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Www.crp-sante.lu LES CELLULES NK ET LEURS RECEPTEURS Dr.Tatiana Michel-Sohn, PhD Laboratoire dImmunogénétique-Allergologie Centre de Recherche Public (CRP)

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1 LES CELLULES NK ET LEURS RECEPTEURS Dr.Tatiana Michel-Sohn, PhD Laboratoire dImmunogénétique-Allergologie Centre de Recherche Public (CRP) de la Santé 84 Val Fleuri L-1526 Luxembourg Cours NK 28/03/11

2 PLAN DU COURS I)LES CELLULES NK: DONNEES DE BASE 1) Définition et Répartition 2) Propriétés 3) Fonctions II)LES RECEPTEURS DES CELLULES NK 1) Balance entre Messages Inhibiteurs et Activateurs 2) Concept du « Missing Self » 3) Les Récepteurs Inhibiteurs 4) Les Récepteurs Activateurs III) LES SOUS-TYPES DE CELLULES NK IV)LES CELLULES NK AU SEIN DU SYSTEME IMMUNITAIRE 1) Interactions avec les Cellules Dendritiques 2) Interactions avec les Lymphocytes T V)LES CELLULES NK EN IMMUNOLOGIE MEDICALE Cours NK 28/03/11

3 DEFINITION ET REPARTITION cellules NK: « natural killer cells », cellules tueuses « naturelles », décrites pour la première fois il y a 30 ans par Rolf Kiessling lymphocytes granuleux capables de tuer directement les cellules tumorales sans avoir été stimulés ou exposés au préalable à des A.G. spécifiques. définition fonctionnelle : lyse spontanée (« natural killing ») de cellules tumorales et de cellules infectées par des virus définition phénotypique : lymphocytes CD3-CD56+ chez lhomme absence des marqueurs des lymphocytes T (CD3, TCR) et B (CD19, BCR) se développent dans la moelle osseuse et sont indépendantes du thymus 5-10 % des lymphocytes du sang présence abondante dans rate, foie, utérus retrouvées aussi dans muqueuses, parenchyme pulmonaire, ganglions lymphatiques Cours NK 28/03/11

4 ASPECT DES CELLULES NK EN CYTOMETRIE EN FLUX CD3 BD FACSCanto II analyser Prélèvement sangPBMCmarquages A.C. :anti-CD56, anti-CD3 Ficoll CD56 Cours NK 28/03/11

5 cellule NK cellule cible cellule NK cellule cible CD16 (récepteur Fc ) anticorps anti-cellule cible CYTOTOXICITE NATURELLE CYTOTOXICITE DEPENDANTE DANTICORPS (ADCC) PRODUCTION DE CYTOKINES PROPRIETES DES CELLULES NK IFN- TNF- lyse Cours NK 28/03/11

6 rapport effecteurs/cibles CYTOTOXICITE DES CELLULES NK rapport effecteurs/cibles CELLULES NK non activéesCELLULES NK activées IL2 ACTIVATION DE LA CYTOTOXICITE activité cytotoxique stimulée par de nombreuses cytokines: interleukines (IL) -1, -2, -6, -7, -10, -12, -15, -18, -21 interférons (IFN) -, -, - TNF- conséquences: plus forte cytotoxicité contre cibles déjà lysées par cellules NK non activées (K562,…..) lyse de cibles résistantes aux cellules NK non activées (Raji, Daudi,…..) lIL-2 et lIL-15 stimulent aussi la prolifération des cellules NK cytokines inhibitrices de lactivité cytotoxique: TGF-, GM-CSF Cours NK 28/03/11

7 cellule NK cellule cible ETAPES DE LA LYSE DES CELLULES CIBLES 1) FORMATION DUN CONJUGUE 2) POLARISATION DES GRANULES CYTOTOXIQUES 3) RELARGAGE DES GRANULES CYTOTOXIQUES cellule NK cellule cible rôle des molécules dadhésion prédominance de messages activateurs perforine, granzymes, granulysine : mort de la cellule cible Cours NK 28/03/11

8 LA PRODUCTION DE CYTOKINES après contact avec dautres cellules [cellules dendritiques (CD), cellules cibles] ou stimulation par des cytokines, les cellules NK produisent et sécrètent elles-mêmes de nombreuses cytokines: IFN- avant tout mais aussi: IL-3, -5, -8, -10, -13 TNF-, lymphotoxines, TGF-, GM-CSF types et quantités des cytokines produites dépendent: des conditions de stimulation des cytokines présentes dans lenvironnement de létat dactivation des cellules NK pour une production optimale, il faut certaines combinaisons de cytokines activatrices, p.ex.: IL-12 + IL-18 pour une production maximale dIFN- IL-12 + IL-15 pour lIL-10 IL-15 + IL-18 pour lIL-13 et le GM-CSF Cours NK 28/03/11

