Dr.Tatiana Michel-Sohn, PhD

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

2 PLAN DU COURS LES CELLULES NK: DONNEES DE BASE
1) Définition et Répartition 2) Propriétés 3) Fonctions 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 l’homme 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
A.C. :anti-CD56, anti-CD3 Ficoll Prélèvement sang PBMC marquages BD FACSCanto II analyser CD56 CD3 Cours NK 28/03/11

5 PROPRIETES DES CELLULES NK CYTOTOXICITE DEPENDANTE
IFN-g PRODUCTION DE CYTOKINES cellule NK cellule cible TNF-a lyse CYTOTOXICITE NATURELLE anticorps anti-cellule cible cellule NK cellule cible CD16 (récepteur Fcg) lyse CYTOTOXICITE DEPENDANTE D’ANTICORPS (ADCC) Cours NK 28/03/11

6 CYTOTOXICITE DES CELLULES NK
CELLULES NK non activées CELLULES NK activées IL2 rapport effecteurs/cibles rapport effecteurs/cibles ACTIVATION DE LA CYTOTOXICITE activité cytotoxique stimulée par de nombreuses cytokines: interleukines (IL) -1, -2, -6, -7, -10, -12, -15, -18, -21 interférons (IFN) -a, -b, -g TNF-a 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,…..) l’IL-2 et l’IL-15 stimulent aussi la prolifération des cellules NK cytokines inhibitrices de l’activité cytotoxique: TGF-b, GM-CSF Cours NK 28/03/11

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

8 LA PRODUCTION DE CYTOKINES
après contact avec d’autres cellules [cellules dendritiques (CD), cellules cibles] ou stimulation par des cytokines, les cellules NK produisent et sécrètent elles-mêmes de nombreuses cytokines: IFN-g avant tout mais aussi: IL-3, -5, -8, -10, -13 TNF-a, lymphotoxines, TGF-b, GM-CSF types et quantités des cytokines produites dépendent: des conditions de stimulation des cytokines présentes dans l’environnement de l’état d’activation des cellules NK pour une production optimale, il faut certaines combinaisons de cytokines activatrices, p.ex.: IL-12 + IL-18 pour une production maximale d’IFN-g IL-12 + IL-15 pour l’IL-10 IL-15 + IL-18 pour l’IL-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 l’immunité 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 d’infections virales (herpétiques) graves mécanismes effecteurs: cytotoxicité (lyse préférentielle de cellules infectées par des virus) production d’IFN-g 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 d’IFN-g infections parasitaires: inhibition de la prolifération de protozoaires et de champignons lyse de parasites unicellulaires libres et de cellules infectées par eux production abondante d’IFN-g mécanismes effecteurs: cytotoxicité contre parasites libres et cellules infectées granulysine lyse nombreuses bactéries, parasites et champignons production d’IFN-g 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 l’apparition 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) 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-g) Cours NK 28/03/11

14 AUTRES FONCTIONS régulation de l’hématopoïèse:
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 d’IFN-g grossesse: utérus gravidique très riche en cellules NK contribution à l’implantation embryonnaire la croissance placentaire protection de l’embryon contre les infections limitation de la contamination maternelle par cellules embryonnaires Cours NK 28/03/11

15 BALANCE ENTRE MESSAGES INHIBITEURS ET ACTIVATEURS
cellules cibles cellules NK cellules NK cellules cibles messages + et -: pas de lyse (- > +) absence de messages -: lyse 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 (b2-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 jusqu’à 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 L’ACTIVITE CYTOTOXIQUE
cellule cible potentielle: corrélation inverse entre l’expression des molécules de classe I du CMH (molécules HLA de classe I chez l’homme) 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 EXPRESSION DES MOLECULES HLA DE CLASSE I: PAS DE LYSE
HLA-A HLA-A HLA-B cellule cible HLA-B HLA-C HLA-C cellule NK ABSENCE DES MOLECULES HLA DE CLASSE I: LYSE cellule cible 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 SPECIFICITE HLA DE CLASSE I DE DIFFERENTS GROUPES DE CLONES NK
Clone NK groupe 1 groupe 2 groupe 3 Cible HLA- Bw4+ Cible HLA-C groupe 2+ groupe 1+ Protection (pas de Lyse) Lyse allèles HLA-C groupe 2: HLA-Cw2, Cw4, Cw5 et Cw6 allèles HLA-C groupe 1: HLA-Cw1, Cw3, Cw7 et Cw8 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 individuellement, ou selon des combinaisons « aléatoires » Cours NK 28/03/11

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

23 Education des cellules NK(1) autologues deficientes en TAP
cellules normales autologues cellules normales autologues cellules autologues deficientes en TAP HLA classe I HLA classe I LA LA LA RI RA + - 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 Education des cellules NK(2)
Plus de 20% des cellules NK n’expriment 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) Cours NK 28/03/11

