood, 106(4):1407, 2005

Nel sistema nervoso centrale:Microglia esprimono βc e pare che IL-3 agisca in maniera autocrina

Importanza clinica risiede nel fatto che nei pazienti affetti dal morbo di Alzheimer si ritrova una certa quantità di IL-3 postmortem

Attività Biologiche …

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

DC come vaccini per la cura del cancro (Trakatelli M et al):IL-3+IFNβ inducono formazione di DC presentanti l’antigene tumorale NA17.A2 presente in melanoma desease. Produzione di cellule T CD8+

Leucemia mieloide acuta (AML): trial clinici con Diphteria Toxin - IL3 e forme varianti (Testa et al., Hogge DE et al.)

Approcci Terapeutici …

Gene targeting IL3 in vivo: utile per stimolare l’emopoiesi in pazienti sottoposti a chemioterapia.(Chapel et al)mAB anti CD117 associato covalentemente a plasmide codificante IL-3 umano

legame con cellule staminali emopoietiche CD34+ CD117+ e internalizzazione

Bibliografia … The Cytokine Handbook, 4 th Edition , 2003

Reddy EP et al. IL-3 signaling and the role of Src Kinases,JAKs and STATs: a covert liason unveiled , Oncogene, 19:2532, 2000

D.R.Barreda et al. Regulation of myeloid development and function by colony stimulating factors, Dev Comp Immunol, 28:509, 2004

Murphy JM and Young IG. IL-3, IL-5 and GM-CSF signaling: crystal structure of the human beta-common receptor, Vitam Horm,74:1, 2006

Martinez-Moczygemba M. Biology of common beta receptor-signaling cytokines: IL-3, IL-5, and GM-CSF,J Allergy Clin Immunol. 112(4):653, 2003

Yen JJ, Yang-Yen HF. Transcription factors mediating interleukin-3 survival signals, Vitam Horm,74:147, 2006

Kincade P.W. Supplying the demand for granulocytes, Nat Immunol, 7:701, 2006

Leeanansaksiri W et al.IL-3 induces inhibitor of DNA- binding protein-1in hemopoietic progenitor cells and promotes myeloid cell development, J Immunol, 174:7014, 2005

Bibliografia …Ehrlich LA et al, IL-3 is a potential inhibitor of osteoblast differentiation in multiple myeloma, Blood, 106(4):1407, 2005Khapli SM et al, IL-3 acts directly on osteoclast precursors and irreversibly inhibits receptor activator of NF-kB ligand-induced osteoclast differentiatio by diverting the cells to macrophage lineage, J Immunol,171:142,2003Erlich LA et al ,The role of immune cells and inflammatory cytokines in Paget's disease and multiple myeloma, Immunol Rev,208:252, 2005Lee JW.IL-3 expression by myeloma cells increases both osteoclast formation and growth of myeloma cells, Blood,103(6):2308, 2004Shelburne GP, JJ Ryan. Role of Th2 cytokines in mast cell homeostasis, Immunological Review, 179:82, 2001Lorentz A, Bischof SC, Regulation of Human intestinal mast cell by stem cell factor and IL-4,Immunological Review, 179:57, 2001Yin T, Li L The stem cell niches in bone,J Clin Invest 116(5):1195 2006Testa U. et al, Interleukin-3 receptor in acute leukemia, Leukemia, 18:219, 2004Hogge DE et al.Variant Diphteria toxin- interleukin 3 fusion protein with increased receptor affinity have anhanced cytotoxicity against acute myeloid leukemia progenitor, Clin Cancer Res,12(4):1284,2006Trakatelli M et al, A new dendritic cell vaccine generated with interleukin-3 and interferon- beta induces CD8+ T cell responses against NA17-A2 tumor peptide in melanoma patients., cancer immunol immunother,55:469, 2006Chapel A. et al. In vivo gene targeting of IL-3 in immature hematopoietic cells through CD117 receptor mediated antibody gene delivery. Genetic vaccines and therapy, 2:16, 2004