LE CELLULE SOPPRESSORIE MYELOIDDERIVED SUPPRESSOR CELLS MDSC MYELOIDDERIVED

LE CELLULE SOPPRESSORIE MYELOID-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.

Normale Progenitori cellulari mieloidi cellule mieloidi immature (IMCs) Maturano velocemente granulociti, macrofagi, cellule dendritiche

Cancro Ma anche…. o o o Patologie infiammatorie, Sepsi, Trauma, Trapianto di midollo osseo, Alcune patologie autoimmuni.

BLOCCO differenziazione 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 condizionano la mielopoiesi IL-1β, IL-6, PGE 2, proteina S 100 A 8/A 9 componente C 5 a del complemento VEGF

MYELOID-DERIVED SUPPRESSOR CELLS (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, PGE 2) che vengono secreti da parte delle cellule del tumore.

ESPANSIONE E ATTIVAZIONE DELLE MDSCs Fattori stimolanti le MDSCs

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

MECCANISMI DELL’ ATTIVITA’ IMMUNOSOPPRESSORIA DELLE MDSCs

Iperespressione di fattori immuno-soppressivi o Enzima arginasi (codificata da arg 1). o Sintetasi inducibile di ossido nitrico (i. NOS o NOS 2). o Incremento prod. specie reattive ossigeno (ROS) e ossido nitrico (NO).

L-arginina e attività soppressoria i. NOS aa L-arginina NO sub. 2 enzimi Arginasi Urea e L-ornitina - MDSCs esprimono alti livelli di arginasi e i. NOS - 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

Ossido Nitrico (NO) e Attività Soppressoria NO sopprime la funzione delle cellule T tramite diversi meccanismi: - Inibizione di JAK 3 e STAT 5 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).

ROS 1. Incrementata produzione di ROS è una delle caratteristiche principali delle MDSCs sia in tumourbearing 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). 2. 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). 3. La presenza di ROS blocca l’attivazione delle cellule T indotta da CD 3/CD 28 (Kusmartsev et al. , 2000).

Perossinitrito (ONOO-) 1. E’ il prodotto della reazione chimica tra NO e l’anione superossido (O 2 -) 2. Fondamentale nel meccanismo soppressorio delle cell. T da parte delle MDSCs. 3. E’ uno dei più potenti ossidanti prodotti nell’organismo. 4. Induce la nitrazione e la nitrosilazione degli amminoacidi cisteina, metionina, triptofano e tirosina (Vickers et al. , 1999). 5. Livelli incrementati di perossinitrito sono presenti nei siti di accumulo di MDSCs e di cellule dell’infiammazione, inclusi siti con reazioni immunitarie in corso.

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).

Induzione di cellule Treg 1. Descritta anche la capacità delle MDSCs di promuovere de novo lo sviluppo in vivo di cellule T regolatorie (FOXP 3+), 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 tumorespecifiche e la presenza di IL-10 e IFNγ, mentre è indipendente da NO (Huang et al. , 2006).

MDSCs sopprimono l’immunità anti-tumorale tramite diversi meccanismi Attivazione 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

Differenziazione delle cellule mieloidi 1. Promuoverne la differenziazione in cellule mieloidi mature prive di attività immunosoppressoria. 2. 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). 3. 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. 4. ATRA induce differenziazione delle MDSCs mediante l’incremento della sintesi di glutatione che riduce i livelli di ROS nella MDSCs (Nefedova et al. , 2007).

Inibizione dell’espansione delle MDSCs 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 della funzione delle MDSCs 1. 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 ARG 1 da parte delle MDSCs, aumentando la risposta antitumorale T e l’efficacia terapeutica delle immunoterapie (Talmadge et al. , 2007; Zea et al. , 2005).

1. 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). Eliminazione delle 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).