CELLULES PRESENTATRICE DE L ANTIGENE CELLULES DENDRITIQUES Michelle Rosenzwajg Service de Biothérapies/UPMC CNRS UMR7211 INSERM U959 Pitié-Salpétrière - Paris - France Michelle.rosenzwajg@upmc.fr
Conséquences de la présentation de l Ag aux LT
Conséquences de la présentation de l Ag aux LT CPA CPA CMH-II CD4+ CMH-I CD8+ LT auxiliaire Th1/2/17/reg. CTL Cytokines Immunité antivirale et antitumorale Macrophage CTL NK L.B Destruction des cellules cibles
Les CPAg aux lymphocytes T 1) Captation de l antigène 2) Apprêtement CMH Ag 2 1 Tissus Sang Muqueuses (Migration) 3) Présentation aux lymphocytes T Ganglions Rate Plaques de Peyer Amygdales. CMH CD3 TCR CD4/8 4) stimulation des lymphocytes T Prolifération et différenciation
1) Captation de l antigène et apprêtement Antigène exogène Récepteurs: PRRs Endocytose, Phagocytose Endosome Dégradation protéolytique ph acide, protéases Ii, CLIP HLA-DM clathrine Phagosome fusion avec lysosome Compartiment riche en CMH II Association des peptides antigéniques aux molécules CMH II Endosome Expression membranaire des CMH IIpeptides
1) Captation de l antigène et apprêtement Antigène endogène Antigènes cellulaires Protéines virales Cytosol Protéasome LMP2/7 TAP 1, 2 Réticulum Endoplasmique Association des peptides antigéniques aux molécules CMH I Expression membranaire des complexes MHC I- peptides
1) Captation de l antigène et apprêtement Cas Particulier: le CROSS PRIMING Cross priming Antigènes exogènes Cytosol Protéasome LMP2/7 TAP 1, 2 Réticulum Endoplasmique Association des peptides antigéniques aux molécules CMH I Expression membranaire des complexes MHC I- peptides
3) Présentation aux lymphocytes T CPA Adhésion Reconnaissance LT LFA-1 (CD11a/18 ICAM-1 (CD54) ICAM-1 (CD54) VCAM (CD106) LFA-3 (CD58) CMH-I CMH- II Adhésion Reconnaissance spécifique ICAM-1 (CD54) LFA-1 (CD11a/18) CD43 VLA-4 (CD49d/29) CD2 CD3 TCR CD8 CD3 TCR CD4 Costimulation LFA-3 (CD58) ICAM-1 (CD54) CD40 (CD80) B7-1 (CD86) B7-2 Costimulation CD2 LFA-1 (CD11a/18) CD40L CD28 CTLA-4
3) Présentation aux lymphocytes T a- Adhesion et présentation de l Ag CPA L. T Ag b- Reconnaissance de l Ag et premier signal par le TCR CPA L. T IL-2mRN A IL-2 1 IL-2 IL-2R IL-2R mrna IL-2R
c- Costimulation 3) Présentation aux lymphocytes T CPA L. T IL-2mRN A IL-2 1 IL-2 IL-2R 2 IL-2R mrna IL-2R d- Prolifération et différenciation des L.T 4) stimulation des lymphocytes T CPA L. T IL-2mRN A IL-2 IL-2 IL-2R IL-2R mrna IL-2R
5) Tolérance périphérique Anergie: absence de signal 2= absence de réponse CPA L. T 1
Rôle des molécules de costimulation: Cinétique de l interaction APC-LT: les 3 signaux 1 T naïf CD28 CD28 CD40 CD40/CD40L Cytokines: 3 CD28 2 Activation Différenciation CD40 CD40L CD80 CD86 CD28
Rôle des molécules de costimulation CD40 / CD40L sur les CPAg Cellule dendritique CD80/CD86 Cytokines: - polarisation CD40/CD40L Macrophage Lymphocyte B CD80/CD86 CD80/CD86 Prolifération Cytokine Différenciation Activité cytotoxique CD40/CD40L commutation isotypiquecd40/cd40l
a) Présentation des antigènes associés aux CMH I aux LT CD8+ N est pas restreinte aux seules CPAg mais à toutes les cellules qui expriment le CMH I. La stimulation des lymphocytes T CD8+ naïfs n'est cependant assurée que par les cellules denditiques Ag en causes Ag du cytosol Ag du soi Ag viraux lors d une infection replicative Ag exogènes Microorganismes qui lysent la paroi du phagosome Macropynocytose (cross priming) b) Présentation des antigènes associés aux CMH II aux LT CD4+ En résumé Expression des molécules du CMH II est généralement restreinte aux CPAg (dite «professionnelles») Ag en causes Ag exogènes Captés par endocytose, macropinocytose ou phagocytose
Les CPAg aux lymphocytes T Cellule dendritique Macrophage Lymphocytes B Points communs Origine hématopoïétique Captent lʼantigène, lʼapprêtent et lʼexpriment à leur surface associé au molécules du CMH Expriment de façon constitutive ou inductible Des molécules de CMH Des molécules d ʼadhésion Des molécules de costimulation Différences Mode de capture de lʼantigène Types d ʼantigènes captés et présentés Niveau d ʼexpression des molécules du CMH molécules d ʼadhésion et de costimulation Lymphocytes T stimulés CD4 ou CD8 Naïf ou mémoire (réponse primaire/secondaire)
1868: les DC de l épiderme par Paul Langerhans Les cellules dendritiques 1973: les DC des organes lymphoïdes par Ralph Steinman et Zanvil Cohn Zanvil Cohn (left) and Ralph Steinman (right) Phase contrast of a splenic dendriticcell. The dense granules are mitochondria.
