IL2
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Deuxième signal de costimulation et troisième signal de progression du cycle cellulaire Pr Emmanuel Morelon Service de Transplantation Hôpital Edouard Herriot Lyon Activation et prolifération lymphocytaire T Activation lymphocytaire T rôle des quatre signaux B7-1,2 CD28 Antigène HLA Classe II Signal 2 costimulation TCR IL2R IL2 Calcineurine Signal 1 NFAT Signal 3 IL2 Le signal 4 : signal de mitose et de prolifération clonale Nécessite la synthèse d’acides nucléiques à partir de bases puriques ou pyrimidiques Y. Lebranchu Signal 2 Costimulation lymphocytaire Mise en évidence du rôle de la costimulation lymphocytaire Les différents couples ligands récepteurs impliqués dans la costimulation lymphocytaire Molécules de la costimulation sur la CPA Répartition cellulaire Autres noms CD, monocytes, Macrophages, LT Mémoires LB centres germinatifs LFA3 B7.1 sur CD et LB B7.1 Récepteurs lymphocytaires de costimulation Noms usuels CD58 CD2 CD40 CD40L Autres noms LFA2 LT CD80 CD28 Répartition cellulaire Tp44 LT4 (95%) LT8 (50%) B7.2 CD86 ICOSL B7h/B7RP-1 B7-H2 ICOS Induit sur LB et CD par La liaison CD40/CD40L, Cellules endothéliales TNFSF4 OX40L CD134 OX40 TNFRSF4 LT4 et LT8 activés Transitoirement Sur LT, LB, après activation CD27L TNFSF7 CD70 CD27 TNFRSF7 LT et LB CD matures Et LB activés 4-1BBL TNFSF9 CD137 4-1BB TNFRSF9 LT4 et LT8 activés B7.2 sur CD, LB, monocytes CD, LB, monocytes LT activés A. Brossay Le courrier de la Transplantation 2001 Vol1 N2 A C E Cellule T Cellule T TCR CD2 LFA1 LFA1 CD28 CD80/86 ICAM-1 Cellule T TCR CD2 CD80/86 CPA B CMH CD58 peptide LFA1 LFA1 ICOS ICAM-1 CD40 CPA Synapse immunologique Cellule T CD154 Cellule T CD80/86 ICAM-1 CD154 F Cellule T CD28 CD40 Surexpression molécules costimulation D LFA1 + CPA Signal 1 et 2 TCR CD2 CD80/86 CMH B7-H2 peptide CPA Activation CPA CD28 ICAM-1 CD40 CMH CD58 peptide TCR CD2 LFA1 CD28 ICAM-1 CD40 CMH CD58 peptide TNFa Lta TRANCE CD154 CD28 CD80/86 CMH CD58 peptide CPA Icos et CD40L CD40 ICOS CD28 CD80/86 ICAM-1 CMH B7-H2 peptide CD40 CPA Nouveaux signaux de costimulation Activation lymphocytaire T mécanismes de contrôle B7-1,2 CD28 Antigène HLA Classe II TCR Signal 2 costimulation Signal négatif Contrôle de la prolifération IL2R IL2 Calcineurine Signal 1 NFAT Signal 3 IL2 Mécanismes de contrôle de l’activation lymphocytaire par CTLA4 • L’activation lymphocytaire induit l’expression membranaire de la molécule CTLA4 • CTLA4 se lie à B7 1,2 avec une affinité supérieure à CD28 • La liaison de CTLA4 à son ligand entraîne un signal d’arrêt de prolifération cellulaire • Les mutations entraînant un défaut d’expression membranaire de CTLA4 induisent une lymphoprolifération et des signes d’autoimmunité Blocage de la costimulation lymphocytaire : un moyen d ’induire la tolérance ? Blocage du cosignal chez la souris: des débuts très prometteurs dans l ’induction de tolérance Nature Vol 381 30 May 1996 Matériel et méthodes • • • • Modèle de greffe allogénique chez la souris Souris receveuse C3HJ Greffe de cœur ou de peau provenant de BALBC CTLA4Ig : protéine de fusion qui se lie de façon spécifique à B7.1 et B7.2 et qui inhibe la liaison au CD28 • Traitement par anti-CD40 ligand (MR1), CTLA4Ig, ou les deux • Traitement pendant quelques jours au moment de la greffe, puis arrêt • Contrôle par