LE CELLULE SOPPRESSORIEMYELOID-DERIVED SUPPRESSOR CELLS (MDSC)

MYELOID-DERIVED SUPPRESSOR CELLS (MDSC)

o Prime osservazioni più di 20 anni fa in pazienti con patologie tumorali (Young et al., 1987; Buessow et al., 1984; Seung et al., 1995).

o Funzione apprezzata solo recentemente: evidenze regolazione negativa della risposta immunitaria nel cancro e in altre patologie.

o È ormai dimostrato che l’attività immunosoppressoria è propria di una popolazione conosciuta come Myeloid-Derived Suppressor Cells (MDSCs).

o Carattistiche comuni a tutte le MDSCs sono l’origine mieloide, lo stato immaturo e la notevole capacità di sopprimere la risposta immunitaria (Gabrilovich et al., 2007).

o Le MDSCs: una popolazione cellulare mieloide estremamente eterogenea.

Progenitori cellulari mieloidi

cellule mieloidi immature (IMCs)

Maturano velocemente

granulociti, macrofagi, cellule dendritiche

Normale

o Patologie infiammatorie, o Sepsi, o Trauma, o Trapianto di midollo osseo, o Alcune patologie autoimmuni.

Cancro

Ma anche….

BLOCCOdifferenziazione delle IMCs

Espansione della popolazione IMCs

Blocco differenziamento in cellule mieloidi mature

MDSCs in midollo osseo, sangue, linfonodi milza e siti neoplastici e nella maggior parte

dei pazienti e dei topi con tumore.

Il tumore libera fattori che Il tumore libera fattori che condizionano la mielopoiesicondizionano la mielopoiesi

IL-1β, IL-1β,

IL-6, IL-6,

PGEPGE22, ,

proteina S100A8/A9proteina S100A8/A9

componente C5a del complementocomponente C5a del complemento

VEGF VEGF

Espansione delle MDSCs e blocco Espansione delle MDSCs e blocco del differenziamento in cellule mieloidi del differenziamento in cellule mieloidi

maturemature

MYELOID-DERIVED SUPPRESSOR CELLS MYELOID-DERIVED SUPPRESSOR CELLS (MDSCs)(MDSCs)

Costituiscono un’eterogenea popolazione cellure di origine mieloide, composta da progenitori cellulari mieloidi e cellule mieloidi immature (IMCs)

granulocitiche monocitiche

• Sono in grado di inibire la risposta immunitaria

• Rilevabili in caso di infezioni batteriche, da parte di parassiti e in caso di insorgenza di tumori

• Espansione indotta in risposta a stimoli (tra cui IL-1β, IL-6, PGE2) che vengono secreti da parte delle cellule del tumore.

Fattori stimolanti le MDSCs

ESPANSIONE E ATTIVAZIONE DELLE MDSCsESPANSIONE E ATTIVAZIONE DELLE MDSCs

MDSCs sono indotte e/o attivate da mediatori pro-infiammatori

MECCANISMI DELL’ ATTIVITA’ IMMUNOSOPPRESSORIA MECCANISMI DELL’ ATTIVITA’ IMMUNOSOPPRESSORIA DELLE MDSCsDELLE MDSCs

MDSCsMDSCs

Iperespressione di fattori immuno-soppressivi

o Enzima arginasi (codificata da arg1).

o Sintetasi inducibile di ossido nitrico (iNOS o NOS2).

o Incremento prod. specie reattive ossigeno (ROS) e ossido nitrico (NO).

iNOS NO

aa L-arginina sub. 2 enzimi

Arginasi Urea e L-ornitina

- MDSCs esprimono alti livelli di arginasi e iNOS

- Entrambi gli enzimi, ruolo diretto nell’inibizione cellule T

- Correlazione tra disponibilità arginina e regolazione prolif. cellule

T

- Incrementata attività arginasi MDSCs, aumento catab. L-arginina

L-arginina e attività soppressoria

Ossido Nitrico (NO) e Attività Soppressoria

NO sopprime la funzione delle cellule T tramite diversi meccanismi:

- Inibizione di JAK3 e STAT5 nelle cellule T (Bingisser et al., 1998),

- Inibizione dell’espressione di MHC di classe II (Harari et al., 2004),

- Induzione dell’apoptosi nelle cellule T (Rivoltini et al., 2002).

Incrementata produzione di ROS è una delle caratteristiche principali delle MDSCs sia in tumour-bearing mice che nei pazienti con cancro (Szuster-Ciesielska et al., 2004; Waris et al., 2006; Mantovani et al., 2003; Agostinelli et al., 2006; Youn et al., 2008; Kusmartsev et al., 2004; Schmielau et al., 2001; Kusmartsev et al., 2005).

L’inibizione della produzione di ROS in MDSCs isolate da topi e da pazienti con cancro, annulla completamente gli effetti soppressori di tali cellule in vitro (Szuster-Ciesielska et al., 2004; Kusmartsev et al., 2004; Schmielau et al., 2001).

