Immunologia

TRASDUZIONE DEL SEGNALE INDOTTA DAI RECETTORI DELLE CITOCHINE:

I recettori delle citochine sono costituiti da una o più proteine transmembrana le cui porzioni

extracellulari legano la citochina, mentre le porzioni citoplasmatiche trasducono il segnale. In

genere, la trasduzione viene attivata dall’aggregazione dei recettori indotta dal ligando, che

rende possibile l’avvicinamento delle code citoplasmatiche e l’attivazione di specifiche

tirosine chinasi non recettoriali. La famiglia del recettore per il TNF è particolare perché sono

recettori trimerici che dopo aver riconosciuto ligandi trimerici, subiscono una modificazione

conformazionale che attiva la trasduzione.

La classificazione dei recettori per citochine si basa sull’omologia strutturale dei domini

extracellulari e sui meccanismi di trasduzione usati:

 Recettori per le citochine di tipo I (famiglia del recettore dell’ematopoietina): sono dimeri o

trimeri composti da catene specifiche per ciascun recettore che riconoscono il ligando, e da

una o più catene che trasducono il segnale spesso condivise da molti recettori. Entrambi i tipi

di catena sono caratterizzati da uno o due domini conservati contenenti un paio di residui di

cisteina e dalla sequenza aminoacidica triptofano-serina-X-triptofano-serina in prossimità

della membrana cellulare. Le sequenza conservate legano citochine di tipo 1 caratterizzate

da 4 α-eliche, dette citochine di tipo I. La specificità per una determinata citochina è data da

aminoacidi caratteristici di ciascun recettore. Individuiamo dei sottogruppi caratterizzati

dall’uso di una stessa catena di trasduzione del segnale:

- catena γ comune: recettori per IL-2, 4,7,9,15,21

- catena β comune: recettori per IL-3 e 5, e GM-CSF

- catena gp130 : recettori per IL-6, 11, 27

Tutti questi recettori usano la via di trasduzione JAK-STAT.

 Recettori per le citochine di tipo II (famiglia del recettore dell’interferone): hanno due domini

extracellulari contenenti residui conservati di cisteina, ma mancano del motivo WSXWS

Sono composti da una catena che riconosce la citochina e una che trasduce il segnale

mediante la via JAK-STAT. Vi appartengono i recettori per gli interferoni di tipo I e II, per IL-

10, 20, 22.

 Famiglia del recettore per il TNF : Sono recettori trimerici caratterizzati da domini

extracellulari conservati ricchi di cisteina e dall’utilizzo di meccanismi di trasduzione comuni

che stimolano l’espressione genica e talvolta l’apoptosi. I ligandi sono trimerici, solubili o di

membrana che inducono nel recettore un cambiamento conformazionale che permette di

reclutare la proteina adattatrice TRADD che recluta TRAF con specifica attività ligasi E3. Il

recettore per TNF di tipo 1 e la proteina Fas reclutano adattatori che attivano la caspasi-8 e

quindi inducono apoptosi.

Membri di questa famiglia sono: recettori per il TNF (TNFRI e TNFRII), la proteina CD40, la

proteina Fas, il recettore per la linfotossina e la famiglia dei recettori del fattore di attivazione

della cellula B (BAFF)

 Famiglia dell’IL-1 hanno dominio citoplasmatico conservato TIR (Toll-like/IL-1 receptor) per la

trasduzione del segnale . Il recettore attivato dimerizza, e il dominio TIR recluta proteine

adattatrici contenenti anch’esse un dominio TIR, le quali collegano i recettori a membri della

famiglia degli IRAK (IL-1R-Associated Kinase) che a loro volta mettono in contatto le proteine

adattatrici alla proteina TRAF6 (ubiquitina ligasi E3 necessaria per l’attivazione di NF-κB).

Altri eventi a valle della trasduzione del segnale dei TLR includono l’attivazione della chinasi

MAP e la fosforilazione di IRF3 e IRF7, responsabili della trascrizione dell’interferone di tipo I.