antiCD4, ciclosporine, ou Ig non spécifiques Blocage du cosignal chez la souris B7-1,2 CTLA4Ig CD28 Antigène HLA Classe II MR1= mAb Signal 2 costimulation TCR CSA IL2R IL2 Calcineurine Signal 1 NFAT Signal 3 IL2 Survie des greffes de coeur CTLA4Ig : j 0, 2, 4 et 6 n=7 MR1 = Anti CD40L n=12 MR1 : j 0, 2, 4 n=12 n=7 Survie des greffes de peau chez la souris YTS191= anti-CD4 Conclusion : Bases de l ’induction de tolérance par l ’inhibition de la costimulation • Un traitement court par CTLA4-Ig et anti-CD154 induit une tolérance à long terme d ’une greffe de cœur et de peau • Le blocage d ’une seule voie de costimulation n ’est pas suffisant pour induire une tolérance • Effet combiné du blocage de deux voies de costimulation • Prévention du rejet chronique si anti-CD40L combiné avec CTLA4-Ig • Effet inhibiteur de la ciclosporine : attention aux thérapeutiques non spécifiques associées Induction de tolérance par blocage du cosignal chez le primate Travaux par A.Kirk et al PNAS 1997 Nat Med 1999 Transplantation 2001 Matériel et méthodes • • • • • Singes Rhesus Allotransplantation rénale Blocage du cosignal par CTLA4-Ig et/ou Anti-CD40L par mAb 5C8, puis hu5C8 Traitement associé ou non à des immunosuppresseurs conventionnels No treatment CTLA4-Ig alone 10 mg/kg d 1 to d5 In vivo : kidney function and survival CTLA4-Ig alone 20 mg/kg d 1 and 10 mg/kg every other day d1 to d12 5C8 alone 20 mg/kg every other day d1 to d14 AR Retreatment with 5C8 AR CTLA4-Ig and 5C8 d 0, 2, 4,6,8,10,12 CTLA4-Ig and 5C8 d 0, 2, 4,6,8,10,12, 16, 28 Kirk et al PNAS 1997 Vol 94 pp8789-8794 AR Conclusion • This drug combination prolonged allograft survival for more than 9 months after drug withdrawal, but this brief treatment failed to lead to indefinite graft survival • hu5C8 (anti-CD40L) alone is better than CTLA4-Ig alone Treatment with humanized monoclonal antibody against CD154 (CD40L)prevents acute renal allograft rejection in nonhuman primates • Traitement en monothérapie de façon prolongée par hu5C8 • 20 mg/kg d 0, 1, 3, 10, 18, 28, and every 28 days for 5 months • Essaie avec les autres immunosuppresseurs Conventional immunosuppressants worsen the long term outcome after transplantation with hu5C8 hu5C8 n=9 hu5C8 + chronic MMF and 5 days steroid n=3 hu5C8 + chronic MMF and chronic steroid n=5 hu5C8 + tacrolimus n=3 No treatment n=4 Costimulation Blockade in Primates T Cell infiltrates in normally functioning renal allografts H&E H&E CD3 CD83 Kirk, et al. 1999. Conclusion : Blocage du cosignal dans le système CD28-B7 ou CD 40L chez le primate Anti-CD40L : Le plus efficace CTLA4-Ig : peu efficace en monothérapie Effet inhibiteur des immunosuppresseurs non spécifiques Anti-B7 : pas d ’induction de tolérance Résultats non reproduit pas d ’autres équipes Pas de démonstration claire de l ’induction de tolérance Etude des souris CD28 Il existe d’autres molécules impliquées dans la costimulation Rôle des molécules ICOS/ICOSL et OX40/0X40L dans la costimulation Les différents couples ligands récepteurs impliqués dans la costimulation lymphocytaire Molécules de la costimulation sur la CPA Répartition cellulaire Autres noms CD, monocytes, Macrophages, LT Mémoires LB centres germinatifs LFA3 B7.1 sur CD et LB B7.1 Récepteurs lymphocytaires de costimulation Noms usuels CD58 CD2 CD40 CD40L Autres noms LFA2 LT CD80 CD28 Répartition