9 FONCTIONS DES CELLULES NK défense antivirale défense antibactérienne et antiparasitaire défense antitumorale régulation de limmunité adaptative autres fonctions Cours NK 28/03/11

10 DEFENSE ANTIVIRALE rares patients sans cellules NK: infections virales graves à répétition en particulier, infections dues à des herpesvirus (HSV,HIV, HCV, EBV, CMV) carcinomes in situ du col utérin à répétition (papillomavirus) faible activité cytotoxique des cellules NK: risque élevé dinfections virales (herpétiques) graves mécanismes effecteurs: cytotoxicité (lyse préférentielle de cellules infectées par des virus) production dIFN- Cours NK 28/03/11

11 DEFENSE ANTIBACTERIENNE ET ANTIPARASITAIRE infections bactériennes: inhibition de la prolifération bactérienne lyse de cellules infectées par des bactéries contact avec bactéries fixées augmente activité cytotoxique LPS stimule prolifération, cytotoxicité, production dIFN- infections parasitaires: inhibition de la prolifération de protozoaires et de champignons lyse de parasites unicellulaires libres et de cellules infectées par eux production abondante dIFN- mécanismes effecteurs: cytotoxicité contre parasites libres et cellules infectées granulysine lyse nombreuses bactéries, parasites et champignons production dIFN- stimule phagocytose par les macrophages induit immunité adaptative (réponse Th1) Cours NK 28/03/11

12 DEFENSE ANTITUMORALE immunosurveillance: détection et élimination sélective des cellules tumorales in vitro: lyse de nombreuses lignées tumorales et de cellules cancéreuses fraîches patients atteints de cancer: meilleur pronostic si infiltration de cellules NK dans la tumeur souvent faible cytotoxicité des cellules NK corrélation inverse entre activité cytotoxique et apparition de métastases modèles murins: cellules NK éliminent certaines tumeurs greffées retardent lapparition de métastases déplétion des cellules NK susceptibilité accrue aux tumeurs Cours NK 28/03/11

13 CELLULES NK ET IMMUNITE ADAPTATIVE cellules dendritiques: activation et maturation induite par les cellules NK (contact direct et cytokines) des destruction des CD immatures si excès de cellules NK (fin de la réponse immunitaire) lymphocytes T: T auxiliaires Th1 et T cytotoxiques stimulés par les cytokines produites par les cellules NK (IFN- ) Cours NK 28/03/11

14 AUTRES FONCTIONS régulation de lhématopoïèse: production de GM-CSF (facteur de croissance de cellules myéloïdes) lyse de blastes hématopoïétiques rejet de greffe de moelle osseuse allogénique effet antiangiogénique: repose sur la production dIFN- grossesse: utérus gravidique très riche en cellules NK contribution à limplantation embryonnaire la croissance placentaire protection de lembryon contre les infections limitation de la contamination maternelle par cellules embryonnaires Cours NK 28/03/11

15 BALANCE ENTRE MESSAGES INHIBITEURS ET ACTIVATEURS absence de messages -: lyse messages + et -: pas de lyse (- > +) cellules cibles cellules NK cellules cibles Cours NK 28/03/11

16 LES MOLECULES HLA DE CLASSE I CLASSIQUES exprimées à la surface de la plupart des cellules nucléées structure: chaîne lourde (molécule HLA) et chaîne légère ( 2-microglobuline) gènes situés sur le chromosome 6: HLA-A, HLA-B, HLA-C caractéristiques: transmission en haplotype un haplotype paternel, un haplotype maternel polymorphisme extrême très nombreux variants alléliques expression codominante jusquà 6 molécules HLA de classe I différentes chez un individu rôle:présentation de peptides endogènes aux lymphocytes T cytotoxiques (CD8+) Cours NK 28/03/11

17 REGULATION DE LACTIVITE CYTOTOXIQUE cellule cible potentielle: corrélation inverse entre lexpression des molécules de classe I du CMH (molécules HLA de classe I chez lhomme) et la sensibilité à la lyse par les cellules NK pas de lyse de cellules autologues normales expression normale des molécules HLA de classe I lyse si absence ou diminution des molécules HLA de classe I situation fréquente au niveau des cellules cancéreuses et des cellules infectées par des virus lyse si : absence de soi, missing self Cours NK 28/03/11

18 cellule NK cellule cible HLA-A EXPRESSION DES MOLECULES HLA DE CLASSE I: PAS DE LYSE ABSENCE DES MOLECULES HLA DE CLASSE I: LYSE HLA-B HLA-C HLA-B HLA-A Cours NK 28/03/11