Diverse molecole adattatrici collegano i TLR alla trasduzione del segnale da parte di NF-κB,

all’attivazione delle chinasi MAP, all’attivazione tardiva di NF-κB e all’attivazione di IRF3.

Via di trasduzione del segnale JAK-STAT: coinvolge le chinasi JAK (sono note JAK da 1 a 3 e

TYK2) e i fattori di trascrizione STAT (STAT da 1 a 4, 5a, 5b, e 6).

Le forme inattive delle chinasi JAK sono associate non covalentemente ai domini

citoplasmatici dei recettori per le citochine di tipo I e II. L’aggregazione di due catene

recettoriali causata dal legame della citochina determina l’attivazione delle JAK associate al

recettore, che fosforilano residui di tirosina nella coda citoplasmatica del recettore. Le

tirosine fosforilate sono riconosciute da domini SH2 delle proteine STAT, che si trovano nel

citoplasma in forma monomerica. Le proteine STAT sono fosforilate dalle JAK associate al

recettore, e diventano capaci di legare il dominio SH2 di un’altra STAT, formando un dimero

che si stacca dal recettore e trasloca al nucleo, dove si lega ai promotori dei geni responsivi

alle citochine, attivandone la trascrizione.

Come abbiamo risposte specifiche alle molte citochine a fronte del limitato numero di JAK e

STAT? Grazie all’attivazione di diverse combinazioni di JAK e STAT, dovuta alla presenza in

ciascun recettore di sequenze aminoacidiche specifiche. Infatti, i diversi domini SH2 presenti

nelle proteine STAT riconoscono selettivamente

strutture date sia dai residui di fosfotirosina sia dalle

sequenze aminoacidiche adiacenti. Molti recettori di

tipo I e II sono dimeri formati da due diverse catene,

ognuna delle quali è in grado di legare una JAK diversa.

Inoltre, due diverse STAT fosforilate possono formare

eterodimeri.

 Le citochine di tipo I che usano la catena comune γ

(codificata da un gene sul cromosoma X) attivano JAK3

che è l’unico membro di questa famiglia con

espressione non ubiquitaria, ma ristretta alle cellule

del sistema immunitario

 I recettori per le citochine di tipo I della famiglia di IL-6

usano JAK2 per attivare STAT3.

 Oltre a JAK e STAT, le citochine attivano altre vie di

trasduzione. La catena β del recettore per l’IL-2 attiva

le vie RAS/MAPK che possono stimolare la

proliferazione cellulare e la trascrizione genica. È quindi possibile che i recettori per le

citochine attivino le vie JAK/STAT in combinazione con altre vie di trasduzione, determinando

così la specificità delle risposte biologiche.

Regolazione negativa della via JAK-STAT:

 Le proteine SOCS caratterizzate da un dominio SH2 e una regione C-terminale conservata

chiamata SOCS box, fungono da adattatori per l’attività di una ligasi E3. Il legame alle STAT e

alle JAK attivate determina l’ubiquitinazione e la degradazione da parte del proteasoma grazie

alle ligasi E3 a esse associate. I livelli delle proteine SOCS possono essere regolati dai ligandi

dei TLR e dalle citochine. Quindi le proteine SOCS agiscono da regolatori a feedback negativo

della stimolazione cellulare da parte di citochine.

 tirosine fosfatasi (come SHP-1 e 2) defosforilano e inattivano le JAK.

 inibitori di STAT : si legano a STAT fosforilate impedendo la loro interazione col DNA. Gli

inibitori di STAT inibiscono anche i fattori trascrizionali IRF, NFkB, SMAD.

Vie di attivazione di NF-kB:

NF-kB è un fattore trascrizionale fondamentale per l’infiammazione, l’attivazione linfocitaria,

la sopravvivenza cellulare, la formazione degli organi linfoidi secondari e lo sviluppo dei

linfociti. Interviene anche nella patogenesi di tumori che derivano da linfociti attivati.

