2-Cytokines 2012

Cytokines inflammatoires
M. Alessandra Rosenthal-Allieri - mars 2012
Les cytokines
La réponse immunitaire est la résultante d’interactions complexes entre plusieurs
types cellulaires qui communiquent entre eux par :
- molécules de surface
- médiateurs solubles : cytokines et chimiokines
Noms différents :
- interleukines : entre les leukocytes
- lymphokines : issues des lymphocytes
- monokines : issues des monocytes
Cytokines
Domaines d’activité :
- action sur le système immunitaire
- action sur l’hématopoïèse
- action sur la réponse inflammatoire
Les cytokines : caractéristiques
Glycoprotéines de PM > 10 000 D
Synthétisées de novo en réponse à une activation spécifique (Ag) ou non
spécifique (mitogènes)
Leur production ne s’accompagne pas nécessairement d’une réponse proliférative
des cellules : elle nécessite la synthèse d’ARN mais pas celle d’ADN
La production d’une cytokine donnée peut être modulée de façon positive et
négative par des nombreux facteurs et par d’autres cytokines : réseau des
cytokines
Double ubiquité au niveau de :
la cellule productrice : un même facteur peut être produit par différents types
cellulaires et une cellule donnée produit plusieurs cytokines différentes
de la cellule cible : un même facteur est responsable d’activités biologiques
variées sur des cellules différentes : pléiotropie et une activité biologique donnée
peut résulter de l’effet de molécules différentes : redondance
Réseau des cytokines
COMPARAISONS ENTRE CYTOKINES ET HORMONES
___________________________________________________________________________________________________
Sources
Cibles
Activité
Mode d’action
___________________________________________________________________________________________________
Hormones
sécrétées principalement
spécificité vis à vis d’une
essentiellement
endocrine
par un seul type de cellule
cellule cible principale
unique
produites par plusieurs
cellules hématopoïétiques
large spectre
autocrine
types cellulaires
et nombreuses autres
et redondance
juxtacrine
spécialisée et localisée
Cytokines
paracrine
endocrine
Les récepteurs des cytokines
• Les cytokines agissent sur leurs cellules-cibles par un mécanisme analogue à celui
des hormones peptidiques :
- Fixation sur un récepteur membranaire
- Mise en action de seconds messagers intracellulaires
- Induction d’une séquence d’évènements biochimiques aboutissant à l’effet
spécifique de la cytokine
• Un grand nombre de récepteurs sont composés de deux ou trois chaînes a, b et g
dont l’association forme le récepteur de haute affinité capable de transmettre le
signal (ex : récepteur pour l’IL-6)
• La démonstration de récepteurs composés de plusieurs sous-unités, dont certaines
sont communes à plusieurs récepteurs, mous permet de mieux comprendre la
redondance des activités biologiques de certaines cytokines
Composition multimérique des récepteurs des
cytokines
Les cellules expriment le plus souvent un récepteur de faible affinité qui
ne transmet pas le signal (mis à part les récepteurs des facteur de
croissance avec activité tyrosine kinase intrinsèque)
La plupart des récepteurs des cytokines sont composés de 2 ou 3 chaînes
distinctes
a : qui assure la spécificité vis à vis du ligand
b et/ou g : qui ne reconnaissent pas la cytokine, mais s’associent
pour former le récepteur de haute affinité et transmettre le signal
Redondance structurale et fonctionnelle des
récepteurs des cytokines
Redondance : une même action biologique peut être due à plusieurs cytokines
différentes : partage d’une chaîne commune entre différents récepteurs
IL-3
GM-CSF
IL-5
utilisent la même chaîne b qui s’associe à la chaîne a spécifique
pour former le récepteur à forte affinité et transmettre le signal
Gp130
chaîne b du récepteur de l’IL-6, commune à CNTF, LIF, IL-11
IL-2
IL-4
IL-7
1L-9
IL-15
chaîne a spécifique et chaîne g commune
IL-12
IL-23
p40
Récepteurs des cytokines : classification
Récepteurs des hématopoïètines (type I)
Récepteurs des IFN (type II)
Récepteurs du TNF (type III)
Récepteurs apparentés à la famille des Ig
Récepteurs des chimiokines
Autres (ex famille Th17)
Récepteurs des cytokines
Type I
Type II
Type III
Type Ig
Type CK
De plus : 4 récepteurs des cytokines de la famille IL17, TM, importante partie intra
et extracellulaire, localisation chez l’homme sur le chromosome 3 (cascade MAP
kinase et NF-kb?)