19 ANALYSE CLONALE DES CELLULES NK frères Moretta (Université de Gênes): les premiers à réussir le clonage des cellules NK humaines vers 1993 clone: population de cellules NK activées toutes issues de la même cellule NK de départ a priori même phénotype et mêmes propriétés fonctionnelles test de cytotoxicité: cellules effectrices (E) et cibles (C) de donneurs à phénotype HLA connu (E): clones NK contre (C): lymphocytes T allogéniques (activés par PHA) résultats: la résistance à la lyse est liée à des haplotypes HLA particuliers donc: hétérogénéité clonale des cellules NK dans la capacité de reconnaître certains allèles HLA de classe I Cours NK 28/03/11

20 Selon les cas, les clones de cellules NK ne lysent pas les cellules cibles qui expriment: HLA-C (groupe 1) HLA-C (groupe 2) HLA-B (groupe Bw4) HLA-B (groupe Bw6) Ac (IgM) anti-HLA de classe I: restaurent la lyse, quelque soit le groupe SPECIFICITE HLA DE CLASSE I DE DIFFERENTS GROUPES DE CLONES NK allèles HLA-C groupe 2: HLA-Cw2, Cw4, Cw5 et Cw6 allèles HLA-C groupe 1: HLA-Cw1, Cw3, Cw7 et Cw8 Clone NK groupe 1 Clone NK groupe 2 Clone NK groupe 3 Cible HLA- Bw4+ Cible HLA-C groupe 2+ Cible HLA-C groupe 1+ Protection (pas de Lyse) Lyse individuellement, ou selon des combinaisons « aléatoires » Cours NK 28/03/11

21 CONCLUSIONS DE CES EXPERIENCES 1)les molécules HLA de classe I protègent contre la cytotoxicité des cellules NK 2)les cellules NK sont capables de reconnaître les molécules HLA de classe I (autologues et allogéniques) 3)la reconnaissance des molécules HLA de classe I bloque lactivité cytotoxique des cellules NK 4)il existe des récepteurs des cellules NK spécifiques des molécules HLA de classe I 5)ces récepteurs sont inhibiteurs et sont distribués de façon clonale Cours NK 28/03/11

22 RA RI RA + - messages + et - pas de lyse (- > +) absence de messages – et +: pas de lyse HLA classe I LA Cellules NK fonctionnelles ou anergiques cellules normale autologue Cellule NK fonctionnelle et « educated » Cellule NK anergique et désarmée HLA classe I Cours NK 28/03/11

23 Education des cellules NK(1) RI RA + - HLA classe I LA cellules normales autologues cellules normales autologues cellules autologues deficientes en TAP HLA classe I LA RA RI RA + - Récepteur inhibiteur spécifique du soi la cellule NK est fonctionnelle et « educated » Pas de récepteur inhibiteur spécifique du soi la cellule NK est anergique et non « educated » Pas de molecule de CMH de classe I la cellule NK est anergique et non « educated » Cours NK 28/03/11

24 Plus de 20% des cellules NK nexpriment pas de récepteur inhibiteur spécifique du soi Ces cellules sont anergiques ( non cytotoxiques et ne produisent pas de cytokines) Les cellules NK doivent exprimer un récepteur inhibiteur pour devenir actives (fonctionnelles) Education des cellules NK(2) Cours NK 28/03/11

25 Schleinitz et al., Médecine/Sciences 2001,17, RECEPTEURS INHIBITEURS DES CELLULES NK (1) I/VxYxxL/V Cours NK 28/03/11

26 RECEPTEURS INHIBITEURS DES CELLULES NK (2) appartenance à deux grandes familles moléculaires de glycoprotéines membranaires: superfamille des immunoglobulines (Ig): KIR, ILT2, LAIR-1, p75/AIRM1, IRp60 superfamille des lectines de type C: CD94/NKG2A caractéristique commune: présence dun ou de plusieurs motifs ITIM dans la partie intracytoplasmique ITIM: « immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif » motif retrouvé dans tous les RI connus capital pour la transduction des signaux inhibiteurs conséquence de lengagement des RI: inhibition de la cytotoxicité naturelle inhibition de lADCC généralement aussi inhibition de la production de cytokines Cours NK 28/03/11

27 RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (1) KIR: « killer-cell immunoglobulin-like receptors » structure et nomenclature: deux (KIR2D) ou trois (KIR3D) domaines Ig extracellulaires long (L) domaine cytoplasmique avec deux motifs ITIM formes activatrices: partie extracellulaire identique court (S) domaine cytoplasmique sans motif ITIM nombreuses isoformes: 12 gènes connus, plus de 35 ADNc décrits polymorphisme allélique, épissage alternatif transmission des gènes: en haplotype région génomique des KIR: dynamique comme celle des molécules HLA de classe I dapparition « récente » en termes dévolution fréquentes duplications, délétions et recombinaisons Cours NK 28/03/11

