LYMPHOCYTES NKCellules cytotoxiques naturelles

Djidjik RédaUniversité d’Alger Benyoucef

BenkheddaFaculté de Médecine d’AlgerLaboratoire d’immunologie

• Les cellules NK (naturelles-tueuses) sont des lymphocytes de grande taille et possédant de nombreuses granules. Elle proviennent de la moelle osseuse et font partie du système immunitaire inné.

• Les cellules NK constituent le troisième type de lymphocytes

• Précurseur médullaire commun aux lymphocytes T et B. • Les cellules NK n’expriment pas le récepteur des

lymphocytes T ni d’anticorps de surface comme les lymphocytes B.

• 5 à 15 % des lymphocytes sanguins) ainsi que dans les vaisseaux lymphatiques .

• Essentiellement circulantes et ne sont pas concentrées dans les organes lymphoïdes secondaires.

Introduction

• Ces cellules reconnaissent et tuent des cellules anormales (infectées par des virus, malades ou cancéreuses)

• Les lymphocytes T sont également capable de tuer ces cellules mais il ont besoin de temps pour être activés

• Les cellules NK sont prêtes à protéger le corps avec une réponse immunitaire rapide en attendant la développement de la réponse immunitaire acquise

Introduction

• Origine hématopoïétique

• 5-15% des cellules mononuclées du sang circulant

• Expriment CD7, CD2, CD56, CD16

• Immunité innée = capables sans immunisation préalable et de façon très rapide :

• de cytotoxicité (d’où leur nom de NK)• de prod° de cytokines/chimiokines recrutant /activant cellules non spécifiques (PN, MΦ) et les

T

• Trois grands rôles, réponse aux :

– cellules infectées par virus – tumeurs – allogreffes

NK

CD2

CD7

CD16

CD56

Les lymphocytes NK sont définis par des critères morphologiques phénotypiques et fonctionnels.

Grands lymphocytes contenant des granules riches en perforines et granzymes, libérées lors de la phase effectrice de

la cytotoxicité

PhénotypeIls n’expriment pas le récepteur spécifique de l’antigène des lymphocytes T (TCR/CD3), ni l’immunoglobuline membranaire

des lymphocytes BIls sont définis phénotypiquement par une combinaison de

marqueurs présents à leur surface dont les deux plus caractéristiques, mais non spécifiques,

le CD16 et le CD56

Morphologie

Cellule cytotoxique : Cytotoxicité naturelle, capacité de tuer des cellules tumorales ou infectées par un virus en l'absence

de stimulation préalable .

Cette activité cytotoxique n'est pas restreinte par le CMH; les cellules NK sont au contraire inhibées par les molécules

HLA de classe I .

Autre activité cytotoxique des cellules NK: cyotoxicité dépendante des anticorps, dégranulation de molécules cytotoxiques (perforine, granzymes, etc.), induction de

l'apoptose (voie Fas /Fas-ligand).

Les cellules NK possèdent également une importante fonction de sécrétion de cytokines, interféron g (IFNg)et (TNF-

alpha) en particulier .

Les lymphocytes NK sont définis par des critères morphologiques phénotypiques et fonctionnels.

Fonction

– CD3neg, TCRneg, CD2pos

– Deux sous-groupes :

• CD16lo/neg CD56hi

- 5% ds sang, 75% ds ganglions (CCR7pos)- Pas cytotoxiques- Produisent cytokines

• CD16hi CD56lo

- 95% ds sang (CXCR1pos)- Cytotoxiques (perforinepos ds granules préformés)- Récepteurs aux chimiokines inflammatoires

Phénotype NK

La différenciation des cellules NK n'est pas encore clairement définie.

Leur différenciation s'effectuerait dans la moelle osseuse à partir d’un progéniteur hématopoïétique au contact du micro-environement. Plusieurs cytokines sont impliquées : - flt3-ligand et c-kit ligand à un stade précoce, - IL-15, et plus accessoirement l’IL-21,pendant le développement et la différenciation du compartiment NK.

Ontogénie

Développement des cellules NK• Dérivent d’un progéniteur hématopoïétique CD34+ et sont

dépendants du microenvironnement moelle osseuse pour leur maturation

• IL-15, c-Kit ligand (KL) et flt-3 (FL) ligand essentiels au développement des NK

PrécurseurCellule NKimmature

CD34+IL-2 et IL-15R+CD56-IL13+CD161+

NK progéniteur

KL, FL IL-15IL21

CD56+, IL13-, IFN+

CD56

CD94,KIR, NCR, CD16, PEN5

Cellules NK matures

IL-12

Trail Perforine

La différenciation NK

IL-15 primordiale pour maturation et maintien vie en périphérie.

