Immunit inne et cellules NK

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Immunité innée et cellules NK

• Cédric Ménard
• 3 décembre 2009

2
Limmunité innée

• Basophiles/Mastocytes
• Eosinophiles
• Phagocytes (Neutrophiles, Macrophages, Cellules
  Dendritiques)
• Lymphocytes T??
• Lymphocytes NK-T
• Cellules ou lymphocytes NK

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Caractéristiques de l immunité innée et de
l immunité acquise
Mécanismes de reconnaissance de l immunité
adaptative réponse lente (jours ou
semaines) variable nbreuses spécificités
hautement sélectives s améliore lors de la
réponse
Mécanismes de reconnaissance de l immunité
innée réponse rapide (heures) invariable nombre
limité de spécificités constant lors de la
réponse
Mécanismes effecteurs communs pour la destruction
du pathogène
4
Evolution de l infection virale
Cinétique de la réponse immune
CTL
NK
IFNs
Tx virus
5
La réponse immune antitumorale
Cellules tumorales
Réponse innée
Réponse adaptative
6
Mastocytes et basophiles

• Mastocytes muqueuses, peau
• Basophiles sang
• Rôle ds la réaction inflam. et allergique
• Nombreux granules riches en histamine
• Fc?RI très forte affinité pour les IgE
• Si rencontre de lallergène dégranulation
  synthèse de PGD2 et leukotriènes
• Rôle ds limmunité innée prod de cytokines
  (Pattern Recognition Receptors)

7
(No Transcript)
8
Les éosinophiles

• GB présents ds sang, intestin, ganglions
• Rôle ds la réaction inflam. et allergique
• Rôle ds limmunité innée antiparasitaires
• Granules histamine enzymes
• Migrent ds les tissus inflam. ou parasités
• Activés par les cytokines Th2 dégranul et
  sécrétion de cytokines
• Enzymes prod de molécules toxiques

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Les phagocytes

• Les polynucléaires neutrophiles
• Normalement présents ds le sang
• Migration ds les tissus inflammés/infectés
• Phagocytose puis forma dun phagosome
• Burst oxydatif action denzymes hydrolytiques
  et despèces de lO2 activé
• Les cellules dendritiques et macrophages

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Les lymphocytes T??
chromosome 14 (q11-q12)
si réarrangement g productif avant b,
développement d une cellule T g/d
chromosome 7
11
Les lymphocytes T??
12
Les lymphocytes T??

• Lymphocyte de limmunité innée
• Activation du TCR non restreinte au CMH
• Répertoire dantigènes reconnus limité
• Mais ontogénèse de ly. de lim. adaptative
• Chez ladulte, 2 sous-types
• V?9-V?2 sang principalement
• V?9-non V?2 (V?1 et V?3) epithelium digestif

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Les lymphocytes T?d fonctionnalité

• Prolifération dans certaines infections virales,
  bactériennes ou parasitaires
• Vd2 activé par un métabolite bactérien et par les
  amino-biphosphonates
• Cytotoxique contre cert. cancers (NKG2D)
• Production dIFN?
• Essais dimmunothérapie (Vd2)
• Amino-biphosphonates IL-2 (tumeurs solides)
• BrHPP IL-2 (tumeurs solides)

14
Les lymphocytes NKT

• TCR invariant (Va24Vb11) qui reconnait des
  dérivés glycolipidiques présentés par le CD1d
  (macrophages, DC)
• Mycobactéries
• Paroi de certaines bactéries LPS neg
• Glycosphingolipide lysosomal endogène
• Possèdent des récepteurs NK
• Présence de granules cytotoxiques dans le
  cytoplasme
• Dans différents tissus (stt foie), rares dans
  sang (lt0,05)
• Cible de lIL-12 produite par les DC activation
  réciproque de la DC par signal CD40L (crosstalk)

15
Les lymphocytes NKT
16
Les lymphocytes NKT fonctionnalité

• Rôle ambivalent (régulateur et/ou effecteur)
• Action antitumorale
• Inhibe linduction de maladies auto-immunes
• Elimination de certaines bactéries
• Production de cytokines
• Th1 IFN?, GM-CSF, TNF
• Th2 IL-4
• IL-2
• Essai dimmunothérapie
• Administration de DC chargée en aGalCer