28 RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (2) expression: sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T plus ou moins importantes selon les donneurs KIR2DL1 (CD158a): reconnaît les molécules HLA-Cw2, -Cw4, -Cw5, -Cw6 et -Cw15 résidus critiques de ces allèles pour la reconnaissance: asparagine en position 77 lysine en position 80 KIR2DL2/KIR2DL3 (CD158b): reconnaissent les molécules HLA-Cw1, -Cw3, -Cw7 et -Cw8 résidus critiques de ces allèles pour la reconnaissance: sérine en position 77 asparagine en position 80 du domaine 1 de la chaîne lourde du domaine 1 de la chaîne lourde Cours NK 28/03/11

29 RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (3) KIR3DL1 (CD158e): reconnaît les molécules HLA-B de type Bw4 molécules HLA-B: deux allotypes, Bw4 et Bw6 séquence différente des résidus du domaine 1 de la chaîne lourde KIR3DL2 (CD158k): reconnaît les molécules HLA-A3 et HLA-A11 est exprimé comme homodimère tous les autres KIR sont exprimés comme monomères Cours NK 28/03/11

30 RECEPTEURS INHIBITEURS: ILT2 ILT ou LIR: « immunoglobulin-like transcripts » ou « leukocyte immunoglobulin-like receptors » famille de RI surtout exprimés par les CD, les monocytes (MO) et les macrophages très polymorphe ILT2 (LIR-1, CD85j): exprimé en plus par: sous-populations de cellules NK lymphocytes B et sous-populations de lymphocytes T reconnaît large spectre de molécules HLA de classe I: HLA-A1, -A2, -A3 et autres HLA-Bw4 et -Bw6 HLA-C groupe 1 et groupe 2 (moindre efficacité) HLA-G Cours NK 28/03/11

31 RECEPTEURS INHIBITEURS: CD94/NKG2A (1) expression: sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T plus ou moins importantes selon les donneurs CD94: domaine cytoplasmique très court aucune transduction de signal molécule chaperon pour NKG2A NKG2A: « carbohydrate recognition domain » extracellulaire caractéristique deux motifs ITIM dans le domaine cytoplasmique NKG2B: variant dépissage alternatif, dom. extracell. plus court CD94/NKG2A: peu de polymorphisme Cours NK 28/03/11

32 RECEPTEURS INHIBITEURS: CD94/NKG2A (2) CD94/NKG2A: reconnaît chez lhomme: la molécule HLA de classe I non classique HLA-E HLA-E: présente des peptides dérivés de la séquence signal de molécules HLA de classe I classiques (HLA-A, -B, -C) et de la molécule non classique HLA-G Cours NK 28/03/11

33 RECEPTEURS INHIBITEURS: CD94/NKG2A (3) peptides signal des molécules HLA de classe I: nonamères, séquence très conservée HLA-E peut présenter le peptide signal: de la vaste majorité des allèles HLA-A et -C et de HLA-G de la moitié environ des allèles de HLA-B HLA-E ne peut pas présenter le peptide signal: de lautre moitié des allèles de HLA-B (dont HLA-Bw4) de HLA-E expression de HLA-E à la surface cellulaire: dépend de la présence des peptides CD94/NKG2A: très large spectre de reconnaissance des molécules de classe I du CMH surveillance de leur expression globale surveillance non limitée à un type dallèles Cours NK 28/03/11

34 DISTRIBUTION CLONALE DES RECEPTEURS INHIBITEURS KIR 2DL1 CD94/NKG2A KIR 3DL2 KIR 2DL1 cellule NK 1 cellule NK 4cellule NK 3 cellule NK 2 Cours NK 28/03/11

35 REGLES DEXPRESSION DES KIR ET DE CD94/NKG2A 1)chaque cellule NK exprime au moins un RI spécifique dune molécule HLA de classe I autologue (évite toute cytotoxicité contre cellules autologues normales) 2)si une cellule NK exprime plusieurs RI, chacun fonctionne indépendamment des autres 3)lexpression dun KIR ne dépend pas de la présence de son ligand sur les cellules autologues 4)pour chaque RI, le % de cellules NK RI+ varie dun individu à lautre 5)lexpression dun répertoire donné de RI chez un individu est stable dans le temps 6)toutes les cellules NK nexpriment donc pas tous les RI dont les gènes sont présents chez lindividu dans le cas contraire, seules les cellules malades ayant perdu toute expression des molécules HLA de classe I seraient éliminées (système inefficace) perte ou diminution dun seul allèle suffit pour la lyse par les cellules NK nexprimant que le RI spécifique de cet allèle Cours NK 28/03/11

