cellules NK et cancer Mars 2011
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Cellules NK et Cancer CELLULES NATURAL KILLER – GENERALITES I. - grands lymphocytes granuleux capacité de lyser des cellules tumorales sans stimulation préalable, ni exposition à un antigène spécifique Kiessling et al., Eur J Immunol, 1975 CELLULES NATURAL KILLER – GENERALITES II. Composant crucial de l’immunité innée • Distribution : – chez l ’homme : 15% des Ly sang, 5% des lymphocytes des ganglions, foie, poumons, cavité péritonéale, placenta – chez la souris : rate, sang, ganglion, foie, thymus • - Fonctions effectrices : lyse de cellules tumorales ou infectées par des virus et sécrétion de cytokines et chimiokines MARQUEURS DES CELLULES NK SOURIS HOMME EXPRIMENT N’EXPRIMENT PAS EXPRIMENT N’EXPRIMENT PAS • DX5 • NK1.1 • NKp46 • CD16 (FcRIII) • asialo-GM1 • TCR αβ/γδ • CD3 • CD4 • CD5 • CD8 • Gr1 • CD19 • CD56 • NKp46 • CD16 (FcRIII) • CD2 • TCR αβ/γδ • CD3 • CD4 • CD8 • CD14 • CD19/20 CELLULES NK –Récepteurs inhibiteurs - 1986 : Lymphome T RMA-S (CMH I -) est rejeté chez la souris contrairement à RMA (CMH I +) – (Kärre et al., 1986) - Implication des molécules du CMH de classe I dans la reconnaissance et le rejet de tumeur Existence de récepteurs inhibiteurs sur les cellules NK dont les ligands sont des molécules de CMH I CELLULES NK –Récepteurs inhibiteurs Chez l’homme : Chez la souris: Chez l ’homme et la souris KIR récepteurs Ly49 Famille CD94/NKG2A (Killer cell Immunoglobulin-like receptors) (Lymphocyte antigen 49 complex receptors). Récepteurs inhibiteurs ITIM = Immunoreceptor tyrosine-based Inhibition motif (Y/V/L/SxYxxL/V) CELLULES NK – PRINCIPAUX RECEPTEURS INHIBITEURS IMMUNOGL OBULINES HOMME LECTINES SOURIS Récepteur Ligand KIR2DL HLA-C CMH I KIR3DL HLA-Bw4, HLA-A CMH I ILT2/LIR-1 HLA classe I, HLA-G CMH I p40/LAIR-1 ? p75/AIRM1 (acide sialique?) CD94/NKG2A HLA-E CMH I Ly49 H-2D, H2-K CMH I CD94/NKG2A Qa1 LECTINES CELLULES NK –Récepteurs activateurs Certaines tumeurs Cl I+ peuvent également être lysées. Engagement de R activateurs des NK pour surmonter l’inhibition due aux molécules du CMH de classe I. R reconnaissant les molécules de CMH I : - KIR - Ly49 - CD94/NKG2 R se liant à des ligands d’une autre nature: - NKp30, 44, 46 - NKG2D Récepteurs activateurs Protéine adaptatrice (FcRγ, CD3ζ , DAP12) Récepteur ITAM = Immunoreceptor Tyrosinebased Activation Motifs (YxxL6-8xYxxL/I) Signal d’activation CELLULES NK – PRINCIPAUX RECEPTEURS ACTIVATEURS NON SPECIFIQUES DU CMH SPECIFIQUES DU CMH Homme Récepteur Ligand KIR2DS CMH I KIR3DS CMH I Ig Lectines Ig Lectines CD94/NKG2C HLA-E (CMH I) NKp30 B7B7-H6 & BAT3 Heparan sulfate proteoglycanes NKp46 Hemagglutinine, Heparan sulfate proteoglycanes NKp44 Hemagglutinine du virus de la grippe, autres ? CD16 Fragment Fc des Ac NKG2D MIC-A/B, ULBP1-5 CELLULES NK – PRINCIPAUX RECEPTEURS ACTIVATEURS Lectines Lectines Immunoglobulines RECEPTEURS NON SPECIFIQUES DU CMH RECEPTEURS SPECIFIQUES DU CMH Souris Récepteur Ly49D/H Ligand H-2Dd (CMH I) CD94/NKG2C Qa1 NKG2D Rae-1, H-60 MAR-1 inconnu CD16 Fragment Fc des Ac NKp46 Hemagglutinine, Heparan sulfate proteoglycanes Activation et inhibition des cellules NK par différentes cytokines (Indépendamment