cellulaire Tp44 LT4 (95%) LT8 (50%) B7.2 CD86 ICOSL B7h/B7RP-1 B7-H2 ICOS Induit sur LB et CD par La liaison CD40/CD40L, Cellules endothéliales TNFSF4 OX40L CD134 OX40 TNFRSF4 LT4 et LT8 activés Transitoirement Sur LT, LB, après activation CD27L TNFSF7 CD70 CD27 TNFRSF7 LT et LB CD matures Et LB activés 4-1BBL TNFSF9 CD137 4-1BB TNFRSF9 LT4 et LT8 activés B7.2 sur CD, LB, monocytes CD, LB, monocytes LT activés A. Brossay Le courrier de la Transplantation 2001 Vol1 N2 Importance of ICOS-B7RP1 costimulation in acute and chronic allograft rejection • Modèle de greffe cardiaque chez la souris • Augmentation de l’expression d’ICOS dans les cellules lymphocytaires infiltrant le greffon cardiaque lors du rejet aigu. • B7RP-1 (ICOS-L) est exprimé dans les cellules dendritiques intracardiaques et les macrophages infiltrants le greffon • Anticorps bloquant anti-ICOS prolongent la survie du greffon cardiaque de 7 à 21 jours et entraîne une diminution significative de l’infiltrat intracardiaque Ozkaynak et al 2001 Nat Immunol Vol 2 p591-596 Rôle du signal de costimulation médié par ICOS-B7RP-1 dans le rejet aigu et chronique d’allogreffe Effects of anti-CD154 therapy on intragraft ICOS expression : Perivascular localization of ICOS+ mononuclear cells within allografts from CD154 mAb-treated recipients 30 days after transplant Combined targeting of ICOS and CD154 maintained normal histology and prevented development of transplant arteriosclerosis (day 30) Ozkaynak et al 2001 Nat Immunol Vol 2 p591-596 The role of the ICOS-B7h T cell costimulatory pathway in transplantation immunity • Modèle de transplantation cardiaque chez la souris • Blocage précoce ICOS (<6j) Vs blocage retardé (4-10j) • Receveurs mismatch MHC majeur: le blocage retardé prolonge plus efficacement la survie du greffon par rapport au blocage précoce • Receveur mismath MHC mineur: le blocage précoce entraîne une rejet aigu tandis que le blocage retardé prolonge la survie du greffon • Le blocage précoce et retardé supprime l’expansion des CD4 alloréactifs • Seul le délai retardé supprime l’expansion des cellules CD8 alloréactives. Harada et al 2003 JCI Vol 112 p234-243 Les différents couples ligands récepteurs impliqués dans la costimulation lymphocytaire Molécules de la costimulation sur la CPA Répartition cellulaire Autres noms CD, monocytes, Macrophages, LT Mémoires LB centres germinatifs LFA3 B7.1 sur CD et LB B7.1 Récepteurs lymphocytaires de costimulation Noms usuels CD58 CD2 CD40 CD40L Autres noms LFA2 LT CD80 CD28 Répartition cellulaire Tp44 LT4 (95%) LT8 (50%) B7.2 CD86 ICOSL B7h/B7RP-1 B7-H2 ICOS Induit sur LB et CD par La liaison CD40/CD40L, Cellules endothéliales TNFSF4 OX40L CD134 OX40 TNFRSF4 LT4 et LT8 activés Transitoirement Sur LT, LB, après activation CD27L TNFSF7 CD70 CD27 TNFRSF7 LT et LB CD matures Et LB activés 4-1BBL TNFSF9 CD137 4-1BB TNFRSF9 LT4 et LT8 activés B7.2 sur CD, LB, monocytes CD, LB, monocytes LT activés A. Brossay Le courrier de la Transplantation 2001 Vol1 N2 Effet des anticorps bloquants sur la greffe de peau allogénique de souris C57BL/6 Demirci et al Journal of Immunology 2004, 172. 