36 LE « MISSING SELF » NEXPLIQUE PAS TOUTES LES DONNEES EXPERIMENTALES 1) cellules NK de patients déficients en TAP: ne sont pas autoréactives (pas de destruction de cellules autologues) or expression très faible (1/100 e de la normale) des molécules de classe I du CMH 2) lors du développement des cellules NK à partir des précurseurs médullaires: les RA apparaissent avant les RI or les précurseurs RA+/RI- ne sont pas cytotoxiques contre les cellules autologues Doù: existence de RI ayant des ligands différents des molécules de classe I du CMH? Cours NK 28/03/11

37 RI « NON CMH » DE LA SUPERFAMILLE DES Ig (1) caractéristiques communes: expression sur 100 % des cellules NK ligand(s) sont différents des molécules HLA de classe I LAIR-1 (CD305): « leukocyte associated Ig-like receptor-1 » exprimé par cellules NK, lymphocytes T et B (70-90 %), CD, MO ligand: collagène IRp60: « inhibitory receptor protein 60 » exprimé par cellules NK, lymphocytes T (20-60 %), MO, PNN Ligand(s) inconnu(s) p75/AIRM-1 ou SIGLEC7 (CD328): « adhesion inhibitory receptor molecule 1 » ou « sialic-acid-binding Ig-like lectin 7 » famille des sialoadhésines (SIGLEC) interagit avec son ligand dune façon dépendante de lacide sialique p.ex. le ganglioside GD3 (exprimé par SNC, l. T et mélanomes malins) exprimé par cellules NK, lymphocytes T (faible %), MO, PNN autres membres de cette famille retrouvés sur 50 % des cellules NK: SIGLEC9 (homme). Cours NK 28/03/11

38 RI « NON CMH » DE LA SUPERFAMILLE DES Ig (2) CEACAM1 (CD66a): « carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 » exprimé par cellules NK activées, lymphocytes T, CD, PNN présent aussi sur cellules épithéliales et endothéliales ligand:CD66a par interactions homotypiques expression souvent augmentée sur tumeurs malignes Cours NK 28/03/11

39 QUELQUES RECEPTEURS INHIBITEURS DES CELLULES NK RécepteurSuperfamilleLigand(s) KIR2DL1 (CD158a)IgHLA-Cw2,4,5,6 KIR2DL2/DL3 (CD158b)IgHLA-Cw1,3,7,8 KIR3DL1 (CD158e)IgHLA-Bw4 KIR3DL2 (CD158k)IgHLA-A3,11 ILT2 (LIR-1)IgHLA-A,B,C,G LAIR-1Iginconnu(s) SIGLEC7 (p75/AIRM1)Igacide sialique CD94/NKG2A(B)lectines type CHLA-E Cours NK 28/03/11

40 RI RA cellules cibles cellules NK messages + et -: pas de lyse (- > +) absence de messages -: lyse RI HLA classe I LA BALANCE ENTRE MESSAGES INHIBITEURS ET ACTIVATEURS Cours NK 28/03/11

41 RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES NK (1) Roetynck et al., Immunological Reviews, (1), 251–263. Cours NK 28/03/11

42 RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES NK (2) appartenance à deux grandes familles moléculaires de glycoprotéines membranaires: superfamille des Ig: NCR, CD16, KIR activateurs superfamille des lectines de type C: NKG2D, NKG2C/E/I caractéristiques communes: présence dun acide aminé de charge positive dans la partie transmembranaire pas de motif de transduction de signal cytoplasmique conséquences de lengagement des RA: mise en route de la cytotoxicité naturelle mise en route de lADCC (CD16) généralement aussi stimulation de la production de cytokines quelquefois stimulation de la prolifération Cours NK 28/03/11

43 RECEPTEURS ACTIVATEURS: LES NCR (1) NCR: « natural cytotoxicity receptors » au nombre de trois: NKp46, NKp30, NKp44 expression: marqueurs spécifiques des cellules NK présents sur aucun autre type cellulaire effets: lyse dun grand nombre de tumeurs (de différentes origines histologiques) ligands: inconnu actuellement lhémagglutinine du virus de la grippe et pp65, protéine de cytomegalovirus ont été proposées Arnon et al., seminars in cancer Biology 16(2006) Cours NK 28/03/11

44 RECEPTEURS ACTIVATEURS: LES NCR (2) NKp46: exprimé par la grande majorité des cellules NK non activées et activées densité dexpression peut varier: dun donneur à lautre dune cellule NK à lautre chez un même donneur selon les individus: profil homogène NKp46 bright : cas le plus fréquent expression bimodale: coexistence cellules NKp46 bright et NKp46 dim expression hétérogène: cellules bright, intermédiaires et dim activité cytotoxique directement proportionnelle à la densité dexpression: clones NKp46 bright : très forte activité cytotoxique naturelle clones NKp46 dim : faiblement cytotoxiques Cours NK 28/03/11