INTRODUCTION TO NK LYMPHOCYTE BIOLOGY

NK

Inhibitory signals

Activatorysignals

NK

Activatory signals

Inhibitorysignals

LYSENO LYSE

Tumor cells Virus infected cells

TARGETSProduction of cytokines

Activation ou inhibition de la lyse : balance des signaux

- Signal activateur : motifs ITAM et des kinases (immune receptor tyrosine-based activation motif)

- Signal inhibiteur recrute des phosphatases via les ITIM (immune receptor tyrosine-based inhibitory motif)

Récepteurs activateursRécepteurs inhibiteurs

P

PSHP1

P Substrat

Substrat

Inactivation

ITIM

ITIM

KIR-L

PDAP12(ITAM)

Lck/Fyn

Syk/ZAP-70

Activation

KIR-S

Signaling through KIRs in NK lymphocytes

Co-engagment of KIR-L and KIR-S resulted in an inhibitory signaling

• Pas restreinte à un complexe CMH-peptide

• Balance entre :

• Récepteurs inhibiteurs (tolérance au soi) « KIR » ligand = CMH-I• Récepteurs activateurs (lyse cible) ligand = non soi / soi altéré

• Répertoire NK :

• Chaque individu diffère dans nb et type de récepteurs exprimés par ses NK• Chaque NK a une combi ≠ de R inh et R act, la plupart des NK a au moins 1 R inh• Existence d’une tolérance au soi = « nos propres NK ne nous attaquent pas »

Reconnaissance de la cible T8

cible

CMH-I

NK

cible

R act R inh

Cellules tueuses

NK

CMH-I

Le « Missing-self » : la perte d’expression du CMH-I est reconnue par les NK

- La réponse cytotoxique par les T CD8 est CMH-I restreinte - Les cellules tumorales / infectées peuvent down-réguler l’expression du CMH-I pour éviter d’être reconnues par les T8 cytotoxiques

NK = stratégie complémentaire aux T8 cytotoxiques pour lutter contre les cellules du non-soi ou soi altéré

T8

cible

KILLS

T8

cible

KILLS

cible

DOES NOT KILL

Une cellule du soi est protégée de la lyse NK car le signal inhibiteur (CMH-I) l’emporte toujours sur l’activateur !

Une cellule « suspecte » (qui n’exprime pas de CMH-I) est lysée car aucun signal inhibiteur ne vient contrebalancer l’activateur

Une cellule allogénique est lysée car le CMH-I du non-soi ne déclenche pas de signal inhibiteur

Les récepteurs NK inhibiteurs

Les principaux récepteurs inhibiteurs des cellules NK ont pour ligands des molécules

HLA de classe I. Ce sont essentiellement :

les Killer Immunoglobulin-like Receptors (KIR) inhibiteurs le récepteur CD94/NKG2A.

KIR2DL1CD158a

KIR2DL4CD158d

KIR2DL2/3CD158b

KIR2DL5AKIR2DL5B

+

KIR3DL1CD158e1allele of KIR3DS1

KIR3DL2CD158k

KIR3DL3

LILRB1CD85j

CD94/NKG2A

+ K/RC-lectindomain

Ig-domainITIM

HLA-C(S77N80)

HLA-G ? ?HLA-Bw4 HLA-A

HLA-A,B,CE,F,G

HLA-E

Human NK Inhibitory Receptors for MHC Class IHuman NK Inhibitory Receptors for MHC Class I

Ligands

EC

TM

IC

De la même façon qu'il existe pour les KIR des couples de récepteurs homologues inhibiteurs et activateurs, le récepteur inhibiteur CD94/NKG2A possède un homologue activateur : CD94/NKG2C, tout comme CD94/NKG2A, a pour ligand HLA-E.

CD94/NKG2C

NKG2D est également un récepteur activateur important des cellules NK.

Les ligands de NKG2D sont les molécules MHC class I-related Chain A (MICA) et MICB, et les UL16-binding proteins (ULBP). Ces ligands sont surexprimés en cas de stress cellulaire, en particulier lors d'une infection virale ou d'une transformation tumorale.

NKG2D

Les récepteurs NK activateurs

Les KIR activateurs

Human NK Activatory ReceptorsHuman NK Activatory Receptors

EC

TM

IC

CD94/NKG2C, EDAP12

K D DK D D

KIR2DS1CD158hDAP12

K D D

KIR2DS2CD158jDAP12

K D D

KIR2DS3CD158iDAP12

K D D

KIR2DS4CD158gDAP12

K D D

KIR2DS5CD158cDAP12

K D D

KIR3DS1DAP12

R

NKG2DDAP10

D D

YxxM

YxxM

RD D

YxxM

YxxM

Ligands? MICA, MICB

ULBP? HLA-EHLA-C(Weak)

HLA-C(Weak)? ?

C-lectindomainC-lectindomain

Ig-domain

Ig-domainITAMITAM

YxxM

Binding domain to p85 PI3K

Binding domain to p85 PI3K

GPIGPI

HLA-A,B,CE,F,G

CD160CD2?

Une autre famille importante de récepteurs activateurs est constituée par lesrécepteurs de la cytotoxicité naturelle (NCR) : NKp30, NKp44 et NKp46.

Ces récepteurs, qui appartiennent à la superfamille des immunoglobulines, ne sont exprimés que par les cellules NK, et NKp44 est décrit comme spécifique des cellules NK activées.

Les NCR sont capables d'enclencher la cytotoxicité ou la production de cytokines en l'absence d'autre stimulation.