NF-κB viene attivato da TLR, BCR, TCR, recettori per le citochine delle famiglia TNFR e IL-1R,

quindi è coinvolto nelle risposte innate e adattative.

La famiglia degli NF-kB è formata da cinque proteine accomunate dal dominio di omologia Rel

che lega il DNA. Un fattore trascrizionale per attivare la trascrizione necessita di un dominio

di attivazione: tre proteine NF-κB hanno i domini di attivazione p65/RelA, RelB e c-Rel. NF-κB1

forma eterodimeri attivi o con p65/RelA o c-Rel che risiedono nel citoplasma legati all’ IκBα e

vengono attivati da numerosi recettori coinvolti nell’induzione dell’infiammazione e

nell’attivazione linfocitaria

Al contrario, NFκB1/p50 e NF-κB2/p52 mancano dei domini di attivazione.

 Via canonica di attivazione dell’NFkB: il riconoscimento del ligando attiva un’ubiquitina ligasi

E3 che aggiunge una catena di ubiquitina di tipo lisina-63 a una proteina detta NEMO o IKKγ

(subunità non catalitica del complesso enzimatico IKK) che contiene anche le subunità IKKα e

β che sono serina/treonina chinasi. L’ubiquitinazione di NEMO permette a IKKβ di essere

attivata da una chinasi a monte, e questa attivazione le permette di fosforilare IκBα (proteina

inibitoria legata a NF-κB), in corrispondenza di due specifiche serine, contrassegnandola per

l’ubiquitinazione lisina-48 e per la degradazione da parte del proteasoma. Gli eterodimeri

canonici di NF-κB possono a questo punto entrare nel nucleo. Le PKC-θ e la PKC-β (attivate

rispettivamente da TCR e BCR) fosforilano CARMA1 che forma un complesso con Bcl-10 e

MALT1, che attiva TRAF (una ubiquitina ligasi E3 di tipo lisina-6) che attiva la chinasi TAK1 e

ubiquitina la proteina NEMO, facilitando così l’attivazione di IKKβ.

Anche i TLR e gli il-1R1 attivano TRAF6 per attivare l’IKK. Molti membri della famiglia dei

recettori del TNFR, tra cui TNFR e CD40, attivano la via canonica mediante TRAF2, TRAF3 e

TRAF5. Vediamo questa via nell’immagine

 Via non canonica o alternativa: è importante per la biogenesi degli organi linfoidi e la

sopravvivenza dei linfociti B naïve. Viene attivata dai recettori LTβR e BAFFR che attivano un

complesso simile all’IKK, contenente però omodimeri IKKα, che ubiquitina e degrada una

parte del dimero NF-κB2-RelB, cui consegue il rilascio della proteina attiva.

** Integrazioni Prof Bilancio

 Ras è uno degli oncogeni più mutati nei tumori (nel 30-40% dei tumori). Src è stato il primo

oncogene identificato

 Ras ha un’attività GTPasica intrinseca quindi può spegnersi da solo. Viene invece attivato dalle

proteine GEF che scambiano GDP con GTP. Ha un indice proliferativo altissimo nelle cellule.

 Le proteine G Rho e Rac sono state identificate come componenti del movimento cellulare,

ma se mutate danno alla cellula capacità di muoversi senza interagire col ligando e di

metastatizzare. Il melanoma ha un’alta capacità di metastatizzare.

 Ligandi come EGF, PDGF, NGF legano i recettori di membrana; ligandi come l’estradiolo sono

lipofilici e attraversano per diffusione passiva la membrana plasmatica. Sia i fattori di crescita

sia gli ormoni steroidei possono attivare la stessa pathway.

 Le chinasi in genere fosforilano serina e treonina; la fosforilazione della tirosina è rara e legata

solo ad alcune funzioni: prolifera