45 RECEPTEURS ACTIVATEURS: LES NCR (3) NKp30: exprimé par la grande majorité des cellules NK non activées et activées densité dexpression parallèle à NKp46: cellule NK qui est NKp46 bright est aussi NKp30 bright cellule NK qui est NKp46 dim est aussi NKp30 dim NKp44: structure atypique: un motif ITIM intracytoplasmique exprimé uniquement par les cellules NK activées (par lIL-2) présent sur cellules NK activées polyclonales et clonales explique en partie leur plus forte cytotoxicité (par rapport aux cellules NK non activées) densité dexpression parallèle à celle de NKp46 Cours NK 28/03/11

46 PROPRIETES FONCTIONNELLES DES NCR chaque NCR est capable dactiver isolément la cytotoxicité les trois NCR coopèrent dans la lyse de la plupart des cibles pour certaines cibles tumorales: rôle prépondérant ou exclusif dun ou de deux des NCR seulement ou aucun rôle des NCR dans la lyse les trois NCR lysent des cellules autologues normales: si molécules HLA de classe I masquées par Ac ligands des NCR: présents sur cellules normales et cellules tumorales expression des ligands peut varier dune tumeur à lautre Cours NK 28/03/11

47 KIR ACTIVATEURS expression: sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T plus ou moins importantes selon les donneurs KIR2DS1 et KIR2DS2: même structure extracellulaire que les homologues inhibiteurs mêmes ligands HLA-C que leurs homologues inhibiteurs mais affinité pour les ligands beaucoup plus faible KIR2DS4: ligand inconnu mais différent des molécules HLA de classe I stimule aussi la prolifération des cellules NK KIR2DL4 ou CD158d: structure atypique pour un RA car motif ITIM cytoplasmique transcrit dans toutes les cellules NK seulement certains variants alléliques sexpriment en surface ligand: HLA-G, molécule HLA de classe I non classique, présente sur cellules fœtales du trophoblaste MO activés, cellules épithéliales thymiques certaines tumeurs Cours NK 28/03/11

48 RECEPTEURS ACTIVATEURS: CD16 : CD16 ou FcgRIIIa: membre de la superfamille des Ig exprimé par cellules NK et faible % de lymphocytes T et de MO récepteur de faible affinité pour les fragments Fc des IgG reconnaît fragments Fc des IgG1 et des IgG3 (pas ceux des IgG2 ni des IgG4) conséquences de lengagement du CD16: ADCC production de CK expression de marqueurs dactivation prolifération induction de lapoptose dans une fraction des cellules Cours NK 28/03/11

49 RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (1) structure: peu dhomologies avec les autres récepteurs NKG2 expression sous forme dhomodimères non associé au CD94 expression: 100 % des cellules NK lymphocytes T CD8+, naïfs et activés lymphocytes T propriété caractéristique: lyse certaines cibles malgré expression normale des molécules de classe I du CMH stimulation donc suffisamment forte pour surpasser linhibition habituellement prédominante Cours NK 28/03/11

50 ligands: 1)MICA, MICB (« MHC Class I chain-related proteins A et B ») apparentées aux molécules HLA de classe I mais ne présentent pas de peptides 2)ULBP (« UL16-binding proteins ») ou RAET1 (« retinoic acid early transcripts 1 ») lointaine parenté avec les molécules HLA de classe I 6 gènes différents, 2 protéines transmembranaires, 4 protéines couplées au GPI RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (2) Cours NK 28/03/11

51 RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (3) propriétés des ligands: rarement exprimés par des cellules saines inductibles par le stress cellulaire, donc présents sur: cellules tumorales (MICA, MICB, ULBP) cellules infectées par des virus (MICA, MICB, ULBP) cellules infectées par des bactéries (MICA, MICB) cellules soumises à un stress oxydatif ou un choc thermique MICA, MICB: expression par cellules de lépithélium intestinal (par stimulation bactérienne chronique?) expression par CD activées par lIFN- et lIL-15 « induced self »: lapparition des ligands de NKG2D est le témoin dun stress cellulaire ces ligands correspondent à un « soi induit (induced self) » le « induced self » est reconnu par les cellules NK et les active autre stratégie de reconnaissance de cellules malades (à côté du « missing self ») Cours NK 28/03/11

52 NKG2 ACTIVATEURS expression: sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T plus ou moins importantes selon les donneurs CD94/NKG2C: reconnaît HLA-E chez lhomme affinité beaucoup plus faible que CD94/NKG2A sauf pour le peptide signal de HLA-G CD94/NKG2E: idem NKG2C sauf que le ligand de la forme humaine est inconnu Cours NK 28/03/11