La presenza di ROS blocca l’attivazione delle cellule T indotta da CD3/CD28 (Kusmartsev et al., 2000).

ROS

E’ il prodotto della reazione chimica tra NO e l’anione superossido (O2-)

Fondamentale nel meccanismo soppressorio delle cell. T da parte delle MDSCs.

E’ uno dei più potenti ossidanti prodotti nell’organismo.

Induce la nitrazione e la nitrosilazione degli amminoacidi cisteina, metionina, triptofano e tirosina (Vickers et al., 1999).

Livelli incrementati di perossinitrito sono presenti nei siti di accumulo di MDSCs e di cellule dell’infiammazione, inclusi siti con reazioni immunitarie in corso.

Perossinitrito (ONOO-)

Alti livelli di perossinitrito sono associati alla progressione tumorale di diversi tipi di cancro che sono stati collegati alla presenza di cellule T non competenti. (Vickers et al., 1999; Ekmekcioglu et

al., 2000; Dairou et al.,2005).

La produzione di perossinitrito da parte di MDSCs durante il contatto diretto con le cellule T causa la nitrazione delle molecole TCR (T Cell Receptor), alterando il legame specifico della cellula al peptide bersaglio e rendendola incapace di rispondere alla stimolazione antigene-specifica (Dmitry et al., 2009).

Descritta anche la capacità delle MDSCs di promuovere

de novo lo sviluppo in vivo di cellule T regolatorie

(FOXP3+), che a loro volta inibiscono l’immunità

cellulo-mediata (Yang et al., 2006; Huang et al., 2006).

La produzione di Treg da parte delle MDSCs richiede

l’attivazione di cellule T tumore-specifiche e la

presenza di IL-10 e IFNγ, mentre è indipendente da NO

(Huang et al., 2006).

Induzione di cellule Treg

MDSCs sopprimono l’immunità anti-tumorale tramite diversi

meccanismiAttivazione cell. T inibita da prod. arginasi e ROS, da nitrazione del TCR,

catabol. cisteina e arginina, induz. Treg. L’immunità innata è ostacolata da diminuita prod. IL-12 dai macrofagi, da prod. IL-10 e da soppress. citotossicità delle NK.Pres. antigene limitata dall’espansione MDSCs a spese delle DCs.

MDSCs COME BERSAGLIO TERAPEUTICO

MDSCs sono uno dei più importanti elementi immunosoppressivi nel cancro e in altre condizioni patologiche:

1.Differenziazione delle cellule mieloidi

2. Inibizione dell’espansione delle MDSCs

3. Eliminazione delle MDSCs

Promuoverne la differenziazione in cellule mieloidi mature prive di attività immunosoppressoria.

La vitamina A media questo effetto: metaboliti della vitamina A, come l’acido retinoico, stimolano la differenziazione dei progenitori mieloidi in DCs e macrofagi (Gabrilovich et al., 2001; Hengesbach et al., 2004).

La somministrazione di concentrazioni terapeutiche di all-trans retinoic acid (ATRA) ha mostrato un sostanziale decremento della presenza di MDSCs in pazienti con cancro e in tumour-bearing mice.

ATRA induce differenziazione delle MDSCs mediante l’incremento della sintesi di glutatione che riduce i livelli di ROS nella MDSCs (Nefedova et al., 2007).

Differenziazione delle cellule mieloidi

Poiché l’espansione delle MDSCs è regolata da fattori derivanti dal

tumore, diversi studi si sono focalizzati sulla neutralizzazione

degli effetti di tali fattori (Fricke et al., 2007; Kusmartsev et

al.,2008; Melanie et al., 2007)

Inibizione dell’espansione delle MDSCs

Bloccando i diversi pathways che regolano la produzione di

fattori soppressori da parte delle MDSCs. Un potenziale target

di questa strategia è COX-2. Inibitori di COX-2 diminuiscono la

produzione di ARG1 da parte delle MDSCs, aumentando la

risposta antitumorale T e l’efficacia terapeutica delle

immunoterapie (Talmadge et al., 2007; Zea et al., 2005).

Inibizione della funzione delle MDSCs

La diminuzione del numero delle MDSCs in tumour-bearing mice

aumenta la risposta T tumore-specifica, e la combinazione di ATRA

con due tipi di vaccino contro il cancro prolunga gli effetti anti-

tumorali dei vaccini in due diversi modelli murini (Kusmartsev et al.,

2003).

MDSCs possono essere eliminate tramite l’utilizzo di farmaci

chemioterapici. La somministrazione di uno di questi farmaci, la

gemcitabina, in topi in cui erano presenti tumori, ha prodotto un

drastico calo del numero di MDSCs nella milza e un aumento

della risposta anti-tumorale indotta da immunoterapia (Suzuki et

al., 2005).

Eliminazione delle MDSCs