LES CELLULES NK

LES CELLULES NK
ET LEURS RECEPTEURS
Dr.Tatiana Michel-Sohn, PhD
Laboratoire d’Immunogénétique-Allergologie
Centre de Recherche Public (CRP) de la Santé
84 Val Fleuri
L-1526 Luxembourg
Cours NK
28/03/11
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PLAN DU COURS
I)
LES CELLULES NK: DONNEES DE BASE
1) Définition et Répartition
2) Propriétés
3) Fonctions
II) LES RECEPTEURS DES CELLULES NK
1) Balance entre Messages Inhibiteurs et Activateurs
2) Concept du « Missing Self »
3) Les Récepteurs Inhibiteurs
4) Les Récepteurs Activateurs
III) LES SOUS-TYPES DE CELLULES NK
IV) LES CELLULES NK AU SEIN DU SYSTEME
IMMUNITAIRE
1) Interactions avec les Cellules Dendritiques
2) Interactions avec les Lymphocytes T
V) LES CELLULES NK EN IMMUNOLOGIE MEDICALE
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DEFINITION ET REPARTITION
cellules NK: « natural killer cells », cellules tueuses « naturelles », décrites
pour la première fois il y a 30 ans par Rolf Kiessling
lymphocytes granuleux capables de tuer directement les cellules tumorales
sans avoir été stimulés ou exposés au préalable à des A.G. spécifiques.
définition fonctionnelle :
lyse spontanée (« natural killing ») de cellules tumorales
et de cellules infectées par des virus
définition phénotypique :
lymphocytes CD3-CD56+ chez l’homme
absence des marqueurs des lymphocytes T (CD3, TCR) et B (CD19, BCR)
se développent dans la moelle osseuse et sont indépendantes du thymus
5-10 % des lymphocytes du sang
présence abondante dans rate, foie, utérus
retrouvées aussi dans muqueuses, parenchyme pulmonaire, ganglions
lymphatiques
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ASPECT DES CELLULES NK EN CYTOMETRIE EN
FLUX
A.C. :anti-CD56, anti-CD3
Ficoll
Prélèvement sang
PBMC
marquages
BD FACSCanto II analyser
CD56
CD3
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PROPRIETES DES CELLULES NK
IFN-g
PRODUCTION
DE CYTOKINES
cellule NK
TNF-a
cellule cible
CYTOTOXICITE
NATURELLE
lyse
anticorps
anti-cellule cible
cellule NK
CD16
(récepteur Fcg)
cellule cible
lyse
CYTOTOXICITE DEPENDANTE
D’ANTICORPS (ADCC)
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CYTOTOXICITE DES CELLULES NK
CELLULES NK non activées
80
CELLULES NK activées IL2
rapport effecteurs/cibles
90
10/1
80
70
70
60
5/1
50
60
% de lyse
% de lyse
5/1
rapport effecteurs/cibles
10/1
40
30
50
40
30
20
20
10
10
0
0
K562
Raji
Raji + Ac
K562
Raji
Raji + Ac
Daudi
cellules cibles
cellules cibles
ACTIVATION DE LA CYTOTOXICITE
activité cytotoxique stimulée par de nombreuses cytokines:
interleukines (IL) -1, -2, -6, -7, -10, -12, -15, -18, -21
interférons (IFN) -a, -b, -g
TNF-a
conséquences:
plus forte cytotoxicité contre cibles déjà lysées par cellules NK non activées (K562,…..)
lyse de cibles résistantes aux cellules NK non activées (Raji, Daudi,…..)
