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RECETTORE PER IFN-γ

Marco Barberis

Corso di Immunologia Molecolare

Complesso Recettoriale IFNγ-R

Il complesso INFγ_R consiste di due parti:

due catene IFNγ-R1 da 90kDa che hanno la funzione di

ligand binding

due catene signal transducing IFNγ-R2 da 62 kDa

Le due catene sono legate ai rispettivi Jak (Jak1 e Jak2)

IFNγ-R1: struttura del gene• è espresso in modo ubiquitario in tutte le cellule nucleate

• IFNγ-R1 è scarsamente inducibile, e il suo promotore è ricco in GC, manca di TATA e CAAT boxes ma ha multipli siti di inizio di trascrizione.

•il gene ha di 7 esoni, i primi 5 codificano per il dominio extracellulare con capacità di legame per IFNγ, esone 6 per il dominio transmembrana, e l’ultimo esone codifica per il dominio intracellulare.

•A livello intracellulare sono stati identificati tre regioni:

-LPKS (266-269) Jak-binding-site

-LI (270-271) endocytosis/recycling domain

-YDKPH (440-444) Stat-1 binding site

•IFN γ -R1 è una molecola di 471 aminoacidi, viene N-glicosilato nel RE e nel Golgi. La glicosilazione aumenta il PM da 52.5kDa a 90kDa.

Legame IFNγ e recettoreDopo il legame dell’IFNγ con il recettore si hanno varie fasi:

2 catene IFNγ-R1 si associano, reclutando nel complesso due catene IFNγ-R2.

IFNγ-R2 è ritenuto essere la parte limitante del complesso

legame dell’ IFNγ consente stretta associazione di IFNγ-R1 e R2 con le rispettive Janus chinasi (Jak1 e 2). I siti di legame per le Jak sono nei domini intracellulari codificati dall’esone 7 dei geni di entrambi i recettori.

Jak1 fosforila Tyr440 del dominio intracellulare di IFNγ-R1: la fosforilazione crea un docking site per il dominio SH2 di Stat-1. Entro 1 minuto dal legame con IFNγ Stat-1 è anche fosforilato nei siti Y701 e S727 (probabilmente da Jak2).

Pathway di trasduzione: Jak-Stat•Jak-Stat pathway è usato da oltre 50 diverse citochine, fattori di crescita e ormoni

•Jak sono tirosine chinasi che sono auto-fosforilate (Jak1) o trans-fosforilata (Jak2) dopo l’aggregazione del recettore con il ligando

La via di segnalazione che utilizza IFNγ-R richiede tre componenti :

-Jak1

-Jak2

-Stat1

si lega sulla pozione vicina alla membrana del dominio intracellulare della catena IFNγR1

si associa con porzione intracellulare della catena IFNγR2

Stat = Signal transducers and activators of transcription.

Journal of Leukocyte Biology Volume 75, February 2004 163

Recettore per IFNγ– prima parte

Segnalazione - 1

•Due molecole Stat1 omodimerizzano formando il fattore

trascrizionale GAF (gamma activated factor).

•GAF (Stat1 omodimero) dissocia rapidamente dal complesso

IFNγ-R e trasloca nel nucleo.

•GAF induce geni target contenenti GAS elements (gamma

activating sequences) entro 15-30 minuti dal legame di IFNγ.

Segnalazione - 2• L’endocitosi del complesso recettore-ligando e la successiva

dissociazione del complesso sono mediate da una specifica sequenza

isoleucina-leucina presente sulla catena IFNγ-R1.

• subito dopo l’esposizione della cellula all’IFNγ si ha la co-

localizzazione di Stat1, IFNγ e IFNγ-R1 come unico complesso

nella membrana nucleare e successivamente si ha l’accumulo nel

nucleo; il complesso IFNγ-IFNγR sembre funzionare come

chaperone intracellulare e faciliti la traslocazione nucleare di Stat1.