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Les cellules NK
18
Le lymphocyte NK morphologie
19
I- Généralités

• Morphologie de LGL
• 5-15 dans le sang circulant périphérie quand
  inflammation
• Présence dans les zones T des ganglions (au repos
  et après activation)
• Immunité innée pas de réarrangement de
  récepteur, reconnaissance pas dépdte du CMH
• Capables sans immunisation préalable et de façon
  très rapide
• De cytotoxicité vis-à-vis des cellules tumorales,
  cellules infectées par des virus, cellules
  allogéniques
• De produire des cytokines/chimiokines recrutant
  et activant des cellules non spécifiques (PN, MF)
  et les T

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Ontogénie des NK
Cytokine majeure IL-15 cellules stromales
A lieu dans la MO existence de précurseurs dans
les ganglions
21
Ontogénie des NK
22
Ontogénie des NK
Model of human NK-cell development. (1) Bone
marrowderived CD34CD45RA HPCs circulate in the
blood and (2) extravasate across lymph node high
endothelial venules to enter the parafollicular
space. There, (3) pro-NK cells are activated to
progress through distinct stages of maturation
(far right) to create both CD56bright and CD56dim
NK cells. Maturing CD56dim NK cells return to the
circulation via the efferent lymph (4), whereas
most of CD56bright NK cells remain within the
secondary lymphoid tissue to interact with DCs
(5).
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• Phénotype
• CD3neg, TCRneg, CD2pos
• 2 sous-groupes
• CD16lo/negCD56hi
• 5 ds sang, 75 ds ganglions (CCR7pos)
• Au contact des DC à proximité des HEV
• Peu cytotoxiques
• Expriment CD25, en présence de faible dose
  dIL-2, dIL-12, ou dIL-15 synthèse dIFN-g
• Qd forte dose dIL-2, deviennent cytotoxiques
• CD16hiCD56lo
• 95 ds sang
• Cytotoxiques (perforine ds granules préformés)
• Récepteurs aux chimiokines inflammatoires

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CD132 (common ?c chain) IL15R? récepteur à
lIL-15
dim
bright
25
Zone paracorticale
Vaisseaux lymphatiques afférents
sinus
CXCL13
CC
TFH
CB
Activation B
NK
CCL19 CCL21
CXCL9 CXCL10 CCL5
NK
Activation T
HEV
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II- Reconnaissance de la cible

• Lyse dépendante des Ac ADCC
• Liée au CD16 (RFcgIII de faible affinité)
• Lyse directe
• Pas restreinte à un complexe CMH-peptide
• Augmentée quand peu ou pas de classe I
• Balance entre
• Récepteurs inhibiteurs (tolérance au soi)
• Récepteurs activateurs (lyse cible)
•  Répertoire NK  sans recombinaison génique
• Chaque individu diffère dans le nb et le type de
  récepteurs
• Chaque NK porte une combi de récepteurs
  inhibiteurs et activateurs et la plupart des NK
  ont au moins 1 réc. inhibiteur
• Développement de la self-tolérance

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Complexes immuns
HLA-B et C HLA-A, HLA-G
MICA MICB ULBP
Influenza Autres ?
HLA-E
NCR (NKp30,NKp46 et NKp44 sur NK)
CD16
KIR (CD158) LIR (CD85)
NKG2D
NKG2A
CD94
uniquement

ZAP70
ITAM
PI3K
SHP
ITIM
Dimère CD3z ou DAP12
FceRIg et CD3z
DAP10

ON
OFF
(tous les NK CD8 et une partie Tgd, NKT)
ZAP70 Zeta chain-associated protein kinase 70
SHP Src Homology 2-containing Protein tyrosine
Phosphatase
CD2/CD58...
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CD16 Un récepteur pour le fragment Fc des
immunoglobulines

