Cytokines FCB 2A, Oct 2008

Systéme nerveux central Hépatocyte Adipocyte Cellule de Langerhans de la peau Chondrocyte Ostéocyte Cellule epithéliale Myoblaste IL-1 IL-1 IL-6 TNF a IL-1 TNF a IL-1, IL-6 GM-CSF TNF a MCP-1 MIP-1 Monocyte macrophage GM-CSF IL-1 IL-6 TNF a INF a Mastocyte Lymphocyte B IL-2, IL-3 IL-4, IL-6 INF a, INF g TNF b GM-CSF IL-1, IL-8 TNF a GM-CSF IL-1 IL-3 IL-1, IL-6 TNF a TNF b GM-CSF IL-2, IL-3, GM-CSF Lymphocyte B activé Lymphocyte T activé Polynucléaire IL-2, IL-4 IL-5, IL-6 INF g IL-1 IL-2, IL-4 IL-6, INF g TNF b GM-CSF IL-8 TNF b GM-CSF IL-3, IL-4 IL-5, IL-6 IL-7 GM-CSF IL-2 INF a, INF g TNF b GM-CSF IL-6 IL-8 Fibroblaste IL-1, IL-6 TNF a TGF b IL-6 TNF b INF g NK IL-6 TNF b INF g TNF a LAK IL-2 Cellule souche IL-4 IL-6 Cellule endothéliale IL-1 IL-6 IL-1 IL-6 IL-1, IL-6, GM-CSF IL-2 IL-1, IL-6, TNF a

cytokines = molécules de la communication - Rôle dans la réponse immunitaire innée dans l’hématopoïèse dans la réponse immunitaire adaptative Caractéristiques générales protéines ou gp de petit PM  localisation chromosomique variées  sécrétion synthèse inductible  action brève et locale  sources cellulaires : variées ou restreintes  cellules cibles : variées ou restreintes  se fixent sur des récepteurs 

I. Mode d’action des cytokines paracrine autocrine juxtacrine endocrine

II. Classification Classification en « familles » : Interférons : IFN a, b, g 

Les interférons et leur mode d’action Interféron de type I Interféron de type II Cytokine Source IFNa IFNg leucocytes IFNb nombreuses cellules (fibroblastes) Nombres  20 1 LT CD4+ Th1 LT CD8+ NK Induction état anti-viral sur toutes les cellules macrophage Cellules cibles Inhibition de la réplication virale Augmentation de l’expression de CMH 1 Effets biologiques Activation des cellules NK Activation des macrophages Activation de la voie Th1 Augmentation de l’expression de CMH I et CMH II

II. Classification 1. Classification en « familles » : Interférons : IFN a, b, g  « Colony Stimulating Factors » (CSF) et facteurs de croissance  Interleukines : IL-1 à IL-35  Tumor Necrosis Factor : TNF (TNFa) et Lymphotoxine LT (TNFb)  Chimiokines (> 50) 

Les chimiokines : principaux régulateurs du trafic des leucocytes gradient de chimiokines cellule émettrice de chimiokine cellule réceptrice impliquées dans l’inflammation et la lymphopoïèse

CXC chimiokines (CXCL) (chimiokines a) (SDF-1, IL-8) CXCR Les chimiokines √ Source variée, pas uniquement les cellules du SI √ petite taille (90 à 130 aa) √ 4 résidus cystéines conservés -> classification en fonction des résidus en région N-terminale √ ~ 50 chimiokines différentes , ~ 20 récepteurs différents √ 4 familles distinctes de chimiokines (20 à 45% d ’homologie) Récepteur CXC chimiokines (CXCL) (chimiokines a) (SDF-1, IL-8) CXCR CCR CC chimiokines (CCL) (chimiokines b) (MIP, RANTES..) CX3C chimiokines (CX3CL) (chimiokines d) (fractalkine) CX3CR C chimiokines (CL) (chimiokines g) (lymphotactine) XCR

2. Classification selon l’activité biologique  Cytokines inflammatoires TNF, IL-1, IL-6, chimiokines....

2. Classification selon l’activité biologique  Cytokines inflammatoires TNF, IL-1, IL-6, chimiokines....  Cytokines amplificatrices IL-2, IFNg, IL-12....