Des ligands viraux ont été décrits pour NKp44 et NKp46, mais les ligands cellulaires des NCR, dont l'existence est certaine, sont encore mal définis

Les récepteurs de la cytotoxicité naturelle (NCR)

Les récepteurs NK activateurs

Natural Cytotoxicity Receptors (NCR)

Récepteurs spécifiques des cellules NK humainesToutes les NK

Chromo 19Toutes les NKChromo 6

Cellules NK activéesChromo 6

NKG2D

KIR

ITIMITAM

NKG2A CD94

CMH-I

Molécules du stress :

- MICA- MICB- ULBP

CD16 « ADCC »

Complexes immuns

Les Récepteurs inhibiteurs Les Récepteurs activateurs

NK

KIR Spécificité HLA Classe I

KIR2DL1 HLA-C groupe 2

KIR2DL2/3 HLA-C groupe 1

KIR3DL1 HLA-Bw4

KIR3DL2 HLA-A3, HLA-A11

Certains KIR (Récepteurs inhibiteurs) reconnaissent certains CMH-I

NK

cible

R act R inh = KIR

Toutes les combinaisons ne sont pas possibles !!!

« Ce n'est pas l'absence de molécules du CMH de classe I qui déclenche l'activation des lymphocytes NK mais la présence de ligands activateurs non compensée par des signaux inhibiteurs suffisants »

Ainsi, l'absence de molécules du CMH-I ne suffit pas à rendre certaines cellules sensibles à la lyse NK, par exemple :- globules rouges- neurones - hépatocytes

Notion d’équilibre / balance des signaux act et inh

NK

Mécanismes effecteurs

- Lyse de la cible selon 4 systèmes :

- ADCC- Perforin-granzyme- Fas/FasL- TRAIL/TRAIL-R

- Synthèse de cytokines : TNF-, IFN-, GM-CSF :

- Orientation Th1- Activation MΦ et des DC

- Synthèse de chimiokines inflammatoires : CCL3, CCL4, CCL5 :

- Recrutement MΦ- DC immatures- T activés

L’ADCC : cytotoxicité cellulaire dépendante des Ac

- La cible est reconnue par Ac- Complexe cellule cible / Ac reconnu via partie Fc par un Fc-R de la NK (FcR-III=CD16)- Déclenchement de la lyse / dégranulation

Voie perforine/granzyme

TNF

NKNK

FasL

TNFRIDR4/5Fas

TRAIL

Apoptose de la cible

Granzyme B

Perforine

Voie des récepteurs de mort

Cytotoxicité NK

Mécanismes d’échappement

• Tumeurs :

- Synthèse de TGF qui diminue l’expression de NKG2D (R activateur)- Production de MICA/B solubles

NKNK

MIC soluble empêche la liaison a MIC membranaire qui est le seul capable de pleinement activer le R act = pas d’activation

• Virus

- UL16 virale séquestre ULBP dans cytoplasme = empêche expression membranaire- Expression de MICA/B solubles n’activant pas NKG2D (R activateur)

Mécanismes d’échappement

MICA/B, ULBP : exprimées par C/ stressées (infectées par virus ou tumorales) et reconnues par les R activateurs !

NK NK« Plus de ligands activateurs = pas de lyse »

ligands activateurs séquestrés dans la cellule

1

2

INF

GMCSF, MIP1a,MIP1b

NK

Macrophage

Infection

IL-12, IL-15, IL-18, TNF, IL1-

TNFa

T CD4+

Th1

Les cellules NK sont régulées par les cytokines et produisent des cytokines

La cellule NK n’est donc pas seulement un “ tueur ” du système immunitaire, mais une cellule potentiellement capable par sa production de cytokines d’orienter la réponse immunitaire adaptative.

Cinétique de la réponse immunitaire

IFN de type IT8 cytotoxiques Ac

NKT

CD16bright

CD56dim

CD56dim

KIR

CD94/NKG2A

CXCR1

NKG2D

Cytotoxicitéélevée

Faible productionde cytokines

CD16neg/

dim

CD56bright

CD56bright

KIR

CCR7

NKG2D

NCR

Cytotoxicitébasse

Forte production

de cytrokine

CD94/NKG2A

NCR

CD56bright

CD56dim

Les cellules NK sont des lymphocytes ayant d’importantes propriétés cytotoxiques et sécrétoires.

Leur exploration (phénotype et fonctions) est possible à partir d’un simple prélèvement sanguin.

L’activité cytotoxique de ces cellules, ne nécessitant ni immunisation préalable ni présentation antigénique par le CMH-1, les rend

complémentaires des lymphocytes T cytotoxiques. Les cellules NK participent à la défense anti-infectieuse et anti-tumorale

de l’organisme, en première ligne, mais aussi après l’élaboration de la réponse immunitaire spécifique de l’antigène.

Elles sont régulées par un équilibre délicat entre des signaux activateurs et inhibiteurs venant de leurs récepteurs membranaires.

L’utilisation de cytokines (IL-2, IL-15 et interféron-alpha) modulant l’activité des cellules NK pourrait avoir des applications intéressantes en

thérapeutique anti-infectieuse et antitumorale.

CONCLUSION