• Glycoprotéine transmembranaire fortement
  glycosylée
• Présente sur de 90 des cellules NK et sur les
  monocytes et les granulocytes
• Fixe les IgG1 et les IgG3 (pas les IgG2 ou les
  IgG4) (cf isotype des anticorps thérapeutiques)
• La liaison du CD16 avec son ligand transduction
  d un signal activateur (FceRIg et CD3z)
• Le déclenchement de l ADCC par l intermédiaire
  de CD16 conduit à l expression d antigènes
  d activation et à la sécrétion de cytokines

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Les récepteurs activateurs de la cytotoxicité
naturelle
Ligand
MICA, MICB, ULBP
Hémaglutinines virales ?
Hémaglutinines virales
?
?
EC
TM
R
K
D
D
K
R
D
IC
NKp44
NKp30
NKG2D
NKp46
KARAP/ DAP12
CD3z
DAP10
CD3z
CD3z
FcRg
Lectine type C
S-Ig
30
Les ligands du récepteur NKG2-D

• MIC MHC Class-I Chain related (MIC)
• faible homologie avec les molécules HLA-I
• Il existe 7 gènes MIC dont 2 MIC-A et MIC-B sont
  transcrits
• Glycoprotéines avec 3 domaines HLAa, sont
  indépendantes de la b2m
• Les MIC sont sous le contrôle du promoteur de
  Hsp70
• Expression restreinte sur les cellules
  épithéliales uprégulée par le stress ou une
  infection virale

• Les protéines ULBP qui lient la protéine virale
  UL 16 du CMV
• (human binding proteins ULBP)
• UL16 se lie à MIC-B et ULBP 1 et 2
• ULBP ont des domaines a1 et a2 exprimées comme
  des protéines GPI ancrées
• ULBP plus ubiquitaires mais régulation post
  transcriptionnelle

31
Les récepteurs NK de type Immunoglobuline
Les KIR exprimés chez l homme et les primates.
Interaction directe des récepteurs avec une
molécules HLA-I classique (HLA-A, B,C) Les LIR
(leucocytes inhibitory receptors) ou ILT (Ig like
transcripts), exprimés égalent par les monocytes,
macrophages, les lymphocytes B et les
dendritiques ILT2 reconnaît les molécules HLA-A,
B et HLA-G. reconnaît protéine virale du CMV
(UL18)
32
Les récepteurs de la famille KIR

• Localisés sur le chromosome 19p13.4
• 12 membres et un nombre de variants alléliques
• 6 récepteurs activateurs
• 6 récepteurs inhibiteurs
• Récepteurs généralement monomériques avec 2
  (KIR2D) ou 3 (KIR3D) domaines Ig-like
• L pour région intracytoplasmique longue et S
  pour courte
• les formes L sont inhibitrices (SHP)
• les formes S sont activatrices (DAP12)
• HLA-C est l isotype prédominant pour induire un
  signal inhibiteur ou activateur de la lyse NK

33
(No Transcript)
34
Les récepteurs NK inhibiteurs et leurs ligands
CMH I
HLA-A, B, C, E, G, UL18
HLA-Cw4
HLA-Bw4
HLA-A3, A11
HLA-E
HLA-G
HLA-Cw3
Extra-cellulaire
Intra-cellulaire
KIR3DL2 CD158k
KIR2DL4 CD158d
CD94/NKG2A/B
KIR2DL1, DL2/3 CD158 a,b
KIR3DL1 CD158e
Lectine type C
LIR-1/ILT2
KIR
Ig
motif ITIM
domaine Ig-like
35
Un signal inhibiteur lemporte toujours sur un
signal activateur
Sauf parfois quand le récepteur activateur mis en
jeu est NKG2D
36
cellule cible
NK
Récepteurs et ligands impliqués dans lactivation
NK Moretta et al., Nature Immunology 2002.
37
II- Reconnaissance de la cible
Ligands de NCR
NCR
38

• Développement de la tolérance au soi
• Système génétique HLA et récepteurs NK
  indépendants donc existence de NK ne possédant
  pas de récepteurs inhibiteurs pour le HLA du soi
  (autoréactifs)
• Déficit classe I chez la souris et lhomme pas
  dhyperactivation NK mais un déficit fonctionnel
• Phénomène de  licensing  NK une NK doit avoir
  recontré au cours de son développement une mol
  HLA classe I du soi via ses récepteurs
  inhibiteurs de type KIR pour pouvoir être activée
  par la suite.

