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Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Michelle Rosenzwajg Service de Biothérapies/UPMC CNRS UMR7211

INSERM U959 Pitié-Salpétrière - Paris - France

[email protected]

CELLULES PRESENTATRICE DE L’ANTIGENE CELLULES DENDRITIQUES

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Conséquences de la présentation de l ’Ag aux LT

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

CPA

CD8+ CMH-I

Immunité antivirale et antitumorale

Destruction des cellules cibles

CTL

Cytokines

CTL Macrophage NK L.B

CPA

CD4+ CMH-II

LT auxiliaire Th1/2/17/reg….

Conséquences de la présentation de l ’Ag aux LT

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

1) Captation de l ’antigène

3) Présentation aux lymphocytes T

4) stimulation des lymphocytes T Prolifération et différenciation

2) Apprêtement

Ag

CD3 TCR

CD4/8 CMH

CMH

Tissus Sang Muqueuses (Migration)

Ganglions Rate Plaques de Peyer Amygdales….

1

2

Les CPAg aux lymphocytes T

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1)   Captation de l ’antigène et apprêtement •  Antigène exogène

Phagosome

fusion avec

lysosome

Endosome

clathrine

Récepteurs: PRRs

Endosome Dégradation protéolytique

pH acide, protéases

Compartiment riche en CMH II Association des peptides antigéniques aux molécules CMH II

Expression membranaire des CMH II- peptides

HLA-DM Ii, CLIP

Endocytose, Phagocytose

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Cytosol

Antigènes cellulaires Protéines virales

Protéasome LMP2/7

TAP 1, 2

Réticulum Endoplasmique Association des peptides antigéniques aux molécules CMH I

Expression membranaire des complexes MHC I- peptides

1)   Captation de l ’antigène et apprêtement •  Antigène endogène

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Cytosol Protéasome LMP2/7

TAP 1, 2

Réticulum Endoplasmique Association des peptides antigéniques aux molécules CMH I

Expression membranaire des complexes MHC I- peptides

Antigènes exogènes

Cross priming

1)   Captation de l ’antigène et apprêtement •  Cas Particulier: le CROSS PRIMING

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Adhésion LFA-1 (CD11a/18 ICAM-1 (CD54) ICAM-1 (CD54) VCAM (CD106) LFA-3 (CD58)

ICAM-1 (CD54) LFA-1 (CD11a/18)

CD43 VLA-4 (CD49d/29)

CD2

CMH-I

CMH- II

CD3 TCR CD8

CD3 TCR CD4

Reconnaissance spécifique

Costimulation

LFA-3 (CD58) ICAM-1 (CD54)

CD40 (CD80) B7-1 (CD86) B7-2

CD2 LFA-1 (CD11a/18)

CD40L CD28

CTLA-4

Adhésion

Costimulation

Reconnaissance

CPA LT

3) Présentation aux lymphocytes T

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

CPA

Ag

L. T

CPA

IL-2 IL-2R

L. T

1

IL-2R mRNA

IL-2mRNA

IL-2

IL-2R

a- Adhesion et présentation de l ’Ag

b- Reconnaissance de l ’Ag et premier signal par le TCR

3) Présentation aux lymphocytes T

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

CPA

IL-2 IL-2R

L. T

1

IL-2R mRNA

IL-2mRNA

IL-2

IL-2R 2

1

c- Costimulation

d- Prolifération et différenciation des L.T

CPA

IL-2 IL-2R

L. T

IL-2R mRNA

IL-2mRNA

IL-2

IL-2R

3) Présentation aux lymphocytes T

4) stimulation des lymphocytes T

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Anergie: absence de signal 2= absence de réponse

CPA L. T

1

5) Tolérance périphérique

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1

T naïf

CD40

CD28

CD40L CD40

CD28

CD40/CD40L

CD28

Cytokines:

CD80 CD86

CD28

Activation Différenciation

2

3

Rôle des molécules de costimulation: Cinétique de l’interaction APC-LT: les 3 signaux

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CD80/CD86 Cytokines:

- polarisation CD40/CD40L

CD80/CD86 Cytokine Activité cytotoxique CD40/CD40L CD40/CD40L

Cellule dendritique

Macrophage Lymphocyte B

Rôle des molécules de costimulation CD40 / CD40L sur les CPAg

CD80/CD86 Prolifération Différenciation commutation isotypique

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N’est pas restreinte aux seules CPAg mais à toutes les cellules qui expriment le CMH I. La stimulation des lymphocytes T CD8+ naïfs n'est cependant assurée que par les cellules denditiques

•  Ag en causes Ag du cytosol

•  Ag du soi •  Ag viraux lors d ’une infection replicative

Ag exogènes •  Microorganismes qui lysent la paroi du phagosome •  Macropynocytose (cross priming)

En résumé

a) Présentation des antigènes associés aux CMH I aux LT CD8+

b) Présentation des antigènes associés aux CMH II aux LT CD4+

Expression des molécules du CMH II est généralement restreinte aux CPAg (dite  « professionnelles »)

•  Ag en causes Ag exogènes •  Captés par endocytose, macropinocytose ou phagocytose

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Points communs

Origine hématopoïétique Captent lʼantigène, lʼapprêtent et lʼexpriment à leur surface associé au molécules du CMH Expriment de façon constitutive ou inductible • Des molécules de CMH • Des molécules d ʼadhésion • Des molécules de costimulation

Les CPAg aux lymphocytes T

Différences

Mode de capture de lʼantigène Types d ʼantigènes captés et présentés Niveau d ʼexpression

• des molécules du CMH • molécules d ʼadhésion et de costimulation

Lymphocytes T stimulés • CD4 ou CD8 • Naïf ou mémoire (réponse primaire/secondaire)

Cellule dendritique Macrophage

Lymphocytes B

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Les cellules dendritiques 1868: les DC de l ’épiderme par Paul Langerhans

1973: les DC des organes lymphoïdes par Ralph Steinman et Zanvil Cohn

Zanvil Cohn (left) and Ralph Steinman (right)

Phase contrast of a splenic dendriticcell. The dense granules are mitochondria.

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Formations lymphoïdes: •  DC interdigitées (Zone T) •  Centres germinatifs: GCDC •  Cellules Plasmacytoides

Peau-muqueuses: cellules de Langerhans, DC dermiques et sous-muqueuses

Organes non lymphoïdes: DC interstitielles

Sang:Précurseurs circulants: • Myeloid DC:

•  Lin-CD11c+ • Plasmocytoid DC:

CD11c- CD123+ BDCA2+

Lymphe:“cellules voilées”

Les différentes sous populations de DC

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Situation de repos

Organes lymphoïdes 2ndaires

DC immatures

Moelle osseuse

HPC CD34+

migration

DC immatures Présentation-Ag soi Tolérance

Tissus

précurseur

Anergie et/ou LT régulateurs

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Tissus

Organes lymphoïdes

B

T

DC matures Présentation Ag

T

B

Immunité adaptative

DC activées Migration, maturation

Recrutement précurseur

Immunité innée

Cytokines

NK, MF, Eo

DC immatures Captation de l’Antigène

Situation de « Danger »

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Modifications induites par la maturation des DC

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Activation et maturation des DC

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Les DCs sont les chorégraphes de la réponse immune

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Les DC sont les CPAg aux LT les plus puissantes

Réponse T allogénique +++>> LB et macro. (MLR: 1DC/100-3000T (Steinman 1978 - Van Voohris 1983)

Réponse primaire +++ (T autologues +Ag nominaux) (Croft 1992 Lui & Mc Pherson 1993)

LT CD8+ : Réponse CTL primaire +++ (Barwaj 1994)

Ag viraux, tumoraux + CMH I ⇒  (cross priming)

(Albert 1998 ; Regnault 1999)

Photo de L.Tailleux

LT CD4+ : polarisation TH1 vs. TH2 (Maldonado-Lopez 1999; Pulendran 1999)

2-Interaction avec

LB, NK, PN…

3-Tolérance Centrale (Thymus) et Périphérique

Hétérogénéité fonctionnelle: Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ?