25 RECEPTEURS INHIBITEURS DES CELLULES NK (1)
I/VxYxxL/V Schleinitz et al., Médecine/Sciences 2001,17, 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 d’un 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 l’engagement des RI: inhibition de la cytotoxicité naturelle inhibition de l’ADCC généralement aussi inhibition de la production de cytokines Cours NK 28/03/11

27 RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (1)
« 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 d’apparition « récente » en termes d’évolution 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 sérine en position 77 asparagine en position 80 du domaine a1 de la chaîne lourde du domaine a1 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 77-83 du domaine a1 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 d’épissage alternatif, dom. extracell. plus court CD94/NKG2A: peu de polymorphisme Cours NK 28/03/11

32 RECEPTEURS INHIBITEURS: CD94/NKG2A (2)
reconnaît chez l’homme: 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 l’autre 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 d’allèles Cours NK 28/03/11

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

35 REGLES D’EXPRESSION DES KIR ET DE CD94/NKG2A
1) chaque cellule NK exprime au moins un RI spécifique d’une 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 l’expression d’un KIR ne dépend pas de la présence de son ligand sur les cellules autologues 4) pour chaque RI, le % de cellules NK RI+ varie d’un individu à l’autre 5) l’expression d’un répertoire donné de RI chez un individu est stable dans le temps toutes les cellules NK n’expriment donc pas tous les RI dont les gènes sont présents chez l’individu 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 d’un seul allèle suffit pour la lyse par les cellules NK n’exprimant que le RI spécifique de cet allèle Cours NK 28/03/11

36 LE « MISSING SELF » N’EXPLIQUE 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 (1/100e 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 D’où: 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 d’une façon dépendante de l’acide 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 Récepteur Superfamille Ligand(s) KIR2DL1 (CD158a) Ig HLA-Cw2,4,5,6 KIR2DL2/DL3 (CD158b) HLA-Cw1,3,7,8 KIR3DL1 (CD158e) HLA-Bw4 KIR3DL2 (CD158k) HLA-A3,11 ILT2 (LIR-1) HLA-A,B,C,G LAIR-1 inconnu(s) SIGLEC7 (p75/AIRM1) acide sialique CD94/NKG2A(B) lectines type C HLA-E Cours NK 28/03/11

40 - BALANCE ENTRE MESSAGES INHIBITEURS ET ACTIVATEURS + +
cellules cibles HLA classe I LA LA messages + et -: pas de lyse (- > +) absence de messages -: lyse RA RI RA RI - + + cellules NK 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 d’un acide aminé de charge positive dans la partie transmembranaire pas de motif de transduction de signal cytoplasmique conséquences de l’engagement des RA: mise en route de la cytotoxicité naturelle mise en route de l’ADCC (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)
« natural cytotoxicity receptors » au nombre de trois: NKp46, NKp30, NKp44 expression: marqueurs spécifiques des cellules NK présents sur aucun autre type cellulaire effets: lyse d’un grand nombre de tumeurs (de différentes origines histologiques) ligands: inconnu actuellement l’hémagglutinine 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 d’expression peut varier: d’un donneur à l’autre d’une cellule NK à l’autre chez un même donneur selon les individus: profil homogène NKp46bright: cas le plus fréquent expression bimodale: coexistence cellules NKp46bright et NKp46dim expression hétérogène: cellules bright, intermédiaires et dim activité cytotoxique directement proportionnelle à la densité d’expression: clones NKp46bright: très forte activité cytotoxique naturelle clones NKp46dim: 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 d’expression parallèle à NKp46: cellule NK qui est NKp46bright est aussi NKp30bright cellule NK qui est NKp46dim est aussi NKp30dim NKp44: structure atypique: un motif ITIM intracytoplasmique exprimé uniquement par les cellules NK activées (par l’IL-2) présent sur cellules NK activées polyclonales et clonales explique en partie leur plus forte cytotoxicité (par rapport aux cellules NK non activées) densité d’expression parallèle à celle de NKp46 Cours NK 28/03/11

46 PROPRIETES FONCTIONNELLES DES NCR
chaque NCR est capable d’activer isolément la cytotoxicité les trois NCR coopèrent dans la lyse de la plupart des cibles pour certaines cibles tumorales: rôle prépondérant ou exclusif d’un 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 d’une tumeur à l’autre Cours NK 28/03/11

47 KIR ACTIVATEURS Cours NK 28/03/11 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 s’expriment 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 l’engagement du CD16: ADCC production de CK expression de marqueurs d’activation prolifération induction de l’apoptose dans une fraction des cellules Cours NK 28/03/11

49 RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (1)
structure: peu d’homologies avec les autres récepteurs NKG2 expression sous forme d’homodimères non associé au CD94 expression: 100 % des cellules NK lymphocytes T ab CD8+, naïfs et activés lymphocytes T gd propriété caractéristique: lyse certaines cibles malgré expression normale des molécules de classe I du CMH stimulation donc suffisamment forte pour surpasser l’inhibition habituellement prédominante Cours NK 28/03/11