• IFNγ-R1 defosforilato viene riciclato sulla superficie cellulare,

mentre la molecola di IFNγ è degradata

Recettore per IFNγ– seconda parte


Geni regolati IFNγ -1

Schroder et al. Journal of Leukocyte Biology 2004, 74: 163-189

Terminazione del segnaleL’inibizione del pathway Jak-Stat avviene entro 1 ora dal legame dell’IFNγ ed avviene con meccanismi differenti: 1- induzione delle proteine SOCS, principalmente SOCS-1 (suppressor of cytokine signaling)

2- azione delle proteine fosfatasi Shp-1 e -2 (agiscono sull’IFNγ-R e sugli omodimeri Stat-1)

Entrambi i meccanismi portano all’inibizione del segnale via Stat-1: topi con delezioni di SOCS-1 o Shp-1 sono caratterizzati da risposte infiammatorie sistemiche molto gravi (Marine JC et al. Cell 1999; 98: 609-616).

3- PIAS (protein inhibitor of Stat1): lega direttamente Stat1 e inibisce l’associazione degli omodimeri (GAF) col DNA

4- citochine anti infiammatorie (IL-4, IL-10, TGFbeta) e glucocorticoidi antagonizzano azione IFNγ.


Recettore per IFNγ: regolazione - a


Recettore per IFNγ: regolazione - b

Classificazione ereditarietà difetti IFNγ-R

•i geni della cascata IFNγ hanno forme sia dominanti che recessive

IFNγ-R1: struttura del gene e mutazioni• Mutazioni a trasmissione sia AD che AR risultano in deficienze in IFNγ-

R1. Gran parte delle mutazioni recessive causano la completa perdita

dell’espressione del recettore sulla superficie cellulare o la perdita del

legame con l’IFNγ: complessivamente questi difetti sono conosciuti come

RC-IFNγ-R1 (recessiva completa).

• Difetti dominanti di IFNγ-R1 sono causati da mutazioni eterozigoti

troncanti localizzate nel dominio intracellulare di IFNγ-R1, che causano un

accumulo di proteine IFNγ-R1 non funzionanti sulla superficie cellulare

• L’accumulo delle proteine con la mutazione porta al legame di queste con

la molecola codificata dall’allele normale, con una risposta diminuita (ma

non assente) all’IFNγ: questa condizione è conosciuta come DP- IFNγ-R1

deficiency (dominante parziale).

IFNγ-R1: struttura del gene e mutazioni

•Hotspot mutazionale: è la regione vicino alla base 818, con la delezione di 4bp

(818del4), subito al di sotto del dominio transmembrana, che elimina la sequenza

peptidica critica per la rimozione del recettore dalla superficie cellulare.

• molto simile come organizzazione genetica a quella dell’IFNγ-R1: ha 7 esoni, i primi 5 codificano per il dominio extracellulare (che non possiede però capacità di legame), il sesto codifica per la porzione transmembrana e il settimo codifica per il dominio intracellulare.

• IFNγ-R2 è più corto dell’IFNγ-R1 (316 aa) principalmente a causa della porzione intracellulare più corta.

• Nel dominio intracellulare è presente il sito di legame per Jak2 (aa 263-274 PPSIPLQIEEYL).

• Viene glicosilato all’estremità N-terminale durante il passaggio nel Golgi, e ciò porta il suo PM a 61-67kDa (rispetto ai 34,8 kDa predetti).

• IFNγ-R2 è una catena deputata alla traduzione del segnale ma ha un ruolo anche nello stabilizzare il complesso IFNγ_IFNγ-R1

IFNγ-R2: struttura del gene

IFNγ-R2: struttura del gene e mutazioni

• sono stati pubblicati sia casi di pazienti con forme dominanti che recessive

• descritte molte meno mutazioni che IFNγ-R1

• la mutazione 791delG quando in condizione di emizigosi riduce della metà la capacità di trasdurre il segnale

IFNγ-R2Un lavoro del gruppo di Rosenzweig et al. (J Immunol;173:3991–3999(2004) ha evidenziato l’importanza del dipeptide Leu-Isoleu (residui 255-256) per la funzione dell’IFN γ -R2.

- la rimozione di questo motivo (mantenendo però intatto il dominio di legame per Jak2) genera un recettore che si over-accumula sulla superficie cellulare (con effetto gain-of-function)

- se la rimozione coinvolge anche il Jak-binding site genera un mutante che si accumula sulla superficie cellulare con effetto dominante-negativo.

- rimuovendo solo il dominio di legame per Jak si ottiene un costrutto non funzionale, con pattern di espressione normale sulla superficie cellulare.