53 LES CORECEPTEURS ACTIVATEURS (1) caractéristiques communes: expression homogène sur 100 % des cellules NK humaines ne peuvent pas activer indépendamment les cellules NK NKp80: nest pas un NCR malgré son nom mais une lectine de type C exprimé aussi par lymphocytes T CD56+ ligand(s) inconnu(s), présent(s) sur cellules normales, absent(s) des tumeurs CD59: couplé à membrane plasmique par groupements GPI exprimé aussi par lymphocytes T et B, MO, PNN, tumeurs régule lactivation du complément (protection des cellules normales) association constitutive à NKp46 ligand(s) inconnu(s) Cours NK 28/03/11

54 LES CORECEPTEURS ACTIVATEURS (2) 2B4 ou CD244: membre de la superfamille des Ig (famille du CD2) exprimé aussi par lymphocytes T et T CD8+, MO ligand: CD48, autre membre de la famille du CD2 largement exprimé par cellules hématopoïétiques costimule cytotoxicité et production dIFN- NTB-A: membre de la superfamille des Ig (famille du CD2) exprimé aussi par lymphocytes T et B ligand: NTB-A (interaction homotypique) costimule cytotoxicité et production de CK Cours NK 28/03/11

55 PRINCIPAUX RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES NK R é cepteur SuperfamilleLigand(s)Expression NKp46 (NCR1)Iginconnus(s)NK NKp44 (NCR2)Iginconnus(s)NK activées NKp30 (NCR3)Iginconnus(s)NK KIR2DS1 (p50.1)IgHLA-Cw2,4,5,6NK,T KIR2DS2 (p50.2)IgHLA-Cw1,3,7,8NK,T KIR2DS4 (p50.3)Iginconnus(s)NK,T CD16 (FcgRIIIa)Igfragments Fc des IgGNK,T,MO CD244 (2B4)IgCD48NK,T,MO NKG2Dlectines type CMICA/MICB/ULBPNK,T CD94/NKG2Clectines type CHLA-ENK,T CD94/NKG2Electines type Cinconnus(s)NK,T NKp80lectines type Cinconnus(s)NK, T Cours NK 28/03/11

56 Schleinitz et al., Médecine/Sciences 2001,17, INHIBITION – ACTIVATION: RESUME Cours NK 28/03/11

57 ORGANISATION DES GENES DES RECEPTEURS DES CELLULES NK Trowsdale et al., Immunol Rev 2001,181,20-38 LRC: « leukocyte receptor complex » NKC: « natural killer gene complex » Cours NK 28/03/11

58 LES HAPLOTYPES DES KIR Cours NK 28/03/11

59 LES CELLULES NK EXPRIMENT DES TOLL-LIKE RECEPTORS (TLR) TLR: récepteurs de limmunité innée reconnaissent structures conservées de nombreux agents pathogènes (virus, bactéries, parasites) cellules NK expriment: TLR2 (ligands: constituants membranaires de bactéries et parasites) TLR3 (ligands: ARN viral double brin, polyI/C) TLR4 (ligand: LPS bactérien) et TLR5 (ligand: flagelline bactérienne) TLR7 et TLR8 (ligand: ARN viral simple brin) TLR9 (ligands: motifs CpG du génôme bactérien) conséquences de lengagement des TLR pour les cellules NK: augmentation de la cytotoxicité naturelle, de lADCC et du CD69 production de cytokines (IFN-, IL-6, IL-8, TNF- ) TLR2 et TLR5: production de défensines (peptides antibactériens) grâce aux TLR: défense immédiate (innée) contre agents infectieux effectuée par les cellules NK Cours NK 28/03/11

60 SOUS-TYPES DE CELLULES NK (1) cellules NK CD56 bright : 10 % des cellules NK circulantes fonction principale: production de cytokines migration vers: organes lymphoïdes secondaires sites dinflammation chronique cellules NK CD56 dim : 90 % des cellules NK circulantes fonction principale: cytotoxicité naturelle et ADCC migration vers: sites périphériques dinflammation aiguë stimulation par cytokines (IL-2, IL-12, IL-15, IL-18): augmentation de lactivité cytotoxique de toutes les cellules NK Cours NK 28/03/11

61 SOUS-TYPES DE CELLULES NK (2) 1)CD56 bright CD16- 2)CD56 bright CD16 dim 3)CD56 dim CD16 bright 4)CD56 dim CD16- 5)CD56-CD16 bright Cours NK 28/03/11

62 PHENOTYPE DES CELLULES NK CD56 bright ET CD56 dim CD56 bright CD56 dim CD CD16 –/+ + + Récepteurs Inhibiteurs KIR –/+ + + CD –/+ NKG2A +–/+ ILT-2 –+ Récepteurs de Cytokines et Chimiokines IL-2R αβγ + – IL-2R βγ c-kit + – CCR7 + + – CXCR3 +–/+ CXCR1 – + + CX3CR1 – + + Molécules dAdhésion CD L-sélectine + + –/+ LFA Cooper et al., Trends Immunol 2001,22, Cours NK 28/03/11