1691-1698 Rôle d’OX40 dans les rejets indépendants de CD28 et CD154 • Les souris DKO CD28/CD40L peuvent rejeter une greffe de peau, impliquant d’autres molécules de costimulation • Les lymphocytes CD4 et CD8 de ces souris peuvent proliférer in vivo en réponse à un alloantigène, et les CD4 sont plus affectés que les CD8 • Les molécules de costimulation OX 40 et ICOS apparaissent à la surface des CD4 et des CD8 DKO après activation allogénique • Les anticorps bloquant anti OX40 peuvent bloquer la prolifération des CD4 et CD8 DKO, inhiber le rejet d’une greffe de peau allogénique DKO • Les anticorps anti OX40 sont capables, en association avec anti40L et antiCD28 d’induire la tolérance à une greffe de peau allogénique • OX40 semble être une molécule de costimulation de premier plan dans les stratégies d’induction de tolérance par blocage du cosignal Demirci et al Journal of Immunology 2004, 172. 1691-1698 Questions posées • • • • • Quels couples de ligand faut-il bloquer ? Avec quelle cinétique, combien de temps? Immunosuppresseurs associer ? Mécanismes d’action ? Effets secondaires ? Thrombose vasculaire avec anti-CD40L, liée aux interactions avec récepteurs plaquettaires • Risque de développer une tolérance pour les pathogènes (virus) ? • Meilleure association pour blocage du cosignal ? • Intérêt des anticorps anti-CD28 qui inhibent le signal 2 en respectant le signal négatif médié par CTLA4 ? Bélatacept LEA29Y CTLA4Ig re-engineered for transplantation Compared with CTLA4Ig, LEA29Y has: • 4-fold higher avidity for CD86 • 2-fold higher avidity for CD80 • ~10-fold more potent inhibition of T-cell activation in-vitro LEA29Y Phase II dose-finding study design Clinical Clinical endpoint endpoint Randomization 1 month 3 months (LEA29Y arms unblinded) 6 months 1 year 10 mg/kg 5 mg/kg every 4 or 8 weeks LEA29Y* 5 mg/kg every 4 or 8 weeks DAY 1 5 15 29 43 57 71 85 113 141 169 10 mg/kg CsA (7±3 mg/kg daily)* 150–400 ng/ml 150–300 ng/ml *All patients received MMF, basiliximab, and corticosteroid-tapering regimen Vincenti NEJM 2005 Acute Rejection Rates* 25 22% Acute rejection (%) 20 19% 19% 18% 15 10 5 0 Biopsy-proven acute rejection LEA29Y Biopsy-proven acute rejection/ Presumed acute rejection CsA Mean time to first rejection: LEA29Y (53 days); CsA (52 days) *Intent-to-treat population Vincenti NEJM 2005 Median calculated creatinine clearance (ml/min/1.73m2) Median Iohexol clearance (ml/min/1.73m2) Post-transplant Renal Function 75 70 65 60 55 50 45 40 90 Iohexol clearance† LEA29Y CsA n=102 n=43 n=77 1 n=28 6 Calculated glomerular filtration rate†‡ * 80 70 60 50 40 n=132 n=60 1 n=120 n=47 n=113 n=43 3 6 Months post-transplant Vincenti NEJM 2005 *p<0.05 compared with CsA; †Median, 25% and 75% percentiles shown; ‡Cockcroft-Gault Conclusion Co-stimulation blockade using LEA29Y-based maintenance immunosuppression provides opportunities for reduced toxicities versus CsA Potential for improved long-term renal graft function LEA29Y may represent a new alternative for CNI-free maintenance immunosuppression Conclusion • Une approche d ’avenir pour l ’induction de tolérance • Beaucoup de paramètres à préciser avant d ’obtenir le protocole parfait • Le blocage de plusieurs signaux de coactivation sera nécessaire, probablement en association avec un immunosuppresseur en début de transplantation • Le Bélatacept, premier inhibiteur du signal 2 développé en transplantation clinique est un immunosuppresseur efficace, non néphrotoxique et bien toléré Le troisième signal de prolifération lymphocytaire Activation lymphocytaire T