de l’engagement de R activateurs ou inhibiteurs) inhibiteurs IL1β β Hallett et al., Seminars in Cancer Biology 2006 MODALITES D’ACTIVATION DES CELLULES NK R CMH Cl I R Inhibiteur Inhibiteur Cible NK R Activateurs Activateur R R Inhibiteur Inhibiteurs Cible NK + R Activateur LYSE + PRODUCTION DE CYTOKINES CMH Cl I Cible NK Ligand Activateur Ligands Activateurs LYSE + PRODUCTION DE CYTOKINES PAS DE LYSE NI DE PRODUCTION DE CYTOKINES LYSE LYSE Cible LYSE LYSE NK + R CMH Cl I R Activateur Ligand Activateur PAS DE LYSE NI DE PRODUCTION DE CYTOKINES IN VITRO, LES CELLULES NK LYSENT DE NOMBREUSES CELLULES TUMORALES In vivo ? Difficulté de l’étude due à l’absence de souris présentant une déficience complète et spécifique en cellules NK • souris Beige déficit au niveau de la formation des granules cytolytiques • souris Ly49A KO (R inhibiteur) : permet uniquement d’étudier le rôle de Ly49A Utilisation d’anticorps déplétant (anti-NK1.1 ou anti-asialoGM1) mais… Utilisation de souris Nude, SCID et Rag2-/- (pas de T mais NK oui) Utilisation de souris Rag2-/-γc-/- (pas de effecteurs (T/B/NK) Récemment apparition souris NKp46-DTR (Walzer et al. PNAS 2007) Cela nous permettra de dépléter spécifiquement les NK Limite : • repopulation NK en 7jours ! • Présence de population NKp46 non NK (LTi like cells?...) Rôle anti métastatique des cellules NK dans les modèles animaux Augmentation du nombre de métastases pulmonaires (modèles B16F10, RM-1, EL4-S3, DA3) Si transfert des cellules NK Restauration de la résistance aux métastases Implication des cellules NK dans le contrôle de la dissémination métastatique Gorelik et al.,1982 Int J Cancer ; Kim et al., 2000 Cancer Res., Smyth et al., J Exp Med 2000 ; Smyth et al., Int Immunol, 2001, Street J Exp Med 2001 Et chez l’homme?… Faible activité cytotoxique des lymphocytes du sang périphérique associée à un risque plus élevé de cancers • Etude effectuée sur 3500 personnes sur 11 ans Imai et al., Lancet 2000 Lymphos du sang périphérique Activité cytotoxique contre K562 Low < 42% <34% Medium 43-58% 35-51% High >58% >51% H F cette étude japonaise montre qu’une activité cytotoxique naturelle élevée des lymphocytes du sang périphérique est associée à une diminution du risque d’apparition K. Enfin, des patients atteints de cirrhose ayant une activité NK faible présentent un risque accru de développer un carcinome hépatique. (Nakajima, T Jpn J Clin Oncol 1987. 17: 327332.) MIC, RAET1E, RAET1G, ULBP1, ULBP2, and ULBP3 (LIGANDS ACTIVATEURS DE NKG2D) Marquage fort NKG2DL étant associé à l’infiltrat NK Colorectal cancer McGilvray R W et al. Clin Cancer Res 2009;15:6993-7002 ©2009 by American Association for Cancer Research Kaplan-Meier plots showing disease-specific survival in statistically significant cases. McGilvray R W et al. Clin Cancer Res 2009;15:6993-7002 ©2009 by American Association for Cancer Research Mécanismes de l’immunosurveillance antitumorale des cellules NK - lignée RMA-S (Cl I -) rejetée contrairement à RMA (Ljunggren et al., 1985 ; Kärre et al., 1985) - lignée EL4 β2m -/- (Glas et al., 1992) Lignées déficientes en CMH I sont rejetées préférentiellement in vivo LES TUMEURS DEFICIENTES EN CMH I RECRUTENT ET ACTIVENT LES CELLULES NK in vivo Pas