l’IL-2 et l’IL-15 stimulent aussi la prolifération des cellules NK
cytokines inhibitrices de l’activité cytotoxique:
TGF-b, GM-CSF
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ETAPES DE LA LYSE DES CELLULES
CIBLES
1) FORMATION
D’UN CONJUGUE
2) POLARISATION DES
GRANULES CYTOTOXIQUES
cellule NK
cellule
NK
3) RELARGAGE DES
GRANULES CYTOTOXIQUES cellule NK
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cellule cible
cellule cible
cellule cible
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rôle des
molécules d’adhésion
prédominance de
messages
activateurs
perforine, granzymes,
granulysine :
mort de la cellule cible
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LA PRODUCTION DE CYTOKINES
après contact avec d’autres cellules [cellules dendritiques (CD), cellules
cibles]
ou stimulation par des cytokines, les cellules NK produisent et
sécrètent elles-mêmes de nombreuses cytokines:
IFN-g avant tout
mais aussi:
IL-3, -5, -8, -10, -13
TNF-a, lymphotoxines, TGF-b, GM-CSF
types et quantités des cytokines produites dépendent:
des conditions de stimulation
des cytokines présentes dans l’environnement
de l’état d’activation des cellules NK
pour une production optimale, il faut certaines combinaisons de cytokines
activatrices, p.ex.:
IL-12 + IL-18 pour une production maximale d’IFN-g
IL-12 + IL-15 pour l’IL-10
IL-15 + IL-18 pour l’IL-13 et le GM-CSF
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FONCTIONS DES CELLULES NK
défense antivirale
défense antibactérienne et antiparasitaire
défense antitumorale
régulation de l’immunité adaptative
autres fonctions
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DEFENSE ANTIVIRALE
rares patients sans cellules NK:
infections virales graves à répétition
en particulier, infections dues à des herpesvirus (HSV,HIV, HCV,
EBV, CMV)
carcinomes in situ du col utérin à répétition (papillomavirus)
faible activité cytotoxique des cellules NK:
risque élevé d’infections virales (herpétiques) graves
mécanismes effecteurs:
cytotoxicité (lyse préférentielle de cellules infectées par des virus)
production d’IFN-g
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DEFENSE ANTIBACTERIENNE ET
ANTIPARASITAIRE
infections bactériennes:
inhibition de la prolifération bactérienne
lyse de cellules infectées par des bactéries
contact avec bactéries fixées augmente activité cytotoxique
LPS stimule prolifération, cytotoxicité, production d’IFN-g
infections parasitaires:
inhibition de la prolifération de protozoaires et de champignons
lyse de parasites unicellulaires libres et de cellules infectées par eux
production abondante d’IFN-g
mécanismes effecteurs:
cytotoxicité contre parasites libres et cellules infectées
granulysine lyse nombreuses bactéries, parasites et champignons
production d’IFN-g
stimule phagocytose par les macrophages
induit immunité adaptative (réponse Th1)
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DEFENSE ANTITUMORALE
immunosurveillance:
détection et élimination sélective des cellules tumorales
in vitro:
lyse de nombreuses lignées tumorales et de cellules cancéreuses
fraîches
patients atteints de cancer:
meilleur pronostic si infiltration de cellules NK dans la tumeur
souvent faible cytotoxicité des cellules NK
corrélation inverse entre activité cytotoxique et apparition de
métastases
modèles murins:
cellules NK
éliminent certaines tumeurs greffées
retardent l’apparition de métastases
déplétion des cellules NK
susceptibilité accrue aux tumeurs
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CELLULES NK ET IMMUNITE ADAPTATIVE
cellules dendritiques:
activation et maturation induite par les cellules NK
(contact direct et cytokines)
destruction des CD immatures si excès de cellules NK
(fin de la réponse immunitaire)
lymphocytes T:
T auxiliaires Th1 et T cytotoxiques stimulés par les cytokines
produites par les cellules NK (IFN-g)
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AUTRES FONCTIONS
régulation de l’hématopoïèse:
production de GM-CSF (facteur de croissance de cellules myéloïdes)
lyse de blastes hématopoïétiques
rejet de greffe de moelle osseuse allogénique
effet antiangiogénique:
repose sur la production d’IFN-g
grossesse:
utérus gravidique très riche en cellules NK
contribution à
l’implantation embryonnaire
la croissance placentaire
protection de l’embryon contre les infections
limitation de la contamination maternelle par cellules embryonnaires
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BALANCE ENTRE MESSAGES
INHIBITEURS ET ACTIVATEURS
cellules NK
cellules
cibles
cellules NK
cellules
cibles
messages + et -:
pas de lyse (- > +)
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absence de messages -:
lyse
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LES MOLECULES HLA DE CLASSE I
CLASSIQUES
exprimées à la surface de la plupart des cellules nucléées
structure:
chaîne lourde (molécule HLA) et chaîne légère (b2-microglobuline)
gènes situés sur le chromosome 6:
HLA-A, HLA-B, HLA-C
caractéristiques:
transmission en haplotype
un haplotype paternel, un haplotype maternel
polymorphisme extrême
très nombreux variants alléliques
expression codominante
jusqu’à 6 molécules HLA de classe I différentes chez un
individu
rôle:
présentation de peptides endogènes aux lymphocytes T cytotoxiques