rôle des quatre signaux B7-1,2 CD28 Antigène HLA Classe II Signal 2 costimulation TCR IL2R Calcineurine Signal 1 NFAT Signal 3 IL2 IL2 TCGF IL2 et prolifération des CTL Les trois récepteurs de l ’IL2 Schéma général de la transduction du signal dans la famille des récepteurs de l ’IL2 IL2 et transduction du signal IL2R Ras Jak 1 Jak 3 Grb2 SOS MAP Kinase PI-3 Kinase m TOR Jun Fos Cycle cellulaire Stat 3 Stat 5 Fixation de l’IL-2 sur IL-2R Phosphorylation des Jak et du récepteur mTOR Signal 3 Phosphorylation de STAT 5 Facteur de survie Signal 4 Migration dans le noyau de STAT 5 Survie cellulaire Prolifération cellulaire Transcription Fas-L + Liaison Fas-L/ Fas Apoptose Y.L L’IL-2 : survie, prolifération ou apoptose cellulaires Prolifération Survie cellulaire Y.L Apoptose Interleukine 2, cible des immunosuppresseurs • Inhibiteurs de la calcineurine : – Diminution de la synthèse d ’IL2 – Diminution de la synthèse du récepteur à l ’IL2 • Inhibiteurs de mTOR – Inhibition de la transduction du signal induite par l ’IL2 • Anticorps anti-récepteurs de l ’IL2 : – Inhibition de la fixation de l ’IL2 à son récepteur • Tous ces immunosuppresseurs inhibent in vitro la prolifération lymphocytaire induite par l ’IL2 Redondance de l ’effet de l ’IL2 • Tous les immunosuppresseurs actuels inhibent la prolifération lymphocytaire induite par l ’IL2 in vitro (signal 3), et pourtant… – Les souris KO pour l ’IL2 font des rejets de greffe – Les patients dont les récepteurs à l ’IL2 sont bloqués font des rejets de greffe – Les souris KO pour l ’IL2 ou la chaîne a du récepteur à l ’IL2 ont une lymphoprolifération et des anomalies auto-immunes • L ’effet de l ’IL2 sur la prolifération lymphocytaire est un effet redondant. La famille des récepteurs de cytokines c a a c c wsxws Famille des récepteurs de l’IL2 IL3R GM-CSFR IL5R IL6R LIFR OSMR CNTF c EPOR PRLR GHR G-CSFR IL2R c gp130 Système hématopoÏétique IL2R Systèmes divers IL4R IL7R IL9R IL15R IL15R Système lymphoïde Rôle central de c dans la réponse immunitaire IL2R IL4R prolifération lymphocytaire IL7R différenciation lymphocytaire IL9R IL15R prolifération lymphocytaire différenciation et prolifération des cellules tueuses Naturelles Prolifération lymphocytaire Représentation schématique de la chaîne c motif à cystéines motif ws pseudo-domaine SH2 site de liaison à Jak3 86 IL2R Jak 1 Jak 3 Stat 3 Stat 5 IL9R IL7R IL4R Jak 3 Jak 1 Stat 6 Jak 1 Jak 3 Stat 3 Stat 5 IL15R Jak 1 Jak 3 Jak 3 Jak 1 Stat 3 Stat 5 Stat 3 Stat 5 Rôle non redondant de la chaîne c dans la réponse immune Déficit immunitaire lié aux mutations de la chaîne c et de la protéine Jak 3 Le déficit immunitaire combiné sévère lié au chromosome X • Maladie héréditaire récessive liée au sexe • Infections récidivantes à germes opportunistes ou non débutant dès les premiers mois de vie • Troubles de croissance staturo-pondérale • Fréquence : 1-5 / million de garçons • 50% des DICS • Mortelle en absence de greffe de moelle • Premier traitement par thérapie génique Le déficit immunitaire combiné sévère lié au chromosome X • Absence de lymphocytes T matures ou immatures et de cellules tueuses naturelles • Nombre normal ou élevé de lymphocytes B • Le gène impliqué : code pour la chaîne c IL2R et IL15 R sur les lymphocytes T et NK IL2/IL15R IL2/IL15R IL2R a c IL15R a c Jak 3 Jak 3 Jak 1 IL2 R Jak 1 IL15 R Stat 