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DC et tolérance

Dans le thymus Localisation à la jonction cortico-medullaire Rôle dans sélection négative: délétion des clones autoréactifs Injection de DC sensibilisées par un Ag dans un thymus fœtal induit la délétion des T réactifs

DC+TSLP → CD4+CD25+Foxp3+ Treg

En périphérie DC immature induiraient l’anergie ou la délétion de LT matures Interaction DC immatures -T régulateurs (Treg inhibe la maturation des DC)

DC peuvent capter et présenter des antigènes du soi spécifiques de certains tissus après phagocytose de cellules apoptotiques et induiraient ainsi une tolérance vis-à-vis ces antigènes

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

DC et tolérance

The interactions of dendritic cells with antigen-specific, regulatory T cells that suppress autoimmunity. Trabell & al. Seminars in immunology 18 (2006) 93-102

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Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ?�

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

CD8

Th1

Th2

LC mDC pDC

B NK

IDC GCDC DC plasmocytoïdes

IFN-I

Myeloides cDC

Lymphoides??

Tolérance

Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ?

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Toll Bridges

•  1989: Charles Janeway –  La réponse immune innée initie la réponse adaptative via

l’interaction entre PRRs et PAMPS

•  1994: Jules Hoffmann –  TLR sont des PRRs

•  Immunité innée et régulation de la réponse adaptative –  rôle du complément, des DC, des NK,

–  les nouveaux PRRs (NOD, C-type Lectin: DC-SIGN)….

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pTh

pTh

mDC

pDC

Stimulus Microbien 1

DC1

DC2

TLR 2 (lipopeptides) TLR 4 (LPS) TLR6

TLR 7(ARNss) et TLR9(CpG)

Stimulus Microbien 2

Interactions avec les Pathogènes et Polarisation de la réponse Immune:

Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ?

Th2

Th1

Myeloides

Lymphoides Tolérance IFN-α/β

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pTh

pTh

pTh DC1

DC2

DC

Stimulus Microbien 1

Stimulus Microbien 2

IL-10 TNF-α IL-1

IFNγ IL-4

Interactions avec les Pathogènes et Polarisation de la réponse

Immune: Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ?

Th2

Th1

DC

Matures

Immature

Tolérance

IL-12

IL-10

Myeloides

Rôle de l’enviromment+++ Cytokines Interactions intercellulaires pDC-mDC pDC-NK mDC-NK

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mDC

pDC

mDC

pDC

Virus

IFN-α + cytokines inflammatoires

IL-12 + cytokines inflammatoires

TLR et DC TLR 2 TLR 3 TLR 8

TLR 7, 9

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Profil d’expression des TLR différent

Cytokines inflammatoires IFNa

Cytokines inflammatoires IFNa

Cytokines inflammatoires Cytokines inflammatoires

Cytokines inflammatoires IFNb

IFNb

Cytokines inflammatoires

Cytokines inflammatoires

??

CpG non methyl é s (ADN) ssRNA

ssRNA Lipopeptides diacetyl é s

Flagelline

LPS Prot é ines (enveloppe)

dsRNA

Peptidoglycane Lipoprot é ines

Porines Prot é ines (enveloppe)

Lipopeptides

Lipopeptides triacetyl é s

Ligand

+

++ -

++ + -

-

-

-

+

pDC

??

Virus et Bact é ries Virus

Virus Bact é ries Bact é ries

Bact é ries Virus

Virus

Bact é ries

Virus Parasites, levures,

champignons

Bact é ries

Pathog è nes

+ TLR10

-TLR9 ++ TLR8

-TLR7 + TLR6 + TLR5

+ TLR4

++ TLR3

+ TLR2 + TLR1

mDC

Cytokines inflammatoires IFNa

Cytokines inflammatoires IFNa

Cytokines inflammatoires Cytokines inflammatoires

Cytokines inflammatoires IFNb

IFNb

Cytokines inflammatoires

Cytokines inflammatoires

??