Le système immunitaire
Immunité naturelle :
- défense contre les pathogènes
Immunité adaptative :
- spécificité antigénique
- mémoire
différenciation Ag-spécifique de lymphocytes en cellules effectrices Th1 et
Th2 avec un pattern de production cytokinique différente, orientées par les
cytokines produites par les cellules de l’immunité innée, activées par les
pathogènes
Mosmann et Coffman (1987)
-Th1
-activation macrophagique et immunité médiée par les cellules
-hypersensibilité retardée
-production d’IFNg (activation macrophages) →→ clearance de
pathogènes intracellulaires
-Th2
-activation cellules B (commutation de classe) et réponse humorale
-hypersensibilité immédiate
-production d’IL-4 et IL-5 et IL-13: switch pour IgG1 et IgE et
recrutement éosinophiles
-Chaque type de cellules CD4+ potentialise son développement en inhibant
celui de l’autre, par la sécrétion de cytokines
-Rares dans le répertoire T normal, nécessitent la différentiation déclenchée
par l’Ag et l’expansion clonale de cellules « naïves »
-Th1 : IFNg
-Th2 : IL-4
Th1
Naive T cell
Th1
- Défense contre les germes intracellulaires (granulome)
- Excès :
maladies auto-immunes
- Défaut :
infections
- Différenciation initiée par TCR et polarisés par IL-12 (monocytes/macrophages) et IFNg par NK
- IFN et IL-12 active STAT1 avec induction du facteur de transcription T-bet
- T-bet up-régule l’expression de la châine inductible du IL-12Rb2 avec signaling IL-12 par STAT-4
- Activation du IL-12R potentialise la production d’IFNg et induit l’expression du IL-18Ra, en conférant la capacité de
répondre à IL18 par les Th1 matures
Th2
Naive T cell
Th2
-Défense contre les parasites intestinaux
-Excès : atopie, allergie, asthme
-Différenciation initiée par TCR et IL-4R, via STAT6
-Up-regulation de GATA3 → expression du cluster des gènes Th2 (IL-4, IL-5 et IL-6) et suppression
de facteurs critiques pour Th1 (STAT4 et IL-12b2R) → boucle IL-4
Lymphocyte T CD4 naïf Th0 : tout est possible !!
Lymphocytes T CD4 « polarisés », sécrétant différents profils cytokiniques
IFNg, TNFa
IL-4, IL-13
IL-17
TGFb
Th1
Th2
Th17
T régulateurs
La polarisation dépend des circonstances de rencontre avec l’Ag et de la manière dans laquelle l’Ag est présenté
par la CPAg
Aucun élément prédétermine l’orientation du Th0 vers une famille de lymphocytes, ce sont le contexte de la
stimulation, l’Ag, l’environnement et les cytokines sécrétées qui déterminent la différenciation lymphocytaire
(système plastique).
Th1 = maladies autoimmunes
Résultat paradoxal : EAE/arthrite au collagène : pas que les Th1 !
Immunisation par peptide de la myéline /collagène
Souris p35/-
Souris IFNg-/Souris p40/-
malade
maladie aggravée
pas malade
Les deux sous-unités de l’IL-12 ne jouent pas le même rôle
IFNg n’est pas le seul responsable de la maladie
IL-12 dimère p40/p35
Puissant inducteur de Th1
L’IL-12 et l’IL-23 (et leurs récepteurs) partagent une sous-unité!
p19
p35
p40
p40
CPA
Rb2
Ly Th1
Rb1
IFNg
IL-12
Rb1
Ly Th17
IL-23R
IL-17
IL-23
Ly T
Résultat paradoxal : SEP/arthrite au collagène : pas que les Th1 !