50 RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (2)
ligands: 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 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 l’épithélium intestinal (par stimulation bactérienne chronique?) expression par CD activées par l’IFN-a et l’IL-15 « induced self »: l’apparition des ligands de NKG2D est le témoin d’un 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 l’homme 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: n’est 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 l’activation 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 gd et T CD8+, MO ligand: CD48, autre membre de la famille du CD2 largement exprimé par cellules hématopoïétiques costimule cytotoxicité et production d’IFN-g NTB-A: exprimé aussi par lymphocytes T et B NTB-A (interaction homotypique) costimule cytotoxicité et production de CK Cours NK 28/03/11

55 PRINCIPAUX RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES NK
Récepteur Superfamille Ligand(s) Expression NKp46 (NCR1) Ig inconnus(s) NK NKp44 (NCR2) NK activées NKp30 (NCR3) KIR2DS1 (p50.1) HLA-Cw2,4,5,6 NK,T KIR2DS2 (p50.2) HLA-Cw1,3,7,8 KIR2DS4 (p50.3) CD16 (FcgRIIIa) fragments Fc des IgG NK,T,MO CD244 (2B4) CD48 NKG2D lectines type C MICA/MICB/ULBP CD94/NKG2C HLA-E CD94/NKG2E NKp80 NK, T PRINCIPAUX RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES NK Cours NK 28/03/11

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

57 ORGANISATION DES GENES DES RECEPTEURS DES CELLULES NK
LRC: « leukocyte receptor complex » NKC: « natural killer gene complex » Trowsdale et al., Immunol Rev 2001,181,20-38 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)
récepteurs de l’immunité 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 l’engagement des TLR pour les cellules NK: augmentation de la cytotoxicité naturelle, de l’ADCC et du CD69 production de cytokines (IFN-g, IL-6, IL-8, TNF-a) 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 CD56bright: ≤ 10 % des cellules NK circulantes fonction principale: production de cytokines migration vers: organes lymphoïdes secondaires sites d’inflammation chronique cellules NK CD56dim: ≥ 90 % des cellules NK circulantes fonction principale: cytotoxicité naturelle et ADCC sites périphériques d’inflammation aiguë stimulation par cytokines (IL-2, IL-12, IL-15, IL-18): augmentation de l’activité cytotoxique de toutes les cellules NK Cours NK 28/03/11

61 SOUS-TYPES DE CELLULES NK (2)
CD56brightCD16- CD56brightCD16dim CD56dimCD16bright CD56dimCD16- CD56-CD16bright Cours NK 28/03/11

62 PHENOTYPE DES CELLULES NK CD56bright ET CD56dim
CD56bright CD56dim CD CD –/ Récepteurs Inhibiteurs KIR –/ CD –/+ NKG2A –/+ ILT – + Récepteurs de Cytokines et Chimiokines IL-2Rαβγ – IL-2Rβγ c-kit – CCR – CXCR –/+ CXCR1 – + + CX3CR – + + Molécules d’Adhésion CD L-sélectine –/+ LFA Cooper et al., Trends Immunol 2001,22, Cours NK 28/03/11

63 INTERCONNECTIONS IMMUNITES
INNEE ET ADAPTATIVE macrophages, CD, PNN… cytokines chimiokines lymphocytes T lyse cytokines chimiokines tissus cytokines lymphocytes B et T activés D’après le site web de l’unité de Régulation des Infections Rétrovirales , Institut Pasteur, Paris Cours NK 28/03/11

64 INTERACTIONS NK – CD EN PERIPHERIE
Circulation sanguine inflammation Circulation vers les ganglions lymphatiques Arnon et al., seminars in cancer Biology 16(2006) 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 75-95 % de ces cellules NK sont CD56bright (et CD16-KIR-NCR-) deviennent rapidement KIR+NCR+ et cytotoxiques sous l’influence de l’IL-2 Cours NK 28/03/11

66 DANS LES GANGLIONS LYMPHATIQUES
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-g stimulent la prolifération des cellules T après contact direct (2B4- CD48, OX40L-OX40) si activées, ont la capacité de présenter l’antigène 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 DEFICITS DES CELLULES NK
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 l’X activité diminuée, voire effondrée: risque élevé d’infections à virus herpès syndrome de fatigue chronique cancers métastatiques Cours NK 28/03/11

70 CELLULES NK ET INFECTIONS VIRALES (1)
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 l’IL-2 augmentation du % de cellules NK KIR+ et ILT2+ majorité de cellules NK NCRdim 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 l’IL-18 IL-18 séquestrée, moindre activation des cellules NK CMV: cf schéma Cours NK 28/03/11

71 ECHAPPEMENT VIRAL AUX CELLULES NK : L’EXEMPLE DU CYTOMEGALOVIRUS (CMV)
cellule infectée par le CMV cellule NK UL16 MICA/B NKG2D _ UL18 ILT2 _ CD94/NKG2A HLA-E UL40 Inhibition PAS DE LYSE Cours NK 28/03/11

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

73 CD4/CD8 Cell D’après O’Connor et al, Immunology, 2005, 117. Cours NK 28/03/11