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Fisiopatologia del Sistema Immunitario
Modulo di Biochimica
4- Le citochine
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Caratteristiche generali

• Piccole proteine (15-30 kDa) non anticorpali,
  mediatori della risposta immune e
  dellinfiammazione
• Riconosciute da recettori (Kd 10-10-10-12 M)
• Secrete da diversi tipi di cellule dellimmunità
  innata e acquisita

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Caratteristiche generali

• Pleiotropismo prodotte da diverse cellule e
  attive su diversi tipi cellulari
• Ridondanza azioni simili
• - possono condividere R o parti di R
• - difetti in un componente unico piccolo
  effetto
• - difetto in componenti condivisi grande
  effetto (es. IL-2R? SCID severe combined
  immunodeficiency)

• Influenzano sintesi e azione di altre citochine

- antagonismo/sinergia/effetti additivi
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Caratteristiche generali

• La loro secrezione è un evento di breve durata e
  auto-limitato
• - non immagazzinate
• - espressione in seguito a stimolazione (mRNA
  con breve emivita)
• La loro azione può essere locale (autocrina o
  paracrina) o sistemica

• Lespressione dei recettori per citochine è
  regolata
• - risposta solo dei linfociti Ag-specifici
• - la citochina stessa può aumentare o diminuire
  lespressione del suo R

• Agiscono modificando lespressione genica nelle
  cellule bersaglio
• - eccezioni chemochine e TNF

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Classificazione funzionale

• Citochine dellimmunità innata
• Prodotte soprattutto dai fagociti mononucleati
• Possono essere prodotte anche nellambito della
  risposta immune specifica
• Alimentano reazioni infiammatorie precoci
• Citochine dellimmunità specifica
• Prodotte soprattutto dai linfociti T
• Funzione regolatrice sulla crescita/differenziamen
  to delle popolazioni linfocitarie
• o
• Reclutamento di cellule effettrici specializzate
  (es. neutrofili)
• Citochine ad attività emopoietica
• Prodotte da cellule stromali del midollo osseo,
  leucociti ed altri tipi cellulari
• Funzione regolatrice sulla crescita/differenziamen
  to dei leucociti immaturi

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Recettori per le citochine

• 5 diverse famiglie (struttura comune)
• Recettori di tipo 1 (dellIL-2 o
  dellemopoietina)

• -1 o domini con coppia di Cys conservate e
  sequenza prossimale alla membrana WSXWS
• -lega molecole con ripiegamento 4-helix bundle
• - struttura multimerica , indotta dal legame del
  L (1 catena per interazione con L e 1o per
  trasduzione del segnale?spesso condivise tra
  recettori)
• mancano di attività Tyr chinasica intrinseca
• 3 subset in base alla loro capacità di legare
  uno dei 3 elementi comuni gp130, common beta,
  and common gamma

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Recettori per le citochine

• Recettori di tipo 2 (degli interferoni)
• - residui di Cys conservati
• - struttura multimerica (1 catena per
  interazione con L e 1o per trasduzione del
  segnale)
• - R per IFN-alpha, IFN-beta, IFN-gamma, IL10,
  IL22
• - hanno attività protein-chinasica intrinseca

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Recettori per le citochine

• Recettori per TNF
• Superfamiglia delle Ig
• Recettori a 7 a-elica transmembrana (recettori
  per le chemochine) e accoppiati a proteine G

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Mediatori della immunità innata

• TNFa
• IL-1
• IL-10
• IL-12
• INTERFERONI di tipo 1 (IFNa, IFNß)
• IFN?
• CHEMOCHINE

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TNF-a

• Prodotto da macrofagi attivati
• Mediatore dellinfiammazione acuta in risposta a
  microrganismi (gram-)
• Media il reclutamento di neutrofili e macrofagi
  nel sito dellinfiammazione (?ICAM endotelio)
• Agisce sullipotalamo (febbre)
• Promuove la produzione delle proteine della fase
  acuta (fegato)

R per TNF
ß-jellyroll
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TNF-a
Death domain
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IL-1

• Effetti simili a TNF a
• Prodotta da macrofagi attivati
• Agisce soprattutto su linfociti T (al confine tra
  immunità innata e acquisita)

Beta-trifoglio struttura 12 beta-strands
R superfamiglia delle Ig
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IL-1
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IL-10

• Citochina inibitoria
• Inibisce la produzione di IFN? dalle Th1 e
  produce lo shift verso Th2
• Inibisce la produzione di altre citochine dai
  macrofagi attivati
• Inibisce la produzione di MHCII e altre molecole
  co-stimolatorie sui macrofagi
• Prodotta da macrofagi attivati e Th2
• Agisce nellimmunità innata e acquisita