(CD8+)
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REGULATION DE L’ACTIVITE
CYTOTOXIQUE
cellule cible potentielle:
corrélation inverse entre l’expression des molécules de
classe I du CMH (molécules HLA de classe I chez
l’homme) et la sensibilité à la lyse par les cellules NK
pas de lyse de cellules autologues normales
expression normale des molécules HLA de classe I
lyse si absence ou diminution des molécules HLA de classe I
situation fréquente au niveau des cellules cancéreuses et
des cellules infectées par des virus
lyse si : absence de “soi”, missing self
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EXPRESSION DES MOLECULES
HLA DE CLASSE I:
PAS DE LYSE
HLA-A
HLA-B
HLA-A
cellule cible
HLA-C
HLA-B
HLA-C
cellule NK
ABSENCE DES MOLECULES
HLA DE CLASSE I:
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LYSE
cellule cible
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ANALYSE CLONALE DES CELLULES NK
frères Moretta (Université de Gênes):
les premiers à réussir le clonage des cellules NK humaines vers 1993
clone:
population de cellules NK activées toutes issues de la même cellule NK de
départ
a priori même phénotype et mêmes propriétés fonctionnelles
test de cytotoxicité:
cellules effectrices (E) et cibles (C) de donneurs à phénotype HLA connu
(E): clones NK contre (C): lymphocytes T allogéniques (activés par PHA)
résultats:
la résistance à la lyse est liée à des haplotypes HLA particuliers
donc:
hétérogénéité clonale des cellules NK dans la capacité de reconnaître
certains allèles HLA de classe I
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SPECIFICITE HLA DE CLASSE I
DE DIFFERENTS GROUPES DE CLONES NK
Clone NK
groupe 1
Cible HLA-C
groupe 2+
Clone NK
groupe 2
Cible HLA-C
groupe 1+
Protection
(pas de Lyse)
Lyse
Clone NK
groupe 3
Selon les cas, les clones
HLA-C (groupe
HLA-C (groupe
HLA-B (groupe
HLA-B (groupe
Cible HLABw4+
allèles HLA-C groupe 2:
HLA-Cw2, Cw4,
Cw5 et Cw6
allèles HLA-C groupe 1:
HLA-Cw1, Cw3,
Cw7 et Cw8
de cellules NK ne lysent pas les cellules cibles qui expriment:
1)
2)
individuellement, ou selon
Bw4)
des combinaisons « aléatoires »
Bw6)
Ac (IgM) anti-HLA de classe I:
restaurent la lyse, quelque soit le groupe
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CONCLUSIONS DE CES EXPERIENCES
1) les molécules HLA de classe I protègent contre la cytotoxicité des cellules
NK
2) les cellules NK sont capables de reconnaître les molécules HLA de classe I
(autologues et allogéniques)
3) la reconnaissance des molécules HLA de classe I bloque l’activité
cytotoxique des cellules NK
4) il existe des récepteurs des cellules NK spécifiques des molécules HLA de
classe I
5) ces récepteurs sont inhibiteurs et sont distribués de façon clonale
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Cellules NK fonctionnelles ou anergiques
cellules normale autologue
HLA
classe I
LA
messages + et -
pas de lyse
(- > +)
RA
+
LA
RI
-
Cellule NK fonctionnelle
et « educated »
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HLA
classe I
RA
absence de
messages – et +:
pas de
lyse
Cellule NK anergique
et désarmée
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Education des cellules NK(1)
cellules normales
autologues
LA
RA
+
cellules normales
autologues
HLA
classe I
LA
RI
RA
-
Récepteur inhibiteur
spécifique du soi
la cellule NK est fonctionnelle
et « educated »
Cours NK
HLA
classe I
cellules
autologues
deficientes en TAP
LA
RA
+
Pas de récepteur inhibiteur
spécifique du soi
la cellule NK est anergique
et non « educated »
RI
-
Pas de molecule de CMH de
classe I
la cellule NK est anergique
et non « educated »
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Education des cellules NK(2)
Plus de 20% des cellules NK n’expriment pas de récepteur inhibiteur spécifique
du soi
Ces cellules sont anergiques ( non cytotoxiques et ne produisent pas de
cytokines)
Les cellules NK doivent exprimer un récepteur inhibiteur pour devenir
actives (fonctionnelles)
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RECEPTEURS INHIBITEURS DES CELLULES
NK (1)
I/VxYxxL/V
Schleinitz et al., Médecine/Sciences 2001,17,504-509
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RECEPTEURS INHIBITEURS DES CELLULES
NK (2)
appartenance à deux grandes familles moléculaires de
glycoprotéines membranaires:
superfamille des immunoglobulines (Ig):
KIR, ILT2, LAIR-1, p75/AIRM1, IRp60
superfamille des lectines de type C:
CD94/NKG2A
caractéristique commune:
présence d’un ou de plusieurs motifs ITIM dans la partie
intracytoplasmique
ITIM: « immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif »
motif retrouvé dans tous les RI connus
capital pour la transduction des signaux inhibiteurs
conséquence de l’engagement des RI:
inhibition de la cytotoxicité naturelle
inhibition de l’ADCC
généralement aussi inhibition de la production de cytokines
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RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (1)
KIR:
« killer-cell immunoglobulin-like receptors »
structure et nomenclature:
deux (KIR2D) ou trois (KIR3D) domaines Ig extracellulaires
long (L) domaine cytoplasmique avec deux motifs ITIM
formes activatrices:
partie extracellulaire identique
court (S) domaine cytoplasmique sans motif ITIM
