TLR-dependent T cell activation in autoimmunity UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI MILANO FACOLTÁ DI MEDICINA E CHIRURGIA SCUOLA DI SPECIALIZZAZIONE IN BIOCHIMICA CLINICA TLR-dependent T cell activation in autoimmunity Kingston H. G. Mills Nature Review Immunology Vol 11 - Dec 2011 Colleoni Federica Matr: S57307

Malattie autoimmuni - origine Si possono sviluppare attraverso una combinazione di fattori ereditari ed ambientali che portano a “fallimento” della regolazione del SI in risposta agli Ag del “self”. In particolare sembra essere legata ad un “guasto” nella funzione dei Treg che porta ad un’incontrollata produzione di Ab anti-self e di cellule T patogeniche che mediano infiammazione (Th17). Treg: Cellule T regolatrici che controllano l’espansione dei cloni di cellule T Th17: cellule T CD4+ effettrici. IL6, IL23, IL1 ne promuovono lo sviluppo. Sono la popolazione cellulare patogenica in molte malattie autoimmuni

PATTERN RECOGNITION RECEPTORS NLR - Nod Like Receptors CLR - C-type Lectin Receptors RLR - RIG-1 like Receptors TLR - Toll Like Receptors Ligandi esogeni o endogeni attivano la risposta infiammatoria innata che porta alla generazione di cellule autoreattive, in particolare Th17 e cellule T δγ

I TLRs legano DAMPs e PAMPs Funzioni Microrganismi e danni tissutali patogenici e non patogenici (MAMPs e DAMPs) Infezione (PAMPs) Danno tissutale (DAMPs)

Le cellule T vengono attivate da MAMPs e DAMPs seguendo via diretta: PRRs espressi dalle cellule T via indiretta: citochine pro-infiammatorie secrete da cellule del SI innato

Attivazione dei TLRs Il legame coi TLR porta all’attivazione di 3 vie trascrizionali: NF-kB => TNF, IL6, IL1β pro-IL8 IRF => IL12p35, IFN di tipo I ERK => p38, MAPK, IL23p19, IL10

PAMPs e autoimmunità Le infezioni sono solitamente la causa scatenate di una malattia autoimmune, possono peggiorarla ma in alcuni casi anche inibirla. Polimorfismi di TLR2 sono stati associati a diabete di tipo I, di TLR4 e TLR9 in pazienti con malattia di Chron. Mutazioni di NOD2 sono state associate a malattia di Chron, con effetto sinergico all’attivazione di TLR9.

- precipitare la malattia autoimmune L’infezione può: - precipitare la malattia autoimmune Questo legame è stato attribuito alla similitudine tra gli Ag patogeni e le molecole del self che portano ad un’attivazione del SI innato con conseguente “rottura” della tolleranza immunologica e sviluppo di anticorpi specifici per il self da parte di cellule T. Topi transgenici che esprimono un TCR specifico per un peptide di derivazione mielinica, sviluppano spontaneamente encefalopatia autoimmune se mantenuti in condizioni non pathogen free. Studi in pazienti con SM hanno evidenziato che la patologia può essere scatenata da infezioni di Chlamydia p., HV6 o EBV Il parvovirus B19 e l’EBV sono considerati il fattori scatenanti dell’artrite reumatoide Anche microorganismi commensali (in particolare filamenti batterici e ATP) possono attivare Th17 che causano infiammazione intestinale e possono portare poi a sviluppare artrite reumatoide

L’infezione può: - esacerbare la malattia autoimmune S. Pneumoniae peggiora l’artrite reumatoide indotta in topi wt ma non in quelli tlr2-/-. Peptidoglicani che interagiscono con NLRs e TLRs, sono stati trovati in diversi tessuti: tessuto sinoviale di pazienti con artrite reumatoide; sulle pareti dell’intestino di pazienti con malattia di Chron; nel cervello di primati con encefalopatia autoimmune e di pazienti con sclerosi multipla. Inoltre, nei pazienti con sclerosi multipla si ha una maggiore espressione dei TLRs (2 e 3) nei macrofagi e nelle cellule dendritiche cerebrali. - inibire la malattia autoimmune Ipotesi Igiene: alcune infezioni possono attivare una miglior funzione delle Treg che mediano a reazione autoimmune con un effetto bystander Infezioni di elminti inducono la produzione di citochine anti-infiammatorie e le cellule T reg ad inibire i Th17 autoantigene-specifici

Ruolo dei DAMPs nelle malattie autoimmuni Le APCs rispondono ai danni o ad allarmi endogeni riconoscendo molecole prodotte dai tessuti danneggiati HMGB1 si lega ad acidi nucleici e ne favorisce il legame con i PRRs che riconoscono acidi nucleici (TLR3, TLR7, TLR9, RIG-1). Esiste una correlazione positiva tra la concentrazione di HMGB1 e l’attività della malattia in pazienti con LES. Il1-α promuove la produzione di IL17 da parte delle cellule T patogeniche 15- α idrossicolestene attiva la microglia via TLR2 ed è molto elevato nel siero di pazienti con SM in fase progressiva. Cellule sinoviale di pazienti con artrite reumatoide esprimono TLR2 e TLR4 e rilasciano ligandi che contribuiscono all’infiammazione delle articolazioni. Heterogenous nuclear ribonucleo-protein (hnRNP) attiva TLR7 eTLR9 di APCs artritogeniche che attivano cellule T patogeniche

TLRs in modelli animali di malattie autoimmuni Hanno permesso di studiare il ruolo dei TLR nelle malattie autoimmuni

Modulazione indiretta delle cellule T da parte dei TLR Cellule Th17 Cellule dendritiche e macrofagi attivati da PAMPs secernono citochine pro-infiammatorie che inducono la proliferazione dei Th17. TLR4 e NOD2 inducono la produzione dei IL1 e IL23 che stimolano le cellule T memoria a secernere IL17 che promuove il differenziamento dei Th17. Cellule Treg I TLR hanno la funzione di attivare una cascata di segnali volti a bloccare la funzione delle cellule Treg attraverso la produzione di IL6 e TGFβ. Strategia per limitare i danni

Modulazione diretta delle cellule T da parte dei TLR Cellule che esprimono TLRs CD4+ Esprimono TLR2 che ne promuove la proliferazione CD8+ Esprimono TLR2 che ne promuove la proliferazione TLR9 che induce l’attivazione di cellule T autoreattive via IL8 Agiscono con un meccanismo poco conosciuto ma legato alla cross-presentazione di autoantigeni. γδ Esprimono TLRs 1 e 2 che inducono la produzione di IL17 Esprimono TLRs 1,2,4,6,9 in qq maggiori rispetto alle T CD4+ Non rispondono però solo a questo stimolo, devono esistere almeno due stimoli per attivare una risposta autoimmune (controllo) Treg TLR8 ne reverte la funzione soppressiva, aumenta la proliferazione. Esprime anche TLRs 4, 5, 7.

TLRs come target terapeutico L’inibizione del signalling dei TLRs in risposta a PAMPs o a DAMPs è un approccio efficace e sicuro per il trattamento delle malattie autoimmuni I difetti di espressione o di signalling dei TLRs sono associati alla modulazione del SI innato e acquisito che mediano l’autoimmunità La somministrazione di agonisti esogeni dei in topi promuove l’esacerbazione di autoimmunità Bloccare un singolo TLR può essere sufficiente per l’inibizione del SI che promuove l’autoimmunità ma l’effetto è malattia dipendente Usare i TLRs come target terapeutico può avere quindi un ruolo importante per la comprensione e la cura delle malattie autoimmuni