IL-10 (Inter-subunit dimeric 4-helix bundles)
IL-10Ra R di tipo II
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IL-10
La trasduzione avviene solo in presenza di
entrambe le catene del R
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IL-12

• Prodotta da macrofagi attivati e cellule
  dendritiche
• Stimola la produzione di IFN?
• Induce il differenziamento dei Th verso Th1
• Aumenta le capacità citotossiche dei CTL e NK

• IL-12 è un eterodimero (p40 e p35 legate
  covalentemente)
• Il recettore è formato da due catene (R di tipo
  I)
• La trasduzione del segnale usa la via JAK/STAT

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IFN-a e ß

• IFN-a prodotta da fagociti mononucleati IFN-ß da
  diversi tipi di cellule (fibroblasti)
• Inibisce la replicazione virale nelle cellule
• Aumenta lespressione di MHCI
• Attiva le cellule NK

Inter-subunit dimeric 4-helix bundles
R di tipo II
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IFN-a e ß
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chemochine
Struttura ß a catena corta

• Piccole citochine (8-12 kDa). 2 ponti disolfuro
  nella molecola
• Prodotto da diversi leucociti e altri tipi
  cellulari (endotelio, fibroblasti...)
• Grande famiglia di molecole (più di 50)
• Funzione permettere la migrazione leucocitaria
  dal circolo ai tessuti e la loro locomozione
• - migrazione
• - attivazione doppio sito di legame delle
  chemochine
• - chemotassi
• 2 sottofamiglie distinte in base alla posizione
  delle Cys allN-terminale
• -a chemochine struttura CXC (neutrofili)
• -ß chemochine struttura CC (monociti,
  eosinofili, linfociti)
• Ogni singola chemochina lega più recettori e
  viceversa

7 eliche transmembrana
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Mediatori della immunità acquisita

• IL-2
• IL-4
• IL-5
• TGF-ß
• IL-10
• IFN-?

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IL-2

• Prodotta da T (soprattutto Th)
• Principale fattore di crescita per le cellule T
  che hanno incontrato lantigene. Azione autocrina
• Attiva NK e monociti
• R di tipo I 3 catene e catena alfa espressa solo
  da linfociti T attivati (gt affinità)
• Induce apoptosi nei linfociti T (risposta che si
  prolunga e IL-2 crescenti)

4-helix bundle
Fattore gamma comune
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IL-4
4-helix bundle

• Prodotta da Th2 e macrofagi
• Stimola la produzione di Th2 da cellule Th
  vergini (fattore di crescita autocrino)
• Determina lo switch isotipico verso IgE
• R di tipo I 2 catene. Fattore gamma comune con
  IL-2
• Attiva la via di JAK/STAT (STAT6)
• E la via IRS-2

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TGF-ß

• Prodotta da linfociti T, macrofagi e molti altri
  tipi cellulari
• Inibisce la proliferazione dei T
• Inibisce lattivazione dei macrofagi
• Agisce sui leucociti polimorfonucleati e le
  cellule endoteliali, antagonizzando leffetto
  delle citochine pro-infiammatorie
• Recettori di tipo I e II trasducono il segnale
  tramite un dominio Ser/Thr chinasico

Anello formato da 2 ponti disolfuro in cui si
infila un terzo nodo
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IFN-?

• Principale citochina attivatoria dei macrofagi
• Importante sia per immunità innata sia specifica
• Citochina prototipica di Th1
• Prodotto da NK, Th1 e CTL
• Attraverso la via di STAT1 stimola la produzione
  di MHCI enzimi che sintetizzano NO, IL-12
  (sinergia)
• Importante per uccidere i microbi fagocitati
• Shift verso IgG

Omodimero intersubunit 4 helix bundle
R di tipo II
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Mediatori dellemopoiesi

• GM-CSF (granulociti-macrofagi)
• M-CSF (monociti e macrofagi)
• G-CSF (granulociti)
• CSF colony-Stimulating Factor
• Differenziazione e espansione delle cellule
  progenitrici midollari

• 4-helix bundle a catena breve o lunga
• R famiglia delle Ig (M-CSF) o di tipo I (GM-CSF e
  G-CSF)

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Regolatori della risposta immune

• Le citochine sono regolatori positivi e negativi
• La loro azione dipende dallambiente (altre
  citochine, recettori espressi e loro subunità)
• Agiscono in diversi momenti della risposta immune
• Regolano il tipo e l ampiezza della risposta
  immune