• pazienti con forme RC hanno

un fenotipo decisamente più

severo rispetto ai DP, sia

come età di comparsa (3,1

anni vs 13,4), aumento di

numero e gravità delle

infezioni (19 vs 8 infezioni per

100 persone/anno di

osservazione), diminuzione

della sopravvivenza (100% vs

27% mortalità a 10 anni)

Recessive vs dominanti: correlazione genotipo-fenotipo

• nei mammiferi sono state descritte 4 Jak (Jak1-4) e 7 Stats (Stat1, Stat2, Stat3, Stat4, Stat5a, Stat5b e Stat6).

• le proteine Stat sono citosoliche, 750-800 residui con struttura comune. Hanno regioni caratteristiche che dal C-terminale verso N-terminale sono:

-dominio SH2 (Src homology-2)

-dominio di legame al DNA

-dominio per l’oligomerizzazione

Stat1: gene&mutazioni

Promotore dell’IFNγ-R1 e SNP

• la regione MPR (minimal promoter region) comprende 692 pb al 5’ della sequenza codificante del recettore, ed è altamente polimorfica.

• diversi SNPs sono stati descritti in questa regione, con differenze significative tra i vari gruppi etnici, sono stati oggetto di studio di associazione.

• in particolare la sostituzione in posizione – 56 T>C è associata alla protezione dallo sviluppo di malaria cerebrale e dalla morte nei Mandikas, il maggiore gruppo etnico del Gambia (Koch O, et

al. J Infect Dis 2002;185:1684–1687).

H. Ikeda et al. Cytokine & Growth Factor Reviews 13 (2002) 95–109

E. van de Vosse, M.A. Hoeve, T.H.M. Ottenhoff, Human genetics of intracellular infectious diseases: molecular and cellular immunity against mycobacteria and salmonellae, Lancet Infect. Dis. 4 (2004) 139e149

Koch O, et al. IFNGR1 gene promoter polymorphisms and susceptibility to cerebral malaria. J Infect Dis 2002;185:1684–1687. Ju¨ liger S, et al. Functional analysis of a promoter variant of the gene encoding the interferon-

gamma receptor chain I. Immunogenetics 2003;54:675–680. Awomoyi AA, et al. No association between interferon-gamma receptor-1 gene polymorphism

and pulmonary tuberculosis in a Gambian population sample. Thorax 2004;59:291–294.Rosenzweig SD, et al. A novel mutation in interferon gamma receptor 2 with dominant negative

activity: biological consequences of homozygous and heterozygous states. J Immunol 2004;173:4000–4008Rosenzweig SD, Schwartz OM, Brown MR, Leto TL, Holland SM. Characterization of a

dipeptide motif regulating interferon-g receptor 2 plasma membrane accumulation and interferon-g responsiveness. J Immunol 2004;173:3991–3999K. Schroder, P.J. Hertzog, T. Ravasi, D.A. Hume, Interferon-g: an overview of signals,

mechanisms and functions, J. Leukoc. Biol. 75 (2004) 163e189S.E. Dorman, S.M. Holland, Interferon-g and interleukin-12 pathway defects and human disease,

Cytokine Growth Factor rev. 11 (2000) 321e333.

References

Newport MJ, et al. A mutation in the interferon-gamma-receptor gene and susceptibility to mycobacterial infection. N Engl J Med 1996;335:1941–1949.

Jouanguy E, et al. Interferon-gamma-receptor deficiency in an infant with fatal Bacille Calmette-Guerin infection. N Engl J Med 1996;335:1956–1961.

Rosenzweig S, Dorman SE, Roesler J, Palacios J, Zelazko M, Holland SM. 561del4 defines a novel small deletion hotspot in the interferongamma receptor 1 chain. Clin Immunol 2002;102:25–27.

Jouanguy E, et al. In a novel form of IFNgamma receptor 1 deficiency, cell surface receptors fail to bind IFN-gamma. J Clin Invest 2000;105:1429–1436.

Allende LM, et al. A point mutation in a domain of gamma interferon receptor 1 provokes severe immunodeficiency. Clin Diagn Lab Immunol 2001;8:133–137.

Villella A, et al. Recurrent Mycobacterium avium osteomyelitis associated with a novel dominant interferon gamma receptor mutation. Pediatrics 2001;107:E47.

Dorman SE, et al. Viral infections in interferon-gamma receptor deficiency. J Pediatr 1999;135:640–643.

Dorman SE, et al. Clinical features of dominant and recessive IFNg receptor 1 deficiencies. Lancet 2004;364:2113–2121.

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