CpG non methyl é s (ADN) ssRNA

ssRNA Lipopeptides diacetyl é s

Flagelline

LPS Prot é ines (enveloppe)

dsRNA

Peptidoglycane Lipoprot é ines

Porines Prot é ines (enveloppe)

Lipopeptides

Lipopeptides triacetyl é s

Ligand

+

++ -

++ + -

-

-

-

+

pDC

??

Virus et Bact é ries Virus

Virus Bact é ries Bact é ries

Bact é ries Virus

Virus

Bact é ries

Virus Parasites, levures,

champignons

Bact é ries

Pathog è nes

+ TLR10

-TLR9 ++ TLR8

+ TLR7 + TLR6 + TLR5

+ TLR4

++ TLR3

+ TLR2 + TLR1

mDC

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Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ?

L’immunité Innée contrôle l’immunité adaptative en modulant le type et la fonction des mDC

Il existe une spécialisation des DC avec conservation d ’une certaine plasticité pour ajuster la réponse aux pathogènes

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle ? L’immunité Innée contrôle l’immunité adaptative en modulant le type et la fonction des mDC

Rôle du 3è signal

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Historique: IFN et pDC

•  IFN –  1957: découverte de l’IFN par Isaacs et Lindenmann –  Notion de NIPC (Natural Interferon Producing Cell): Hypothèse sur la

cellule produisant l’IFN: monocytes puis Cellules MHC-II+ mais différente des monocytes, LT, LB, NK puis cellules appartenant à la famille des DC

•  Les pDC –  1958: Lennert et Remmele: identification dans la zone T des ganglions

d’une cellule « plasma cell- like » puis « plasmocytoid T cell » ou «plasmocytoid monocyte »

–  1997: J Liu: « pDC= DC2 »: DC qui induit une réponse Th2 en présence d’IL-3 et CD40L

•  1999: les pDC sont les NIPC

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Les pDCs

Une des 2 sous populations de DC chez l’homme Lin-CD11c- BDCA2+CD123+ Maturation des pré-pDC: production d’IFN I en réponse à stimulation virale Mais aussi:

TNF-a, IL-1, IL-6, IL-12 (?) Chimiokines CCL3, CCL4, CCL5, CXCL8, CXCL10, CXCR3 (Th1), CCL4 (NK)

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

• Très haut niveau d’expression d’IRF-7 (interféron regulatory factor) expliquerait la capacité à produire IFN-I en réponse à une stimulation virale • Exprime également des récepteurs régulateurs (BDCA-2)

pDC (10pg/cellule) =« natural type I-IFN producting cells » =« professional type I-IFN producting cells »

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pDC

•  pDC (10pg/cellule) –  =« natural type I-IFN producting cells » –  =« professional type I-IFN producting cells »

•  En réponse –  aux virus enveloppés: HSV, HIV, Virus Sendaï, VSV –  CpG non méthylés (DNA microbiens)

•  Très haut niveau d’expression d’IRF-7 (interferon regulatory factor) expliquerait la capacité à produire IFN-α en réponse à une stimulation virale

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Interactions des DC avec les pathogènes ?

B

T

Organes lymphoïdes

DC immatures Captation de l’Antigène

DC activées Migration,maturation

DC matures Présentation de l ’Ag

Tissus

Cytokines

NK, MF, Eo

T

B

Recrutement précurseur

Différenciation

Pathogènes

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Interactions des DC avec les pathogènes ?