nombreuses isoformes:
12 gènes connus, plus de 35 ADNc décrits
polymorphisme allélique, épissage alternatif
transmission des gènes:
en haplotype
région génomique des KIR:
dynamique comme celle des molécules HLA de classe I
d’apparition « récente » en termes d’évolution
fréquentes duplications, délétions et recombinaisons
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RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (2)
expression:
sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T
plus ou moins importantes selon les donneurs
KIR2DL1 (CD158a):
reconnaît les molécules HLA-Cw2, -Cw4, -Cw5, -Cw6 et -Cw15
résidus critiques de ces allèles pour la reconnaissance:
asparagine en position 77 du domaine a1 de la
lysine en position 80
chaîne lourde
KIR2DL2/KIR2DL3 (CD158b):
reconnaissent les molécules HLA-Cw1, -Cw3, -Cw7 et -Cw8
résidus critiques de ces allèles pour la reconnaissance:
sérine en position 77
du domaine a1 de la
asparagine en position 80
chaîne lourde
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RECEPTEURS INHIBITEURS: LES KIR (3)
KIR3DL1 (CD158e):
reconnaît les molécules HLA-B de type Bw4
molécules HLA-B:
deux allotypes, Bw4 et Bw6
séquence différente des résidus 77-83
du domaine a1 de la chaîne lourde
KIR3DL2 (CD158k):
reconnaît les molécules HLA-A3 et HLA-A11
est exprimé comme homodimère
tous les autres KIR sont exprimés comme monomères
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RECEPTEURS INHIBITEURS: ILT2
ILT ou LIR:
« immunoglobulin-like transcripts » ou « leukocyte immunoglobulin-like
receptors »
famille de RI surtout exprimés par les CD, les monocytes (MO) et les
macrophages
très polymorphe
ILT2 (LIR-1, CD85j):
exprimé en plus par:
sous-populations de cellules NK
lymphocytes B et sous-populations de lymphocytes T
reconnaît large spectre de molécules HLA de classe I:
HLA-A1, -A2, -A3 et autres
HLA-Bw4 et -Bw6
HLA-C groupe 1 et groupe 2 (moindre efficacité)
HLA-G
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RECEPTEURS INHIBITEURS:
CD94/NKG2A (1)
expression:
sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T
plus ou moins importantes selon les donneurs
CD94:
domaine cytoplasmique très court
aucune transduction de signal
molécule chaperon pour NKG2A
NKG2A:
NKG2B:
« carbohydrate recognition domain » extracellulaire
caractéristique
deux motifs ITIM dans le domaine cytoplasmique
variant
court
d’épissage
alternatif,
dom.
extracell.
plus
CD94/NKG2A:
peu de polymorphisme
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RECEPTEURS INHIBITEURS:
CD94/NKG2A (2)
CD94/NKG2A:
reconnaît chez l’homme:
la molécule HLA de classe I non classique HLA-E
HLA-E:
présente des peptides dérivés de la séquence signal de
molécules HLA de classe I classiques (HLA-A, -B, -C) et
de la molécule non classique HLA-G
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RECEPTEURS INHIBITEURS:
CD94/NKG2A (3)
peptides signal des molécules HLA de classe I:
nonamères, séquence très conservée
HLA-E peut présenter le peptide signal:
de la vaste majorité des allèles HLA-A et -C et de HLA-G
de la moitié environ des allèles de HLA-B
HLA-E ne peut pas présenter le peptide signal:
de l’autre moitié des allèles de HLA-B (dont HLA-Bw4)
de HLA-E
expression de HLA-E à la surface cellulaire:
dépend de la présence des peptides
CD94/NKG2A:
très large spectre de reconnaissance des molécules de classe I du CMH
surveillance de leur expression globale
surveillance non limitée à un type d’allèles
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DISTRIBUTION CLONALE
DES RECEPTEURS INHIBITEURS
cellule NK 1
KIR 2DL1
KIR 3DL2
cellule NK 2
KIR 2DL1
cellule NK 3
cellule NK 4
CD94/NKG2A
KIR 3DL2
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REGLES D’EXPRESSION DES KIR ET DE
CD94/NKG2A
1) chaque cellule NK exprime au moins un RI spécifique d’une molécule HLA
de classe I autologue (évite toute cytotoxicité contre cellules autologues normales)
2) si une cellule NK exprime plusieurs RI, chacun fonctionne indépendamment des autres
3) l’expression d’un KIR ne dépend pas de la présence de son ligand sur les cellules
autologues
4) pour chaque RI, le % de cellules NK RI+ varie d’un individu à l’autre
5) l’expression d’un répertoire donné de RI chez un individu est stable dans le temps
6) toutes les cellules NK n’expriment donc pas tous les RI dont les gènes sont présents
chez l’individu
dans le cas contraire, seules les cellules malades ayant perdu toute expression
des molécules HLA de classe I seraient éliminées (système inefficace)
perte ou diminution d’un seul allèle suffit pour la lyse par les cellules NK n’exprimant
que le RI spécifique de cet allèle
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LE « MISSING SELF » N’EXPLIQUE PAS
TOUTES LES DONNEES EXPERIMENTALES
1) cellules NK de patients déficients en TAP:
ne sont pas autoréactives (pas de destruction de cellules autologues)
or expression très faible (1/100e de la normale) des molécules de classe I
du CMH
2) lors du développement des cellules NK à partir des précurseurs médullaires:
les RA apparaissent avant les RI
or les précurseurs RA+/RI- ne sont pas cytotoxiques contre les cellules
autologues
D’où:
existence de RI ayant des ligands différents des molécules de classe I du
CMH?