39
IV- Mécanismes effecteurs

• Lyse de la cible 3 systèmes (idem CTL)
• Perforin-granzyme
• FasL/Fas
• TRAIL/TRAIL-R
• Synthèse de cytokines (TNF-a, IFN-g, GM-CSF)
• Activation MF et des DC
• Orientation Th1
• Synthèse de chimiokines inflammatoires (CCL3,
  CCL4, CCL5, CXCL8)
• Recrutement neutroF, MF, DC immatures, T activés

40
Cellule cible
Cellule NK
Redistribution polarisée des granules
Zone de contact
41
Cytotoxicité NK
NK
Voie perforine/granzyme
TNF
TRAIL
FasL
Voie des récepteurs de mort
Perforine
TNFRI
Fas
DR4 DR5
Granzyme B
APOPTOSE
Cible
42
BID
Cytotoxicité NK
43
Modulation de lactivité des cellules NK par les
cytokines
Cytokines Effets directs et indirects sur les
cellules NK
IL-2
A faible dose, in vivo et in vitro, induit la
prolifération des cellules CD56 Augmente la
cytotoxicité naturelle
Stimule la production d IFN-g, Induit la
cytotoxicité rôle critique lors de la réponse
à une infection Augmente l interaction avec les
cellules endothéliales (CD11a/VLA-4)
IL-12
Principal facteur de croissance in vivo et in
vitro lors de la différenciation et maturation
des NK Active la prolifération Stimule la
production de GM-CSF
IL-15
44
Modulation de l activité des cellules NK par les
cytokines
Cytokines Effets directs et indirects sur les
cellules NK
En synergie avec l IL-15 induit la prolifération
des NK à partir des cellules souches
CD34 Augmente la cytotoxicité naturelle
IL
-
21
Induit la migration tissulaire, la production
d IL-15 Augmente l activité cytotoxique
Stimule la prolifération des NK in vivo
IFN a/b


TGF-b
Inhibe la production d IFN g Inhibe la
production d IL-2




En synergie avec l IL-12, induit la production
d IFNg
TNFa
45
V- Rôles

• Reconnaissance allogénique fondée sur la
  différence dexpression des KIR et de leurs
  ligands
• Réponse anti-tumorale
• Pertes dexpression classe I sur 80 tumeurs
• Ligands des NCR et de NKG2D surexprimés en
  condition de stress cellulaire (cassures ADN par
  ex)
• Réponse antivirale
• EBV, CMV, influenza
• Ligands de NKG2D induits par infections virales
• Dégradation par les protéines du CMV, endocytose
  médiée par nef du HIV et KSHV (stt HLA A et B)
• Lymphoprolif liées à lX par mutation de 2B4
  (devient inhibiteur) NK inactives contre B EBV
  (B EBV surexpriment CD48)

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VI- Mécanismes déchappement

• Tumeurs
• Expression HLA-G, hyperexpression HLA-E
• Production de MIC soluble (endocytose de NKG2D)
• Synthèse de TGFb qui diminue lexpression de
  NKG2D
• Augmentation du nbre de Treg qui inhibent
  lactivité NK
• Déficit dexpression des NCR dans la LAM

Fauriat Blood 2007, 109 323-30
47
VI- Mécanismes déchappement

• Virus
• UL18 du CMV moléc. HLA classe I-like liant LIR
• UL16 du CMV se lie à ULBP au niveau intracytop
  et empêche son expression membranaire
• Hyperexpression de HLA-E
• UL40 du CMV peptide liant HLA-E

48
VII- Dialogue NK-DC

• Dans les tissus inflammés
• Augmente la maturation des DC (par lIFN?)
• Augmente survie, synthèse dIFN-g et cytotoxicité
  des cellules NK (IL-12, IL-15)
• DC immatures en périphérie activées ou tuées par
  les NK (NKp30)
• DC matures dans les ganglions résistantes à la
  lyse par les NK activées (HLA-E/ NKG2A)
• Dans les gg, DC recrutent de nouvelles NK qui
  synthétisent IFN-g qui favorise une réponse Th1