2. Classification selon l’activité biologique  Cytokines inflammatoires TNF, IL-1, IL-6, chimiokines....  Cytokines amplificatrices IL-2, IFNg, IL-12....  Cytokines anti-inflammatoires IL-10, TGFb, IL-4, IL-13.....

III. Propriétés des cytokines  Pléiotropisme  Redondance  Synergie ou antagonisme Réseau des cytokines

Pléiotropie 1 même cytokine Effets différents sur des cibles cellulaires variées Cellule B Y Activation Prolifération Différenciation Cellules Th activées IL - 4 Thymocyte Prolifération Mastocyte Prolifération

IL – 4 IL – 13 IL – 2 IL – 15 IL – 1 IL – 6 Redondance 2 cytokines de structure différente Activité biologique voisine sur une cellule IL - 2 IL - 4 IL - 5 Cellules Th activées Cellule B Y Prolifération IL – 4 IL – 13 IL – 2 IL – 15 IL – 1 IL – 6

Synergie Cellule B Y IL - 4 + IL - 5 Cellules Th activées Induit une commutation de classe vers l’IgE Antagonisme Cellule B Y IFN - g IL - 4 Cellules Th activées Bloque la commutation de classe vers l’IgE induite par l’Il-4

IV. Rôles des cytokines - dans l’immunité innée - dans l’immunité adaptative - dans l’hématopoïèse

Rôles des cytokines dans l’immunité innée et dans l’inflammation Cellules endothéliales Chimiokines, selectines Recrutement leucocytes NK, LT IFNg Activation des macrophages cellular and molecular immunology, Ed:Abbas, Lichtman, SAUNDERS

+ - - + Rôles des cytokines dans l’immunité adaptative NK IFN g NK T Cellule dendritique Macrophage IL - 12 Immunité cellulaire Th1 IL - 2 IFN g LT - IFN g + Thp IL - 2 Th0 IL - 2 TNFb IFN g IL - 4 IL - 5 IL – 6 IL - 10 - IL - 10 IL - 13 IL - 10 IL - 6 IL - 5 IL - 4 Th2 + Eosinophile Basophile Lymphocyte NK T IL - 4 Immunité humorale

Lymphocytes T effecteurs Lymphocytes T régulateurs Les cytokines produites par les sous-populations lymphocytaires Contact (CTLA-4) LT CD4+ précurseur thymique Treg naturel LT CD4+ naïf IL-10 Tr1 TGF-b Th3 Th17 IL-17 IL-6 Th1 Th2 IFN-g IL-4 IL-5 Lymphocytes T effecteurs Lymphocytes T régulateurs

Rôles des cytokines dans l’hématopoïèse Cellule souche myéloide souche lymphoïde souche IL-3 GM-CSF, IL-3 Progéniteur Basophile éosinophile granulocyte monocyte Mégacaryocyte érythroïde Progéniteur T Progéniteur B IL-7 IL-11 EPO IL-6 GM-CSF, IL-3 LT thymus thymocytes T IL-7…. IL-7, 3 IL-7, 2, 4. LB basophile Erythrocytes Plaquettes mastocyte PMN monocyte Eosinophile IL-5 EPO GM-CSF, M-CSF G-CSF

V. Les récepteurs des cytokines L’activité d’une cytokine passe par son interaction avec un récepteur Fixation des cytokines à leur récepteur avec une forte affinité Cytokine / Récepteur => Kd = 10-10 - 10-12 Anticorps / Antigène => Kd = 10-7 - 10-11 CMH / peptide => Kd ~10-6 => Faible quantité de cytokine nécessaire

cinq familles de récepteurs aux cytokines  récepteurs des hématopoïétines (récepteur des cytokines de type I) - 4 résidus Cys conservés - un motif WSXWS conservé - pas d’activité tyrosine kinase intracellulaire - oligomérisation fréquente résidus cystéines WSXWS IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-11, IL-15, GM-CSF,  récepteurs des interférons (récepteur des cytokines de type II) - 4 résidus Cys conservés - pas de motif WSXWS conservé - pas d’activité tyrosine kinase intracellulaire résidus cystéines IFNa, IFNb, IFNg, IL-10