de tumeur RMA-S Glas et al., J Exp Med., 2000 Blocage des récepteurs inhibiteurs des NK entraîne l’augmentation des effets antitumoraux Leucémie induite par C1498 Test de cytotoxicité Injection d’anticorps anti-Ly49C et I AntiLy49C/I Anti-Ly49C/I medium Iso ctl medium Anti-Ly49C/I Koh et al., Blood 2001 L’expression de ligands de NKG2D augmentent l’ immunogénicité des tumeurs Ligands de NKG2D Homme : MICA/B, ULBP1-4 Souris : Rae-1, H-60, MULT-1 Diefenbach et al., Nature 2001 LES TUMEURS EXPRIMANT DES LIGANDS DE NKG2D SONT RECONNUES PAR LES CELLULES NK in vivo Diefenbach et al., Nature 2001 FONCTIONS EFFECTRICES DES CELLULES NK : CYTOTOXICITE FONCTIONS EFFECTRICES DES CELLULES NK : SECRETION DE CYTOKINES OU CHIMIOKINES Augmentation de l’expression de TRAIL sur les NK Effet anti-prolifératif via STAT-1 Effet antiangiogénique via sécrétion IP-10 Sécrétion NO, IL6, TNFα α par macrophages Expression des molécules du CMH classe I et II Les cellules NK contrôlent l’apparition des métastases via deux mécanismes indépendants : perforine et IFNγ Limites : anti asGM1non spécifique des cellules NK Street SA, Blood 2001 Cellules NK et immunothérapie ADMINISTRATION DE CYTOKINES ET DE LAK - Administration d’IL-2 à fortes doses - Cancer du rein métastatique : réponse objective entre 15-25% (Bukowski et al. 2000) - Mélanome métastatique : réponse objective : 25% (Rosenberg et al., 1989) (Rosenberg et al., 1989) Idem IFNα α PROBLEME : TOXICITE ELEVEE !! - Combinaison LAK + IL-2 (mélanome & cancer du rein métastatique): pas de meilleurs résultats (Rosenberg et al., 2003) -Prometteur IL-15Rα α-IL15 (RLI ; NH2-terminal (amino acids 1–77, sushi+) domain -of IL-15 receptor α coupled via a linker to IL-15) (Bessard et al, J Mol Ther 2009) ROLE DES CELLULES NK DANS LES EFFETS GvL DANS LES ALLOGREFFES HAPLO-IDENTIQUES Récepteurs s’associant aux molécules du CMH de classe I chez l’homme LIGANDS DES PRINCIPAUX KIR IMPLIQUES DANS LES REACTIONS ALLOGENIQUES KIR Spécificité HLA-Classe I KIR2DL1 (p58.1) HLA-C groupe 2 (-Cw2, -Cw4, -Cw5,-Cw6) Asn77, Lys80 KIR2DL2/3 (p58.2) HLA-C groupe 1 (-Cw1, -Cw3, -Cw7,-Cw8) Ser77, Asn80 A- Situation autologue R Inhibiteur KIR2DL1 HLA-C groupe 2 Cible NK R Activateur Ligand Activateur PAS DE LYSE B- Situation allogénique avec un non-appariement KIR/HLA-C R Inhibiteur KIR2DL1 HLA-C groupe 1 Cible NK + LYSE Ligand Activateur R Activateur LYSE Allogreffe haplo-identique T-déplétée avec non-appariement KIR/CMH chez des patients atteints de LAM Receveur: HLA-C groupe 1 Donneur HLA-C groupe 2 NK NK Cellule leucémique NK NK NK NK = KIR2DL1 = HLA Cw1, Cw8 Specific of Cw2, Cw4, Cw5, Cw6 Ruggeri et al., Blood 1999; Ruggeri et al., Science 2002 IMPLICATION DES CELLULES NK DANS LES EFFETS GvL EN SITUATION D’INCOMPATIBILITE KIR/CMH Incompatibilité CMH / KIR N Pas d’incompatibilité CMH / KIR 20 37 Rejet de greffe 0% 15,5% GvH aigue 0% 13,7% 0% 75% Rechute à 5 ans : p< 0,01 Ruggeri L. et al. Science 2002 Aversa F. et al. NEJM 1998. -Chez tous les patients ne présentant pas de rechute après allogreffe haploidentique, détection de cellules NK alloréactives. -Les cellules NK alloréactives tuent les cellules leucémiques du receveur. -Le transfert adoptif passif de clones de cellules NK