IFN-α

De Bernardi Sriti Elisabeth

Immunologia Molecolare 2006-2007

Sistema Interferon

Caratterizzato da un gruppo di proteine diverse dal punto di vista strutturale e funzionale.

Il termine “interferone” si riferisce alla capacità di interferire con l’infezione da parte del virus, bloccandone la diffusione.

IFNs mediano e regolano l’immunità innata e specifica.

Sistema InterferonStoria:

Classificazione in base alla provenienza cellulare: IFN leucocitario. IFN fibroblastico. IFN immune.

La nomenclatura attuale, si basa sulla struttura primaria delle proteine: IFN di tipo I: IFN alfa, IFN beta, IFN delta, IFN epsilon,

IFN kappa, IFN tau, IFN omega. IFN di tipo II: IFN gamma.

IFN-α

IFN leucocitario.

Media e regola l’immunità innata.

Con la sigla IFN-α ci si riferisce ad una famiglia composta da diversi sottotipi, denominati con un ordine numerico crescente (IFN-α1, IFN-α2, ecc).

Sono stati identificati i geni codificanti i sottotipi di INF-α, localizzati sul braccio corto del cromosoma umano 9 e sul cromosoma murino 4.

Geni IFN-α

Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004

Geni IFN-α

I sottotipi di IFN-α hanno la stessa funzione? Hanno lo stesso pattern di espressione?

Geni IFN-α murinici

Caratteristiche degli IFN-α murinici

Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004

Studio su topi 129/Sv e C57BL/6

Mappa dei geni IFN-α murinici

I geni IFN-α 7/10, IFN-α11 e IFN-α 8/6, divergenti fra i topi C57BL/5 e 129/Sv, sono clusterizzati.

Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004

I geni IFN-α13, IFN-α6T sono espressi in modo costitutivo a bassi livelli, indipendentemente dall’infezione virale.

Livello di attività antivirale

Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004

Allineamento Multiplo delle sequenze IFNs-α dei topi 129/Sv e C57BL/6

Identità del 96%.

Cys1-Cys99 e Cys29-Cys139 sono coinvolte nelle formazione di legami disolfuro, importanti nella stabilizzazione della struttura terziaria e quaternaria della proteina. Strutture da cui dipende l'azione biologica della proteina medesima.

I siti di N-glicosilazione (Asn-X-Ser/Thr) importanti per raggiungere un folding corretto delle proteine in modo da esplicare la propria funzione. Inoltre la glicosilazione protegge dall'attacco di ptoteasi ed aumenta la solubilità della molecola proteica.

Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004

IFN-α: molecola

I sottotipi di IFN-α sono costituiti da 165-166 aminoacidi e hanno un peso molecolare di 19-24 KDa.

Sono proteine globulari costituiti da 5 catene α-eliche :

• quattro antiparallele, tipici della famiglia delle citochine α-eliche.

• la quinta, tipica degli IFNs, conferisce attività biologiche specifiche.

http://www.flamel.com/techAndProd/medusa_products.shtml

IFN-α: molecola

Variazioni strutturali a livello della regione N-terminale nella prima e seconda α-elica e a livello del loop tra queste due eliche, rispetto a IFNs di tipo I (β). Ciò gioca un ruolo importante nel legame con il recettore.

IFN-α: sintesi

E’ prodotto da: • Cellule Dendritiche

plasmacitoidi (pDC).• Linfociti B.• Macrofagi.

Stimoli• Infezione virale.• Linfociti T attivati.• Prodotti microbici.• Polimeri organici.• Cellule eterologhe.

IFN-α: pDC

Le cellule dendritiche plasmacitoidi (pDC), dette anche Interferon-producing cells (IPC), sono le maggiori produttrici di IFNs-α.

Queste cellule si trovano prevalentemente nel sangue e negli organi linfoidi secondari e rappresentano nell’uomo lo 0,2%-0,8% delle cellule mononucleate del sangue periferico.

Rispondono ad una vasta gamma di stimoli virali e nonvirali mediante Toll-Like Receptors (TLRs).

TLR: struttura

I TLRs sono recettori transmembrana espressi sulla membrana plasmatica o all’interno dei compartimenti endosomiali della cellula.

I TLR sono una famiglia di 11 recettori che mediano il riconoscimento di molti agenti patogeni attraverso i pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Ogni recettore riconosce solo un pannello molto ristretto di componenti o di molecole prodotte dai batteri, virus, funghi e protozoi.