B

T

Organes lymphoïdes

DC immatures Captation de l’Antigène

DC activées Migration, maturation

DC matures Présentation de l ’Ag, IL-12

Cytokines

NK, MF, Eo

Recrutement précurseur

Différenciation

Bactéries: E.Coli, M. Tuberculosis, M. Leprae, S. aureus, S. gordonii, M. Catharrhalis, B. Pertussis, C. Trachomatis Virus: Influenza, Dengue

Protozoaires: L. major, L. donovani, T. Gondii Autres: LPS, ADN bactérien, motifs CpG, ARN viral, poly I:C Hsp bactériennes…

Bactéries: M. Catharrhalis, B. Pertussis, Virus: Sendaï

Stimulation de la réponse immune

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Canarypox, Vaccine, HSV-1, EBV,CMV, HCV

Plasmodium

B

T Organes lymphoïdes

DC immatures Captation de l’Antigène

DC activées Migration, maturation

Cytokines

NK, MF, Eo

Recrutement précurseur

Différenciation

HTLV

HSV, poxvirus EBV

DC matures Présentation de l ’Ag

CMV, MV, HBV, HCV, HIV….

Apoptose: Canarypox, Vaccine, Shighelles, Salmonelles Syncithia: MV, HIV

Survie

Échappement des pathogènes à la réponse immune Interactions des DC avec les pathogènes ?

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Les cellules dendritiques: différenciation

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Where do dendritic cells actually come from ?

stem cells

CLP CMP

lymphocytes monocytes erythrocytes granulocytes T NK B

platelets

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Les cellules dendritiques: différenciation

Origine hématopoïétique suggérée par greffes de moelle allogéniques (Steinman 1974 - Katz 1979)

L ’hétérogénéité des DC n’est pas seulement le reflet de stades de maturation différents mais également de voies de différenciation différentes.

Différentes voies de différenciation ont été décrites

DC myeloïdes DC interstitielles DC Lymphoïdes

DC thymiques Cellules plasmocytoïdes?

? ?

Cellules de Langerhans

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CD34+

GM-CSF +TNF-α

20-50% CD1a+ CMH II+++ CD40, CD80, CD86 Stimulation en MLR+++ BG

CD14+

CD15+ Caux 1992 Reid 1992 Santiago Schwarz 1992

Différenciation des DC à partir de cellules CD34+

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

CD34+ CD13lo

CD34+ CD13hi

CD34- CD13hi

CD15+

CD1a+ CD14-

CD1a- CD14+

DC Interstitielles CD1a+ CD14- CD68+ FXIIIa+

Langerhans CD1a+ CD14- BG+

E Cadh+

TGF-β

Rosenzwajg 1996,1998 Caux 1996, Canque 1997

GM-CSF+TNF-α SCF+Flt-3L GM-CSF+TNF-α

Macrophages CD14+

Strobl 1996

M-CSF

Différenciation des DC

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Monocytes CD14+

CD1a+ CD14-

M-CSF

DC immatures

Macrophages

DC matures

LPS, CD40L, TNF-α

GM-CSF+IL-4

GM-CSF+IL-4 + TGF-β

LC

CD83+

Geissmann 1998

Palucka 1998

Sallusto 1994 Romani 1994 Chapuis 1997

Différenciation des DC à partir de monocytes

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Différenciation des DC à partir de monocytes

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

A la recherche des DC lymphoïdes

(DC CD8a+ chez la souris, pDC chez l’homme??)

CD34+ CD10+

CD45RA+ Galy 1995

CD34+ CD33lo

Marques 1998 NK

DC lymphoïdes

Lymphocytes T

Lymphocytes B

CD34+ CD44hi

CD34+ CD44lo

Marques 1998

CD34+ CD38dim Res 1995.98

THYMUS MOELLE

CD34+ CD1a-

Dalloul 1999

Il-7, IL1α, IL6, GM-CSF, SCF,

IL-2

CD34+ CD7+

CD45RA+ Canque 2000

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Differential Requirement for Transcription Factors in DC Development

Gabriele et al, Cytokine & Growth factor review 2007

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

??

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

Utilisation des DC en immunothérapies: oui mais…

Michelle Rosenzwajg- 12 nov 09

oui mais lesquelles choisir??

mDC, pDC, LC DC im/matures

MDDC Dérivées des CD34+ (quelles cytokines?)

Ag d ʼintérêt

Sensibilisation

Injection

Progéniteurs ou Précurseurs des DC

Quelle DC choisir pour l ’Immunothérapie ??