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RI « NON CMH » DE LA SUPERFAMILLE
DES Ig (1)
caractéristiques communes:
expression sur 100 % des cellules NK
ligand(s) sont différents des molécules HLA de classe I
LAIR-1 (CD305): « leukocyte associated Ig-like receptor-1 »
exprimé par cellules NK, lymphocytes T et B (70-90 %), CD, MO
ligand: collagène
IRp60: « inhibitory receptor protein 60 »
exprimé par cellules NK, lymphocytes T (20-60 %), MO, PNN
Ligand(s) inconnu(s)
p75/AIRM-1 ou SIGLEC7 (CD328):
« adhesion inhibitory receptor molecule 1 » ou « sialic-acid-binding Ig-like
lectin 7 »
famille des sialoadhésines (SIGLEC)
interagit avec son ligand d’une façon dépendante de l’acide sialique
p.ex. le ganglioside GD3 (exprimé par SNC, l. T et mélanomes malins)
exprimé par cellules NK, lymphocytes T (faible %), MO, PNN
autres membres de cette famille retrouvés sur 50 % des cellules NK:
SIGLEC9 (homme).
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RI « NON CMH » DE LA
SUPERFAMILLE DES Ig (2)
CEACAM1 (CD66a):
« carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 »
exprimé par cellules NK activées, lymphocytes T, CD, PNN
présent aussi sur cellules épithéliales et endothéliales
ligand: CD66a par interactions homotypiques
expression souvent augmentée sur tumeurs malignes
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QUELQUES RECEPTEURS INHIBITEURS
DES CELLULES NK
Récepteur
Superfamille
Ligand(s)
KIR2DL1 (CD158a)
Ig
HLA-Cw2,4,5,6
KIR2DL2/DL3 (CD158b)
Ig
HLA-Cw1,3,7,8
KIR3DL1 (CD158e)
Ig
HLA-Bw4
KIR3DL2 (CD158k)
Ig
HLA-A3,11
ILT2 (LIR-1)
Ig
HLA-A,B,C,G
LAIR-1
Ig
inconnu(s)
SIGLEC7 (p75/AIRM1)
Ig
acide sialique
CD94/NKG2A(B)
lectines type C
HLA-E
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BALANCE ENTRE MESSAGES
INHIBITEURS ET ACTIVATEURS
cellules cibles
HLA
classe I
messages + et
-:
pas de
lyse
(- > +)
LA
LA
RA
RA
+
RI
-
absence de
messages -:
lyse
RI
+
cellules NK
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RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES NK (1)
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Roetynck et al., Immunological Reviews, 2006 214 (1), 251–263.
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RECEPTEURS ACTIVATEURS DES CELLULES
NK (2)
appartenance à deux grandes familles moléculaires de glycoprotéines
membranaires:
superfamille des Ig:
NCR, CD16, KIR activateurs
superfamille des lectines de type C:
NKG2D, NKG2C/E/I
caractéristiques communes:
présence d’un acide aminé de charge positive dans la partie
transmembranaire
pas de motif de transduction de signal cytoplasmique
conséquences de l’engagement des RA:
mise en route de la cytotoxicité naturelle
mise en route de l’ADCC (CD16)
généralement aussi stimulation de la production de cytokines
quelquefois stimulation de la prolifération
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: LES NCR (1)
NCR:
« natural cytotoxicity receptors »
au nombre de trois:
NKp46, NKp30, NKp44
expression:
marqueurs spécifiques des cellules NK
présents sur aucun autre type cellulaire
Arnon et al.,
seminars in cancer Biology
16(2006) 348-358
effets:
ligands:
Cours NK
lyse d’un grand nombre de tumeurs
(de différentes origines histologiques)
inconnu actuellement
l’hémagglutinine du virus de la grippe
et pp65, protéine de cytomegalovirus ont été
proposées
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: LES NCR (2)
NKp46:
exprimé par la grande majorité des cellules NK non activées et activées
densité d’expression peut varier:
d’un donneur à l’autre
d’une cellule NK à l’autre chez un même donneur
selon les individus:
profil homogène NKp46bright: cas le plus fréquent
expression bimodale: coexistence cellules NKp46bright et NKp46dim
expression hétérogène: cellules bright, intermédiaires et dim
activité cytotoxique directement proportionnelle à la densité d’expression:
clones NKp46bright: très forte activité cytotoxique naturelle