TLR: struttura

Sono costituiti da un dominio extracellulare ricco di ripetizioni di leucina (LRR domain) e da un dominio citoplasmatico chiamato TIR domain (da “Toll IL-1 receptor”).

I TLRs utilizzano numerose proteine adattatrici che riconoscono il dominio TIR e attivano distinte cascate del segnale all’interno delle cellule. http://www.biken.osaka-u.ac.jp/act/act_akira.php

Proteine adattatrici

MyD88 (myeloid differentiation factor-88).

TIRAP (TIR domain-containing adapter protein) anche chiamata MAL (da MyD88-adapter-like).

TRIF (Toll/IL-1 receptor domain-containing adaptor inducing IFNbeta).

TRAM (Toll-receptor-associated molecole).

mDC e pDC

McKenna K et al., Plasmacytoid dendritic cells: linking innate and adaptive immunity, J Virol., 79(1):17, 2005.

TLR signaling pathway

Il legame TLR3-dsRNA virale

attiva la cascata del segnale che coinvolge TRIF e attiva l’espressione dei geni IFNs-α (IFNs-α4) mediante la fosforilazione di IRF-3.

TLR7 e TLR9 in seguito al legame di molecole ssRNA o di sequenze di DNA non metilate con motivi di CpG, trasducono un segnale, mediante la proteina Myd88, che induce l’espressione dei geni IFNs-α arraverso la fosforilazione di IRF-7.

http://www.biken.osaka-u.ac.jp/act/act_akira.php

IFN-α: Attività biologiche

Antivirale , Antimicrobico.

Immunomodulatoria.

Antitumorale.

Antiangiogenica.

Antiproliferativa.

IFN-α: Attività antivirale

Inibizione della replicazione virale.

Potenziamento dell’espressione delle molecole MHC di classe I.

Abbas AK et al., Cellular and molecular immunology, Fig.11-8: 262, 2000

Meccanismo paracrino

Meccanismo autocrino

IFN-αIFN-α

IFN-α: Attività Antivirale

L’attività antivirale è il risultato finale dei molteplici effetti sia diretti che indiretti espletati dagli IFN-α.

Effetti indiretti: • Tramite le proteine effettrici indotte.• Per trasferimento dello stato di resistenza antivirale alle cellule

circostanti.• Per attivazione dei leucociti dell’ospite e conseguente aumento della

loro azione fagocitica o citocida sulle cellule infette o trasformate.

Proteine Effetrici

Tra le proteine sintetizzate in risposta all’interazione dell’IFN-α con il recettore cellulare, associate alla resistenza antivirale indotta dall’IFN-α troviamo:

PKR .

2’-5’oligoadenilato sintetasi (2’-5’ OAS).

Mx proteins.

Ribonucleasi L.

Deaminasi di adenosina RNA-specifica (ADAR-1).

P56.

IFN-α: Attività Immunomodulante

Tutti gli IFN-α si sono in grado di esercitare un effetto modulante positivo o negativo sulla risposta immunitaria. La loro azione influenza sia la risposta umorale sia la risposta cellulo-mediata.

Essi sono in grado di potenziare l’attività dei macrofagi, delle cellule NK, dei linfociti T helper e T citotossici.

IFN-α: Attività Immunomodulante

Aumento delle attività di fagocitosi, citotossica e produzione di citochine dei macrofagi.

Differenziazione delle cellule pre-NK immature in cellule NK mature dotate di attività citotossica.

Riduzione del numero dei linfociti T soppressori che altrimenti interferirebbero con l'azione delle cellule NK.

Modulazione dell’espressione degli antigeni di istocompatibilità coinvolti nei fenomeni di citotossicità (classe I) e di presentazione antigenica (classe II).

IFN-α: Attività Antitumorale

L’attività antineoplastica degli IFNs-α è la risultante di una serie di effetti diretti antiproliferativi e antiangiogenici sulle cellule tumorali e di effetti indiretti di immunoregolazione sulle cellule effettrici citotossiche e sui macrofagi.

IFN-α

Le proprietà degli IFN-α incoraggiarono il suo utilizzo nella terapia di diverse patologie.

Attualmente gli IFN-α hanno trovato applicazione in numerose infezioni virali croniche, in alcuni tumori solidi e in alcune neoplasie ematologiche.

Bibliografia

• Van Pesch V et al., Characterization of the murine alpha interferon gene family, J Virol., 78(15):8219, 2004.

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