63 INTERCONNECTIONS IMMUNITES INNEE ET ADAPTATIVE Daprès le site web de lunité de Régulation des Infections Rétrovirales, Institut Pasteur, Paris macrophages, CD, PNN… lymphocytes B et T activés cytokines chimiokines lymphocytes T cytokines chimiokines lyse tissus cytokines Cours NK 28/03/11

64 INTERACTIONS NK – CD EN PERIPHERIE Arnon et al., seminars in cancer Biology 16(2006) Circulation sanguine inflammation Circulation vers les ganglions lymphatiques Cours NK 28/03/11

65 CELLULES NK DANS LES GANGLIONS LYMPHATIQUES 1-7 % des cellules mononucléées sont des cellules NK contiennent 40% de tous les lymphocytes contre 2 % pour le sang donc cellules NK beaucoup plus nombreuses que dans le sang % de ces cellules NK sont CD56 bright (et CD16-KIR-NCR-) deviennent rapidement KIR+NCR+ et cytotoxiques sous linfluence de lIL-2 Cours NK 28/03/11

66 INTERACTIONS NK – CD – T DANS LES GANGLIONS LYMPHATIQUES The scientist.com Cours NK 28/03/11

67 INTERACTIONS des cellules NK avec les cellules T Les cellules NK : stimulent les cellules CD4+ Th1 T helper par la production de IFN- stimulent la prolifération des cellules T après contact direct (2B4- CD48, OX40L-OX40) si activées, ont la capacité de présenter lantigène aux cellules T si activées, peuvent tuer les cellules T activées autologues Cours NK 28/03/11

68 NOUVEAU CONCEPT: LES CELLULES NK « REGULATRICES » Une sous population de cellules NK a un rôle de suppresseur ou de régulateur négatif: sécretion de la cytokine IL-10 immunosuppressive inhibition de la prolifération des cellules T et de la production de leurs cytokines inhibition de la cytotoxicité et de la production des cytokines des autres cellules NK Cours NK 28/03/11

69 déficits congénitaux ne touchant que les cellules NK: absence totale très rare infections sévères et à répétition à virus herpès (HSV,HCV, HIV, CMV,EBV) déficit fonctionnel ne touchant que les cellules NK: expression du RI KIR2DL1 par toutes les cellules NK toutes les cellules NK inhibées en permanence (car ligands HLA-C présents) infections sévères et à répétition au CMV (1 cas décrit) déficits congénitaux, pléiotropes: LFA-1 NEMO (NFkB essential modifier) TAP (transporteur de peptides) syndrome lymphoprolifératif lié à lX activité diminuée, voire effondrée: risque élevé dinfections à virus herpès syndrome de fatigue chronique cancers métastatiques DEFICITS DES CELLULES NK Cours NK 28/03/11

70 HIV (VIH): cellules infectées: diminution de l'expression des molécules HLA-A et –B pour échapper aux lymphocytes T cytotoxiques pas d'effet sur l'expression de HLA-C et HLA-E donc protection contre cellules NK cellules NK (ne sont pas infectées): faible activité cytotoxique même si stimulation par lIL-2 augmentation du % de cellules NK KIR+ et ILT2+ majorité de cellules NK NCR dim apparition de cellules NK CD56-CD16+ ces paramètres se normalisent après 2 ans de HAART poxvirus: gène codant pour un analogue du récepteur soluble de lIL-18 IL-18 séquestrée, moindre activation des cellules NK CMV: cf schéma CELLULES NK ET INFECTIONS VIRALES (1) Cours NK 28/03/11

71 cellule NK cellule infectée par le CMV UL40 HLA-ECD94/NKG2A UL18 ILT2 _ Inhibition PAS DE LYSE _ ECHAPPEMENT VIRAL AUX CELLULES NK : LEXEMPLE DU CYTOMEGALOVIRUS (CMV) NKG2D MICA/B UL16 Cours NK 28/03/11

72 CELLULES NK ET INFECTIONS VIRALES (2) HCV (VHC): CD81 est un des récepteurs de lHCV interaction protéine denveloppe E2 de lHCV avec CD81 des cellules NK: inhibition de: cytotoxicité, production de CK, prolifération mécanisme: phosphorylation sur tyrosines est bloquée augmentation de lexpression des molécules HLA de classe I CD stimulés par IFN- expriment MICA/MICB qui activent cellules NK patients HCV+: IFN- ninduit pas MICA/MICB sur CD pas dactivation des cellules NK cellules NK des patients HCV+ expression augmentée de CD94/NKG2A production dIL-10 et de TGF- : pas dactivation des cellules NK Cours NK 28/03/11

73 Daprès OConnor et al, Immunology, 2005, 117. CD4/CD8 Cell Cours NK 28/03/11


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