clones NKp46dim: faiblement cytotoxiques
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: LES NCR (3)
NKp30:
NKp44:
exprimé par la grande majorité des cellules NK non
activées et activées
densité d’expression parallèle à NKp46:
cellule NK qui est NKp46bright est aussi
NKp30bright
cellule NK qui est NKp46dim est aussi NKp30dim
structure atypique: un motif ITIM intracytoplasmique
exprimé uniquement par les cellules NK activées (par
l’IL-2)
présent sur cellules NK activées polyclonales et clonales
explique en partie leur plus forte cytotoxicité
(par rapport aux cellules NK non activées)
densité d’expression parallèle à celle de NKp46
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PROPRIETES FONCTIONNELLES DES NCR
chaque NCR est capable d’activer isolément la cytotoxicité
les trois NCR coopèrent dans la lyse de la plupart des cibles
pour certaines cibles tumorales:
rôle prépondérant ou exclusif d’un ou de deux des NCR seulement
ou aucun rôle des NCR dans la lyse
les trois NCR lysent des cellules autologues normales:
si molécules HLA de classe I masquées par Ac
ligands des NCR:
présents sur cellules normales et cellules tumorales
expression des ligands peut varier d’une tumeur à l’autre
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KIR ACTIVATEURS
expression:
sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T
plus ou moins importantes selon les donneurs
KIR2DS1 et KIR2DS2:
même structure extracellulaire que les homologues inhibiteurs
mêmes ligands HLA-C que leurs homologues inhibiteurs
mais affinité pour les ligands beaucoup plus faible
KIR2DS4:
ligand inconnu mais différent des molécules HLA de classe I
stimule aussi la prolifération des cellules NK
KIR2DL4 ou CD158d:
structure atypique pour un RA car motif ITIM cytoplasmique
transcrit dans toutes les cellules NK
seulement certains variants alléliques s’expriment en surface
ligand: HLA-G, molécule HLA de classe I non classique,
présente sur cellules fœtales du trophoblaste
MO activés, cellules épithéliales thymiques
certaines tumeurs
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: CD16
CD16 ou FcgRIIIa:
membre de la superfamille des Ig
exprimé par cellules NK et faible % de lymphocytes T et de
MO
récepteur de faible affinité pour les fragments Fc des IgG
reconnaît fragments Fc des IgG1 et des IgG3 (pas ceux des
IgG2 ni des IgG4)
conséquences de l’engagement du CD16:
ADCC
production de CK
expression de marqueurs d’activation
prolifération
induction de l’apoptose dans une fraction des cellules
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (1)
structure:
peu d’homologies avec les autres récepteurs NKG2
expression sous forme d’homodimères
non associé au CD94
expression:
100 % des cellules NK
lymphocytes T ab CD8+, naïfs et activés
lymphocytes T gd
propriété caractéristique:
lyse certaines cibles malgré expression normale des
molécules de classe I du CMH
stimulation donc suffisamment forte pour surpasser
l’inhibition habituellement prédominante
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (2)
ligands:
1) MICA, MICB (« MHC Class I chain-related proteins A
et B »)
apparentées aux molécules HLA de classe I mais ne
présentent pas de peptides
2) ULBP (« UL16-binding proteins ») ou RAET1 (« retinoic
acid early transcripts 1 »)
lointaine parenté avec les molécules HLA de classe I
6 gènes différents, 2 protéines transmembranaires, 4
protéines couplées au GPI
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RECEPTEURS ACTIVATEURS: NKG2D (3)
propriétés des ligands:
rarement exprimés par des cellules saines
inductibles par le stress cellulaire, donc présents sur:
cellules tumorales (MICA, MICB, ULBP)
cellules infectées par des virus (MICA, MICB, ULBP)
cellules infectées par des bactéries (MICA, MICB)
cellules soumises à un stress oxydatif ou un choc thermique
MICA, MICB:
expression par cellules de l’épithélium intestinal
(par stimulation bactérienne chronique?)