Immunisation par peptide de la myéline /collagène
Souris p35/IL-12
Souris IFNg-/-
Souris p40/IL12
IL23
IFN
malade
maladie aggravée
pas malade
IL-17
IL-17+++
Pas IL-17
Modèle CIA :
- Réduction des lésions des articulations chez souris IL-17A déficientes ou
après neutralisation de l’IL-17
- augmentation si surexpression IL-17
→ → rôle de l’IL23 → cellules effectrices productrices IL-17, la pathway Th1
étant insuffisant pour causer la maladie
IL-23 dimère p40/p19
IL-12 dimère p40/p35
Famille de l’IL17 (1995)
-IL-17 produite par Th17, CD8, TCRgd, NK
-Cross-talk entre l’immunité naturelle et acquise
-6 membres : IL17A-F, 3 produits par les T et avec activité pro-inflammatoire
IL-17E = IL25
-Homologie IL17A et F 50%
-Très conservée dans les espèces et apparue très précocement dans l’évolution
des vertébrés (expression de l’IL17 régulée par le TGFb et les membres de la
famille de l’IL1, composants primitif de l’immunité innée : hypothèse que
l’IL17/Th17 ont évolué comme lien entre l’immunité innée et adaptative (après
Th1 et probablement avant Th2)
Cristallographie IL-17F: 4 résidus cystéine conservés. Structure similaire à celle du TGFb et NGF.
a) Monomère IL-17F. b) Homodimère. c et d) Vue de surface avec le site potentiel de liaison avec le
ligand
Cytokines Th17: exprimées principalement
par les Ly T différenciés en Th17
IL-17A et IL-17F
-IL-17A cytokine principale produite par les Th17, action proinflammatoire
-Recrutement des neutrophiles dans le sites inflammatoires
-IL-17A et IL-17F 50-60% homologie, coexprimées et secrétées comme homodimères et - heterodimères:
IL-17F/F, IL-17F/A et IL-17A/A (le plus puissant pour le recrutement des neutrophiles)
-Signalling pathway commun via Act1 et TRAF6, mais actions biologiques différentes dans les modèles
expérimentaux
IL-17B, IL-17C, IL-17E (IL25)
Expression plus large
Récepteurs à l’IL-17
- 5 membres avec peu d’homologie, nouvelle famille, partie amino-terminale
extracellulaire et importante partie IC différente d’autres familles de récepteurs
aux cytokines, qui ne semble cependant pas avoir des domaines catalytiques
- Récepteurs solubles libérés
- IL-17RA lie IL-17A et F, expression ubiquitaire, les souris déficientes pour le
gène IL17ra ont un déficit profond de défense aux pathogènes
- Exprimé comme multimère après liaison avec le ligand, dissociation avec le
domaine IC : activation MAP? NF-KB?
Th17
Découverte de la famille des cytokines IL17
Nouvelles cytokines de la famille IL12
Nouvelles activités de cytokines pléiotropes TGFb et IL-6
Evolution probable de l’immunité adaptative pour augmenter les capacités de
clairance des pathogènes extracellulaires, champignons et parasites helminthes
non couvertes par les Th1 et Th2
IL-17
IL25 (IL17E) →→ Th2
Autres membres de la famille IL-17 sont produits par d’autres cellules : CD8,
Tgd, NK, granulocytes
Th17
défense pathogènes
maladies auto-immmunes (ex Th1?)
Th17
Cytokines inflammatoires participant à la génération des Th17 :
TGFb
IL-6
IL-21
IL-23
IL-1b
Cytokines secrétées par les Th17:
IL-17A-F
TNF-a
IL-22 (psoriasis!)
IL-21 (importante pour activer les B!)
IL-6
GM-CSF
→ jouent un rôle dans l’inflammation, l’auto-immunité et la réponse contre
les pathogènes extracellulaires.
La population des Th17 n’est pas homogène: bien que la population
produit collectivement les cytokines IL-17, au niveau individuel les
cytokines produites dépendent du contexte et du microenvironnement
cytokinique → → Sous-populations différentes avec différenciation
commune contrôlée par le facteur de transcription RORgt/c.