Les différentes sous populations de DC Peau-muqueuses: cellules de Langerhans, DC dermiques et sous-muqueuses Organes non lymphoïdes: DC interstitielles Sang:Précurseurs circulants: Myeloid DC: Lin-CD11c+ Plasmocytoid DC: CD11c- CD123+ BDCA2+ Lymphe: cellules voilées Formations lymphoïdes: DC interdigitées (Zone T) Centres germinatifs: GCDC Cellules Plasmacytoides
Situation de repos Tissus DC immatures migration précurseur Organes lymphoïdes 2ndaires Anergie et/ou LT régulateurs HPC CD34+ Moelle osseuse DC immatures Présentation-Ag soi Tolérance
Situation de «Danger» Tissus DC immatures Captation de l Antigène DC activées Migration, maturation Organes lymphoïdes Recrutement précurseur Immunité innée Immunité adaptative B Cytokines NK, MF, Eo T T DC matures Présentation Ag B
Modifications induites par la maturation des DC
Activation et maturation des DC
Les DCs sont les chorégraphes de la réponse immune
Les DC sont les CPAg aux LT les plus puissantes Réponse T allogénique +++>> LB et macro. (MLR: 1DC/100-3000T (Steinman 1978 - Van Voohris 1983) Réponse primaire +++ (T autologues +Ag nominaux) (Croft 1992 Lui & Mc Pherson 1993) LT CD8+ : Réponse CTL primaire +++ (Barwaj 1994) Ag viraux, tumoraux + CMH I (cross priming) (Albert 1998 ; Regnault 1999) LT CD4+ : polarisation TH1 vs. TH2 (Maldonado-Lopez 1999; Pulendran 1999) 2-Interaction avec LB, NK, PN Photo de L.Tailleux 3-Tolérance Centrale (Thymus) et Périphérique Hétérogénéité fonctionnelle: Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle?
DC et tolérance Dans le thymus Localisation à la jonction cortico-medullaire Rôle dans sélection négative: délétion des clones autoréactifs Injection de DC sensibilisées par un Ag dans un thymus fœtal induit la délétion des T réactifs DC+TSLP CD4+CD25+Foxp3+ Treg En périphérie DC immature induiraient l anergie ou la délétion de LT matures Interaction DC immatures -T régulateurs (Treg inhibe la maturation des DC) DC peuvent capter et présenter des antigènes du soi spécifiques de certains tissus après phagocytose de cellules apoptotiques et induiraient ainsi une tolérance vis-àvis ces antigènes
DC et tolérance The interactions of dendritic cells with antigenspecific, regulatory T cells that suppress autoimmunity. Trabell & al. Seminars in immunology 18 (2006) 93-102
Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle?
Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle? Myeloides cdc LC mdc pdc Lymphoides?? IDC GCDC DC plasmocytoïdes CD8 Th2 IFN-I B NK Th1 Tolérance
Toll Bridges 1989: Charles Janeway La réponse immune innée initie la réponse adaptative via l interaction entre PRRs et PAMPS 1994: Jules Hoffmann TLR sont des PRRs Immunité innée et régulation de la réponse adaptative rôle du complément, des DC, des NK, les nouveaux PRRs (NOD, C-type Lectin: DC-SIGN).