49
VII- Dialogue NK-DC
NK-DC interactions in secondary lymphoid tissue
(SLT). (1) Activated mature DCs (mDCs) enter SLT
from periphery or (2) immature DCs (iDCs) receive
pathogens within SLT. Each express and/or secrete
a variety of cytokines (3) that are required for
NK-cell maturation and survival (eg, DC IL-15)
and NK cell proinflammatory cytokine production
(eg, DC IL-12 in combination with DC IL-1, IL-15,
IL-18). Activated CD56bright NK cells in turn
secrete TNF-? and GM-CSF that contribute to DC
maturation, (4) and IFN- that contributes to DC
activation and thus indirectly to
antigen-specific T-cell priming (5). NK-cell
IFN-? also contributes directly to T-cell priming
(6). NK cells can kill immature autologous DCs
(7) via NKp30, which may assist in editing out
hyporesponsive DCs or by limiting T-cell priming.
50
Raulet Nat Immunol 2004 10996
Interaction NK-DC
Interaction NK-macrophages entraînant aussi une
activation réciproque
51
Borg Blood 2004 1043267
Interaction DC-NK
52
Interaction NK-DC
NK marquées injectées- DC résidentes
NK-DC résidentes
NK marquées- DC marquées biphotonique
Bajenoff M J Exp Med 2006. 203619
53
VIII- Utilisation des NK

• Transfert adoptif des cellules NK en condition
  autologue
• Expansion in vitro des cellules LAK ou A-NK avec
  administration dIL-2
• LAK ou A-NK générés à partir du sang
  périphérique de patients présentant des
  pathologies malignes avancées (mélanomes malins,
  carcinomes rénaux)
• Résultats cliniques limités

54
VIII- Utilisation des NK

• Les cellules hématopoïétiques sont les
  sensibles à la lyse NK (rec activateurs )
• Greffes haploidentiques dans les LAM. Choix dun
  donneur mismatch KIR
• Diminution GVH par destruction DC receveur
• Activité NK contre cellules tumorales (GVL)
• Survie à 5 ans 60 si mismatch, 5 sinon
• Injection de NK allogéniques
• Activation NK DC en immunothérapie des cancers
  (IL-2, IFN-a)
• Administration de Gleevec (DC-NK)
• Couplage avec Ac anti-tumeur

55
Ruggeri Immunol Rev 2006 214202
PFS chez pts LAM à haut risque avec greffe
haploidentique
Autres pathologies théoriquement accessibles MM,
NHL, CLL, LAL-T
56
Allogreffe haplo-identiqueen mismatch de KIR
Ljunggren Nat Rev Immunol 2007 7329
57
(a) Adoptive transfer of alloreactive NK cells
(d) Drugs
?survival ?proliferation ?activation
Thalidomide Gleevec TLR/- cytokines
Activating receptor
Tumor
Conditioning regimen
? ? ?
LYSIS
(e) Towards TRAIL expression
KIR
KIR
Mismatch KIR/MHC class I
TRAIL
IFNg
Enhancement of NK trafficking
Prevention of AICD
NK
Gleevec IL-2
Selection of the tumor
IL-15/IL15Ra
MMP activators
LYSIS
IL-2
TRAIL
TRAIL-R
(b) Blocking inhibitory mechanisms in tumor
susceptible to NK lysis
(f) Activating ADCC in tumor refractory to NK
lysis
mAb
Engineered Fc

NK
Tumor
LYSIS
LYSIS
CD16
Tumor Ag
Bispecific Ab
IL-2 or other cytokines
Anti-KIR mAb
(c) Vaccines
(g) Blocking immunosuppressive mechanisms in
tumor susceptible to NK lysis
TLR3L/- IFNa
Anti-CD40
IFNg

CTX
IL-2
NK
? IFNg secretion ? Proliferation
Treg
NK

DC
PD-1
aGalCer
IFNgTNFa IL-1b
Histamine
gp96
DEX
TLR9/3 ligands
Activating R
ROS
Figure 1
KIR
MHC Class I