Sources cellulaires et cibles
Sources
- IL-17A et F CD4 mémoire, CD8, Tgd, NK et neutrophiles
- IL-17D resting T cells et B (fonction non définie)
Cibles
IL-17A et F induisent la production de nombreuses cytokines proinflammatoires
(récepteurs ubiquitaires) IL-6 et IL-8 par fibroblastes, mais aussi par cellules
épithéliales, endothéliales, ostéoblastes et monocytes/macrophages avec production
de GM-CSF, G-CSF, CXC chémokines, IL-6 etc.
Actions de l’IL-17 A et F potentialisées par TNFa et IL1b (cytokines inflammatoires)
IL-25 CC chémokines CCL( (RANTES) et CCL1 (éotaxine), important pour le
recrutement des éosinophiles et l’expression d’autres cytokines Th2 (IL-5, IL-13 et IL-4)
→ nouvelle pop. de l’immunité innée cible de l’action de l’IL-25 impliquée dans réponse
allergique Th2
→ les membres distinctes de la famille de l’IL-17 sont des puissant orchestrateurs de
l’immunité innée : neutrophiles (IL-17A et F) et éosinophiles (IL-25)
Inhibition des Th17
- IL-4, IL-13
- IFN-g
- IL-2
- IL-25
- IL-27
IFNg
IL-12
Th1
IFNg
Clearance des pathogènes intracellulaires
IL-4
CD4+
IL-4
Clearance des pathogènes extracellulaires
Th2
IL-17
IL17F
IL21
IL22
IL23
TGFb
IL-6
Th17
Clearance des pathogènes échappés
Induction inflammation tissulaire (maladies auto-immunes)
Helper T-Cell (Th) Subgroups and Effector Functions.
The cytokine profile (including key cytokine receptors as denoted by R), the effector cell type that is activated, and the
corresponding types of infections are shown for each Th subgroup.
Miossec P et al. N Engl J Med 2009;361:888-98.
Figure 4. Effects of Interleukin-17 on Cell Functions and Its Role in the Pathophysiology of Diseases. For each key effect of
interleukin-17, the target-cell type involved and the products released in response to interleukin-17 are shown. Each biologic effect is
linked to examples of conditions in which an association with the presence of interleukin-17 has been observed. CRP denotes Creactive protein, MMP matrix metalloproteinase, RANKL receptor activator of nuclear factor-κB ligand, and TNF tumor necrosis factor.
Miossec P et al. N Engl J Med 2009;361:888-98.
Th-17 et maladies auto-immunes
P. Miossec
P. Miossec
IL-23, IL-17 dans le sérum et synovial de PR >> arthrose
Rôle pronostique?
Synergie IL-1, TNF, IL-17 dans la PR
TNF, IL-1, IL-6, IL-23 : induction de Th17
Récepteurs à l’IL-17 exprimés par synoviocytes
IL-17 : induit l’expression de TNF, IL-1 et IL-6, de chémokines (CCL20) par les
synoviocytes mêmes
Synergie TNF, IL-1, IL-17 pour l’inflammation, la synthèse d’IL-6 et la
destruction ostéoarticulaire : TNF et IL-17 voies redondantes?
IL-17 et SEP
Augmentation IL-17 dans LCR et sérum (Poussées >> rémission)
ARNm de l’IL-17 augmenté dans les lésions cérébrales
IL-17 et maladie de Crohn
Augmentation IL-23 et IL-17
Association au polymorphisme génétique de l’IL-23 !
Modèles murins
IL-12 et IL-17 ont des actions différentes dans un modèle de maladie de Crohn
Anti IL-12 action systémique (poids, cytokines sériques)
Anti IL-23 action anti-inflammatoire locale (histologie intestinale, cytokines)
Thérapeutique anti-Th17
Indirecte :
-IL-1
-IL-6/IL-6R: résultats encourageants dans modèle de colite
chez la souris (action anti Th17)
Directe : - p40 (Th1 et Th17)
- SEP : déception!
- Crohn : premier résultats en 2004 encourageants,
puis plus modérés
- psoriasis : espoir!