Interactions avec les Pathogènes et Polarisation de la réponse Immune: Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle? Stimulus Microbien 1 TLR 2 (lipopeptides) TLR 4 (LPS) TLR6 Th1 mdc DC1 pth Myeloides Stimulus Microbien 2 TLR 7(ARNss) et TLR9(CpG) pdc DC2 pth Th2 IFN-α/β Lymphoides Tolérance
Interactions avec les Pathogènes et Polarisation de la réponse Immune: Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle? IFNγ IL-4 Stimulus Microbien 1 Immature DC DC1 pth IL-12 Matures Th1 Th2 Stimulus Microbien 2 Myeloides DC2 pth IL-10 TNF-α IL-1 DC pth Tolérance IL-10 Rôle de l enviromment+++ Cytokines Interactions intercellulaires pdc-mdc pdc-nk mdc-nk
TLR et DC TLR 2 TLR 3 TLR 8 mdc mdc Virus IL-12 + cytokines inflammatoires pdc pdc IFN-α + cytokines inflammatoires TLR 7, 9
Profil d expression des TLR différent Pathogènes Ligand mdc pdc TLR1 TLR2 TLR3 Bactéries Bactéries Virus Parasites, levures, champignons Virus Lipopeptides triacetylés Peptidoglycane Lipoprotéines Porines Protéines (enveloppe) Lipopeptides dsrna + + ++ + - - Cytokines inflammatoires Cytokines inflammatoires IFNb TLR4 TLR5 TLR6 TLR7 TLR8 TLR9 TLR10 Bactéries Virus Bactéries Bactéries Virus Virus Virus et Bactéries?? LPS Protéines (enveloppe) Flagelline Lipopeptides diacetylés ssrna ssrna CpGnon methylés (ADN)?? + + + -+ ++ - + - - + ++ - ++ + Cytokines inflammatoires IFNb Cytokines inflammatoires Cytokines inflammatoires Cytokines inflammatoires IFNa Cytokines inflammatoires IFNa
Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle? Il existe une spécialisation des DC avec conservation d une certaine plasticité pour ajuster la réponse aux pathogènes L immunité Innée contrôle l immunité adaptative en modulant le type et la fonction des mdc
Spécialisation de Lignée ou Plasticité fonctionnelle? L immunité Innée contrôle l immunité adaptative en modulant le type et la fonction des mdc Rôle du 3è signal
Historique: IFN et pdc IFN 1957: découverte de l IFN par Isaacs et Lindenmann Notion de NIPC (Natural Interferon Producing Cell): Hypothèse sur la cellule produisant l IFN: monocytes puis Cellules MHC-II+ mais différente des monocytes, LT, LB, NK puis cellules appartenant à la famille des DC Les pdc 1958: Lennert et Remmele: identification dans la zone T des ganglions d une cellule «plasma cell- like» puis «plasmocytoid T cell» ou «plasmocytoid monocyte» 1997: J Liu: «pdc= DC2»: DC qui induit une réponse Th2 en présence d IL-3 et CD40L 1999: les pdc sont les NIPC
Les pdcs Une des 2 sous populations de DC chez l homme Lin-CD11c- BDCA2+CD123+ Maturation des pré-pdc: production d IFN I en réponse à stimulation virale Mais aussi: TNF-a, IL-1, IL-6, IL-12 (?) Chimiokines CCL3, CCL4, CCL5, CXCL8, CXCL10, CXCR3 (Th1), CCL4 (NK)
pdc (10pg/cellule) =«natural type I-IFN producting cells» =«professional type I-IFN producting cells» Très haut niveau d expression d IRF-7 (interféron regulatory factor) expliquerait la capacité à produire IFN-I en réponse à une stimulation virale Exprime également des récepteurs régulateurs (BDCA-2)
pdc pdc (10pg/cellule) =«natural type I-IFN producting cells» =«professional type I-IFN producting cells» En réponse aux virus enveloppés: HSV, HIV, Virus Sendaï, VSV CpG non méthylés (DNA microbiens) Très haut niveau d expression d IRF-7 (interferon regulatory factor) expliquerait la capacité à produire IFN-α en réponse à une stimulation virale