alloréactifs à des souris NOD/SCID porteuses de LAM humaine permet d’éradiquer la maladie Ruggeri L. et al. Science 2002 ECHAPPEMENT AUX CELLULES NK De nombreuses cellules tumorales expriment des ligands de récepteurs activateurs des cellules NK, mais pas rejetées in vivo POURQUOI? FAIBLE QUANTITÉ DE CELLULES NK DÉTECTÉES AU NIVEAU DES TUMEURS faible recrutement Avant STI 55 cellules NK PEN5+/champs Après STI 120 cellules NK PEN5+/champs - Injection IL-2 ou Poly I:C Accumulation des NK en périphérie et dans la tumeur (modèle B16) (Hagenaars et al., 1998) - Transfert adoptif passif de cellules NK activées par de l’IL-2 Accumulation des NK dans la tumeur (modèle B16) (Basse J Exp Med 1991) - Modèle de tumeurs transfectées par un gène codant pour une chimiokine (EL4-CX3CL1 (Fractalkine)) Recrutement des cellules NK dans la tumeur et ralentissement de la croissance tumorale (Lavergne et al., Cancer Res 2003) Mécanismes de suppression de l’activité des cellules NK SECRETION DE LIGANDS inhibiteurs de NKG2D PAR CERTAINES TUMEURS I. Tumeur MIC+ Tumeur MICTumeur MIC+ Groh et al., Nature 2002 SECRETION DE LIGANDS DE NKG2D PAR CERTAINES TUMEURS II. Salih et al., Blood 2003 INHIBITION FONCTIONNELLE DES LYMPHOCYTES T PAR LES MOLECULES SOLUBLES MICA NKG2D Groh et al., Nature 2002 INHIBITION FONCTIONNELLE DES CELLULES NK PAR LES MOLECULES SOLUBLES MICA NK patients NK patients +SAB +IL-2 NK patients +Sérum autologue +IL-2 NK patients +Anti-MICA +IL-2 +NKG2D Ab Doubrovina et al., J Immunol 2003 Rôle des lymphocytes T régulateurs CORRÉLATION INVERSE ENTRE LE NOMBRE DE Treg ET L’ACTIVATION DES CELLULES NK CHEZ DES PATIENTS PORTEURS DE GIST TRAITÉS PAR Glivec* Ghiringhelli et al., J Exp Med 2005 INHIBITION DES CELLULES NK PAR LES Treg : IMPLICATION DU TGFβ β Ghiringhelli et al., J Exp Med 2005 DEPLETION DES Treg AU NIVEAU DES TUMEURS RESTAURENT LES FONCTIONS NK Ghiringhelli et al., J Exp Med 2005 - Existence de sous-populations de cellules NK? NK origine thymique, ganglionnaire, muqueuse?... Rôles?... NK régulateurs ?... - Comment surmonter les mécanismes suppresseurs ? - Comment augmenter le recrutement des cellules NK au site de la tumeur ? (a) Adoptive transfer of alloreactive NK cells Thalidomide Imatinib TLR+/- cytokines RLI Activating receptor Tumor Conditioning regimen (d) Drugs NK LYSIS Selection of the tumor NK (e) Towards TRAIL expression KIR KIR Mismatch KIR/MHC class I Sushi IL-15/IL15Rα α RLI? Imatinib +IL-2 MMP activators IL-2 (b) Blocking inhibitory mechanisms in tumor susceptible to NK lysis TRAIL IFNγγ Enhancement of NK trafficking Prevention of AICD NK LYSIS Sushi IL-15/IL15Rα α RLI? TRAIL TRAIL-R (f) Activating ADCC in tumor refractory to NK lysis mAb * Tumor LYSIS ↑survival ↑proliferation ↑activation ↑ IKDC Engineered Fc LYSIS Tumor Ag NK NK CD16 Anti-KIR mAb Cytokine (i.e. IL-15;IL-2;RLI) coupled mAbs Bispecific Ab IL-2 or other cytokines (c) Vaccines Anti-CD40 (g) Blocking immunosuppressive mechanisms in tumor susceptible to NK lysis TLR3L+/- IFNα α IFNγγ CTX NK DC IFNγγ+TNFα α +IL-1β β Figure 1 ↑ IFNγγ secretion ↑ Proliferation αGalCer DEX Treg NK conv PD-1 B7-H1 Histamine gp96 TLR9/3 ligands IL-2 NK Activating R KIR MHC Class I ROS IL-18BP IL-18 Merci de votre attention