- domaines répétitifs riches en cystéines (3 à 6)  récepteurs des TNF (type III) TNF, LT, CD40, NGF, FAS... - domaines répétitifs riches en cystéines (3 à 6) - des membres de cette famille sont impliqués dans les phénomènes d’apoptose - formation de trimères  récepteurs de la superfamille des Immunoglobulines (type IV) - formés de domaines de type Immunoglobuline IL-1, M-CSF, C-Kit  récepteurs des chimiokines - contiennent 7 domaines transmembranaires NH2 COOH IL-8, Rantes, MIP-1, PF4.… nouvelle nomenclature: CXCR, CCR, CX3CR, CR

Les récepteurs de cytokines sont majoritairement multimériques. ex: Récepteur de la famille IL-2 IL-2R IL-15R b g a IL-4R g a a b g Chaîne a de l’IL2R = marqueur d’activation CD25 Chaîne g commune avec IL-7, IL-9. Si mutation => déficit combiné sévère lié au X (XSCID) Récepteurs de la famille GM-CSF => chaîne b commune pour IL-3, IL-5, GM-CSF

VI. La transduction du signal Composition multimériques des récepteurs des cytokines (cas des récepteurs de cytokines de type I) Chaîne indispensable à la transmission du signal (chaîne b) ck Chaîne spécifique du ligand (chaîne a) extracellulaire intracellulaire Signal X

Composition multimériques des récepteurs des cytokines ck Chaîne indispensable à la transmission du signal (chaîne b) Chaîne spécifique du ligand (chaîne a) extracellulaire intracellulaire Signal X Signal

à la transmission du signal ck Chaîne indispensable à la transmission du signal (chaîne b) Chaîne spécifique du ligand (chaîne a) JAK1 JAK2

à la transmission du signal ck Chaîne indispensable à la transmission du signal (chaîne b) Chaîne spécifique du ligand (chaîne a) JAK1 JAK2 STAT STAT Dimérisation Noyau Interaction avec ADN STAT

Interactions JAK et STAT IFNg JAK1 et JAK2 STAT1 IL-2 JAK1 et JAK3 STAT5 IL-3 JAK2 STAT5 IL-4 JAK1 et JAK3 STAT6 IL-10 JAK1 et Tyk-2 STAT3 …. Pour les récepteurs au TNF: TRAFF et les death domains (DD)

VII. Les cytokines en thérapeutique IL-2 (PROLEUKIN) indication: traitement anti-cancéreux IFNa (INTRONA, VIRAFERON, ROFERON-A, LAROFERON) IFNa pégylé (PEGASYS VIRAFERON-PEG) indication: Hep B, Hep C, leucémies, mélanomes, cancer du rein (stade avancé) ... IFNb (BETAFERON AVONEX REBIF) indication: traitement des crises de sclérose en plaque IFNg (IMUKIN) indication: granulomatose septique chronique, fibrose pulmonaire idiopathique G-CSF (NEUPOGEN inj, GRANOCYTE 13-34 inj) indication: neutropénie GM-CSF (LEUCOMAX inj) indication : récupération du système myéloïde après transplantation de moelle osseuse leucopénie après chimiothérapie

VIII. Les antagonistes de cytokines Fixation un récepteur => blocage activation Fixation à cytokine => blocage interaction avec récepteur Les antagonistes naturels IL-1 ra récepteurs solubles de l’IL-2, IL-4, IL-6….; Protéines virales poxvirus -> récepteur soluble à l’IFNg EBV -> homologue de l’IL-10 virus variole -> récepteur IL-1R soluble Antagonistes non naturels Anticorps anti-TNF (Infliximab) Protéine de fusion récepteur TNF (Ethanercept Lenercept) indication: maladie inflammatoire Anticorps anti-récepteur IL-2 (CD25) (Simulect, Zenapax) indication: prophylaxie greffe rénale