expression par CD activées par l’IFN-a et l’IL-15
« induced self »:
l’apparition des ligands de NKG2D est le témoin d’un stress cellulaire
ces ligands correspondent à un « soi induit (induced self) »
le « induced self » est reconnu par les cellules NK et les active
autre stratégie de reconnaissance de cellules malades
(à côté du « missing self »)
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NKG2 ACTIVATEURS
expression:
sous-populations de cellules NK et de lymphocytes T
plus ou moins importantes selon les donneurs
CD94/NKG2C:
reconnaît HLA-E chez l’homme
affinité beaucoup plus faible que CD94/NKG2A
sauf pour le peptide signal de HLA-G
CD94/NKG2E:
idem NKG2C sauf que le ligand de la forme humaine est inconnu
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LES CORECEPTEURS ACTIVATEURS (1)
caractéristiques communes:
expression homogène sur 100 % des cellules NK humaines
ne peuvent pas activer indépendamment les cellules NK
NKp80:
CD59:
n’est pas un NCR malgré son nom mais une lectine de type C
exprimé aussi par lymphocytes T CD56+
ligand(s) inconnu(s), présent(s) sur cellules normales, absent(s)
des tumeurs
couplé à membrane plasmique par groupements GPI
exprimé aussi par lymphocytes T et B, MO, PNN, tumeurs
régule l’activation du complément (protection des cellules
normales)
association constitutive à NKp46
ligand(s) inconnu(s)
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LES CORECEPTEURS ACTIVATEURS (2)
2B4 ou CD244:
membre de la superfamille des Ig (famille du CD2)
exprimé aussi par lymphocytes T gd et T CD8+, MO
ligand:
CD48, autre membre de la famille du CD2
largement exprimé par cellules hématopoïétiques
costimule cytotoxicité et production d’IFN-g
NTB-A:
membre de la superfamille des Ig (famille du CD2)
exprimé aussi par lymphocytes T et B
ligand:
NTB-A (interaction homotypique)
costimule cytotoxicité et production de CK
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PRINCIPAUX RECEPTEURS ACTIVATEURS
DES CELLULES NK
Récepteur
Superfamille
Ligand(s)
Expression
NKp46 (NCR1)
Ig
inconnus(s)
NK
NKp44 (NCR2)
Ig
inconnus(s)
NK activées
NKp30 (NCR3)
Ig
inconnus(s)
NK
KIR2DS1 (p50.1)
Ig
HLA-Cw2,4,5,6
NK,T
KIR2DS2 (p50.2)
Ig
HLA-Cw1,3,7,8
NK,T
KIR2DS4 (p50.3)
Ig
inconnus(s)
NK,T
CD16 (FcgRIIIa)
Ig
fragments Fc des IgG
NK,T,MO
CD244 (2B4)
Ig
CD48
NK,T,MO
NKG2D
lectines type C
MICA/MICB/ULBP
NK,T
CD94/NKG2C
lectines type C
HLA-E
NK,T
CD94/NKG2E
lectines type C
inconnus(s)
NK,T
NKp80
lectines type C
inconnus(s)
NK, T
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INHIBITION – ACTIVATION: RESUME
Schleinitz et al., Médecine/Sciences 2001,17,504-509
Cours NK
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ORGANISATION DES GENES
DES RECEPTEURS DES CELLULES NK
LRC: « leukocyte receptor complex »
NKC: « natural killer gene complex »
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Trowsdale et al., Immunol Rev 2001,181,20-38
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LES HAPLOTYPES DES KIR
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LES CELLULES NK EXPRIMENT
DES TOLL-LIKE RECEPTORS (TLR)
TLR:
récepteurs de l’immunité innée
reconnaissent structures conservées de nombreux agents pathogènes
(virus, bactéries, parasites)
cellules NK expriment:
TLR2
TLR3
TLR4
TLR7
TLR9
(ligands: constituants membranaires de bactéries et parasites)
(ligands: ARN viral double brin, polyI/C)
(ligand: LPS bactérien) et TLR5 (ligand: flagelline bactérienne)
et TLR8 (ligand: ARN viral simple brin)
(ligands: motifs CpG du génôme bactérien)
conséquences de l’engagement des TLR pour les cellules NK:
augmentation de la cytotoxicité naturelle, de l’ADCC et du CD69
production de cytokines (IFN-g, IL-6, IL-8, TNF-a)
TLR2 et TLR5: production de défensines (peptides antibactériens)
grâce aux TLR:
défense immédiate (innée) contre agents infectieux effectuée par les
cellules NK
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SOUS-TYPES DE CELLULES NK (1)
cellules NK CD56bright:
≤ 10 % des cellules NK circulantes
fonction principale: production de cytokines
migration vers:
organes lymphoïdes secondaires
sites d’inflammation chronique
cellules NK CD56dim:
≥ 90 % des cellules NK circulantes
fonction principale: cytotoxicité naturelle et ADCC
migration vers:
sites périphériques d’inflammation aiguë
stimulation par cytokines (IL-2, IL-12, IL-15, IL-18):
augmentation de l’activité cytotoxique de toutes les cellules NK
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SOUS-TYPES DE CELLULES NK (2)
1)
CD56brightCD16-
2)
CD56brightCD16dim
3)
CD56dimCD16bright
4)
CD56dimCD16-
5)
CD56-CD16bright
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PHENOTYPE DES CELLULES NK CD56bright ET
CD56dim
CD56bright
CD56
CD16
+ +
–/+
Récepteurs Inhibiteurs
KIR
CD94