3 Stat 5 Stat 3 Stat 5 Expression d ’ IL2Ra et IL15Ra IL2Ra • Lymphocytes T et B • • • • • IL15Ra Lymphocytes T activés et B Macrophages Cellules stromales moelle Mastocytes Rein, foie, cœur, muscle, poumon, cellules endothéliales Rôle de l ’IL15 • • • • • • • • • Développement, survie et fonction des lymphocytes NK Stimulation mastocytes Prolifération lymphocytaire T (redondante avec l ’effet de l ’IL2) Stimule les TH1 Stimule la prolifération des CD8 mémoires Stimule les fonctions effectrices et la prolifération des CD8 Stimule la production d ’anticorps par certains lymphocytes B Lutte contre les infections intracellulaires (monocytaires) Effet inhibiteur de l ’apoptose induite par l ’activation (IL2 dépendante) Immunomodulation et famille des récepteurs de l ’IL2 • • • • • Anticorps anti-IL2Ra: basiliximab et daclizumab Anticorps anti-IL15Ra, molécule de fusion Anticorps anti-IL2/IL15 R Anticorps bispécifique : anti-ILRa et anti-IL2/15 R Rapamycine : Inhibition du signal médié par le récepteur à l ’IL2 et à l ’IL15 • Inhibiteurs de JAK 3 sont des immunosuppresseurs en cours de développement LYMPHOCYTE ACTIVATION SIGNALS: IN VITRO MODEL APC Costimulation Ag IL- 15, 4, 7, 9, etc IL-2 signal 1 signal 2 signal 2a signal 3 calcineurine MAP kinases T Cell RAFT Purine Synthesis cycline/CDK de novo Pathway G1 S G2 M Key Promoters e.g.IL-2, CD40L Questions • • • • In vitro = in vivo ? Rôle de l ’IL2 in vivo ? Effet différentiel sur les CD4 et les CD8 ? Effet de la costimulation sur les CD4 et sur les CD8 ? • Effets respectifs de l ’IL2 et de l ’IL15 dans le troisième signal sur les CD4 et les CD8 ? • IL15 signal de prolifération et de survie ? Effets in vivo de l ’IL2 et de l ’IL15 • • • • Souris Tg IL2R-/- : pas de récepteur à l ’IL2 et à l ’IL15 Peuvent avoir une réponse anticorps primaire et secondaire Peuvent rejeter les greffes de peau allogéniques Ont une réponse vaccinale CD8 • Ces réponses sont atténuées par rapport aux souris contrôles, suggérant un effet seulement partiel des récepteurs à l ’IL2 et à l ’IL15 dans ces réponses immunes Yu et al 2003 J Immunol Vol 170 p236-242 Costimulation et signal de prolifération modèle in vivo chez la souris • Les signaux 1 et 2 sont suffisants à la prolifération des CD4, l ’IL2 n ’intervient pas pour la prolifération, mais pour la survie et pour l ’apoptose. • La costimulation CD28/CD40L n ’intervient pas dans l ’activation des CD8. C ’est l ’IL15 qui initie la division cellulaire, puis l ’IL2 produite par les cellules CD4 (coopération cellulaire). Rôle des cytokines de la famille de l ’IL2 • La résistance à l ’induction de tolérance par le blocage du cosignal vient des CD8, et est contrôlée par le blocage de IL15R. Intérêt du blocage du signal 2 et du signal 3 • Rôle de l’IL15 dans la génération et l’activation des LT mémoires Mécanismes d’action des immunosuppresseurs Conclusion • Les signaux impliqués dans la costimulation et le troisième signal de prolifération sont redondants • Seul le premier signal d’activation n’est pas redondant • Le blocage de la costimulation est un des moyens d’obtenir un état de tolérance • Les résultats des expériences obtenus in vitro ne sont pas forcément extrapolables à la réalité in vivo • Les signaux de costimulation et de prolifération sont la cible d’immunosuppresseurs en cours d’utilisation et en développement