Interactions des DC avec les pathogènes? Pathogènes Tissus DC immatures Captation de l Antigène DC activées Migration,maturation Différenciation Recrutement précurseur Cytokines NK, MF, Eo B T T Organes lymphoïdes DC matures Présentation de l Ag B
Bactéries: M. Catharrhalis, B. Pertussis, Virus: Sendaï Interactions des DC avec les pathogènes? DC immatures Captation de l Antigène Stimulation de la réponse immune Bactéries: E.Coli, M. Tuberculosis, M. Leprae, S. aureus, S. gordonii, M. Catharrhalis, B. Pertussis, C. Trachomatis Virus: Influenza, Dengue Protozoaires: L. major, L. donovani, T. Gondii Autres: LPS, ADN bactérien, motifs CpG, ARN viral, poly I:C Hsp bactériennes DC activées Migration, maturation Organes lymphoïdes Recrutement précurseur Différenciation Cytokines NK, MF, Eo T DC matures Présentation de l Ag, IL-12 B
Interactions des DC avec les pathogènes? Échappement des pathogènes à la réponse immune HSV, poxvirus EBV DC immatures Captation de l Antigène DC activées Migration, maturation Canarypox, Vaccine, HSV-1, EBV,CMV, HCV Plasmodium CMV, MV, HBV, HCV, HIV. Recrutement précurseur Différenciation HTLV Cytokines NK, MF, Eo Survie Apoptose: Canarypox, Vaccine, Shighelles, Salmonelles Syncithia: MV, HIV T DC matures Présentation de l Ag B Organes lymphoïdes
Les cellules dendritiques: différenciation
Where do dendritic cells actually come from? CLP stem cells CMP B T NK lymphocytes monocytes granulocytes erythrocytes platelets
Les cellules dendritiques: différenciation Origine hématopoïétique suggérée par greffes de moelle allogéniques (Steinman 1974 - Katz 1979) L hétérogénéité des DC n est pas seulement le reflet de stades de maturation différents mais également de voies de différenciation différentes. Différentes voies de différenciation ont été décrites?? DC myeloïdes DC interstitielles Cellules de Langerhans DC Lymphoïdes DC thymiques Cellules plasmocytoïdes?
Différenciation des DC à partir de cellules CD34+ GM-CSF +TNF-α 20-50% CD1a+ CMH II+++ CD40, CD80, CD86 Stimulation en MLR+++ BG CD34+ CD14+ CD15+ Caux 1992 Reid 1992 Santiago Schwarz 1992
Différenciation des DC CD1a- CD14+ M-CSF Macrophages CD14+ CD34+ CD13lo GM-CSF+TNF-α SCF+Flt-3L CD34+ CD13hi CD34- CD13hi GM-CSF+TNF-α DC Interstitielles CD1a+ CD14- CD68+ FXIIIa+ CD1a+ CD14- TGF-β Langerhans CD1a+ CD14- BG+ E Cadh+ CD15+ Rosenzwajg 1996,1998 Caux 1996, Canque 1997 Strobl 1996
Différenciation des DC à partir de monocytes Macrophages Sallusto 1994 Romani 1994 Chapuis 1997 Monocytes CD14+ M-CSF GM-CSF+IL-4 GM-CSF+IL-4 + TGF-β DC immatures CD1a+ CD14- LPS, CD40L, TNF-α DC matures CD83+ Palucka 1998 LC Geissmann 1998
Différenciation des DC à partir de monocytes
A la recherche des DC lymphoïdes (DC CD8a+ chez la souris, pdc chez l homme??) Lymphocytes B MOELLE THYMUS CD34+ CD44lo Lymphocytes T CD34+ CD10+ CD45RA+ Galy 1995 CD34+ CD38dim Res 1995.98 CD34+ CD7+ CD45RA+ Canque 2000 CD34+ CD33lo Marques 1998 CD34+ CD1a- Dalloul 1999 CD34+ CD44hi Marques 1998 Il-7, IL1α, IL6, GM-CSF, SCF, IL-2 NK DC lymphoïdes
Differential Requirement for Transcription Factors in DC Development Michelle Gabriele Rosenzwajg- et 12 nov al, 09 Cytokine & Growth factor review 2007
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Utilisation des DC en immunothérapies: oui mais
Quelle DC choisir pour l Immunothérapie?? Progéniteurs ou Précurseurs des DC Injection oui mais lesquelles choisir?? mdc, pdc, LC DC im/matures MDDC Dérivées des CD34+ (quelles cytokines?) Ag d ʼintérêt Sensibilisation