NKG2A
ILT-2
+
+ +
–/+
+ +
+
–
Récepteurs de Cytokines et Chimiokines
IL-2Rαβγ
+
IL-2Rβγ
+ +
c-kit
+
CCR7
+ +
CXCR3
+
CXCR1
–
CX3CR1
–
Molécules d’Adhésion
CD2
L-sélectine
LFA-1
CD56dim
+ +
–/+
–/+
+
+
+ +
+ +
+
–
–
–
–/+
+ +
+ +
+
–/+
+ +
Cooper et al., Trends Immunol 2001,22,633-640
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INTERCONNECTIONS IMMUNITES
INNEE ET ADAPTATIVE
macrophages, CD,
PNN…
cytokines
chimiokines
lymphocytes T
lyse
cytokines
chimiokines
tissus
cytokines
lymphocytes B et T activés
D’après le site web de l’unité de Régulation des Infections Rétrovirales , Institut Pasteur, Paris
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INTERACTIONS NK – CD EN PERIPHERIE
Circulation sanguine
inflammation
Circulation vers les
ganglions lymphatiques
Arnon et al., seminars in cancer Biology 16(2006) 348-358
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CELLULES NK DANS LES GANGLIONS
LYMPHATIQUES
1-7 % des cellules mononucléées sont des cellules NK
contiennent 40% de tous les lymphocytes contre 2 % pour le sang
donc cellules NK beaucoup plus nombreuses que dans le sang
75-95 % de ces cellules NK sont CD56bright (et CD16-KIR-NCR-)
deviennent rapidement KIR+NCR+ et cytotoxiques sous l’influence de l’IL-2
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INTERACTIONS NK – CD – T
DANS LES GANGLIONS LYMPHATIQUES
The scientist.com
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INTERACTIONS des cellules NK avec les
cellules T
Les cellules NK :
stimulent les cellules CD4+ Th1 T helper par la production de IFN-g
stimulent la prolifération des cellules T après contact direct (2B4CD48, OX40L-OX40)
si activées, ont la capacité de présenter l’antigène aux cellules T
si activées, peuvent tuer les cellules T activées autologues
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NOUVEAU CONCEPT: LES CELLULES NK
« REGULATRICES »
Une sous population de cellules NK a un rôle de suppresseur ou de
régulateur négatif:
sécretion de la cytokine IL-10 immunosuppressive
inhibition de la prolifération des cellules T et de la production de
leurs cytokines
inhibition de la cytotoxicité et de la production des cytokines
des autres cellules NK
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DEFICITS DES CELLULES NK
déficits congénitaux ne touchant que les cellules NK:
absence totale très rare
infections sévères et à répétition à virus herpès (HSV,HCV, HIV, CMV,EBV)
déficit fonctionnel ne touchant que les cellules NK:
expression du RI KIR2DL1 par toutes les cellules NK
toutes les cellules NK inhibées en permanence (car ligands HLA-C présents)
infections sévères et à répétition au CMV (1 cas décrit)
déficits congénitaux, pléiotropes:
LFA-1
NEMO (NFkB essential modifier)
TAP (transporteur de peptides)
syndrome lymphoprolifératif lié à l’X
activité diminuée, voire effondrée:
risque élevé d’infections à virus herpès
syndrome de fatigue chronique
cancers métastatiques
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CELLULES NK ET INFECTIONS VIRALES (1)
HIV (VIH):
cellules infectées: diminution de l'expression des molécules
HLA-A et –B
pour échapper aux lymphocytes T cytotoxiques
pas d'effet sur l'expression de HLA-C et HLA-E
donc protection contre cellules NK
cellules NK (ne sont pas infectées):
faible activité cytotoxique même si stimulation par l’IL-2
augmentation du % de cellules NK KIR+ et ILT2+
majorité de cellules NK NCRdim
apparition de cellules NK CD56-CD16+
ces paramètres se normalisent après 2 ans de HAART
poxvirus:
gène codant pour un analogue du récepteur soluble de l’IL-18
IL-18 séquestrée, moindre activation des cellules NK
CMV:
cf schéma
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ECHAPPEMENT VIRAL AUX CELLULES NK :
L’EXEMPLE DU CYTOMEGALOVIRUS (CMV)
cellule infectée
par le CMV
cellule NK
UL16
MICA/B
NKG2D
ILT2
CD94/NKG2A
_
UL18
_
HLA-E
UL40
Inhibition
PAS DE LYSE
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CELLULES NK ET INFECTIONS VIRALES (2)
HCV (VHC):
CD81 est un des récepteurs de l’HCV
interaction protéine d’enveloppe E2 de l’HCV avec CD81 des cellules NK:
inhibition de: cytotoxicité, production de CK, prolifération
mécanisme: phosphorylation sur tyrosines est bloquée
augmentation de l’expression des molécules HLA de classe I
CD stimulés par IFN-a expriment MICA/MICB qui activent cellules NK
patients HCV+:
IFN-a n’induit pas MICA/MICB sur CD
pas d’activation des cellules NK
cellules NK des patients HCV+
expression augmentée de CD94/NKG2A
production d’IL-10 et de TGF-b:
pas d’activation des cellules NK
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CD4/CD8
Cell
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D’après O’Connor et al, Immunology, 2005, 117.
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