Immunogenic and tolerogenic cell death Douglas R. Green , Thomas Fergunson, Laurence Zitvogel and Guido Kroemer Nature Reviews/ Immunology – May 2009

Introdução Papel primitivo da morte celular como mecanismo de defesa; Resposta imune inata e adaptativa; Morte celular sem auto-reatividade.

Então como o sistema imune diferencia entre diferentes mecanismos de morte? PAMPs e DAMPs ABORDAGENS Tipos de morte celular

PAMPs “O reconhecimento de PAMPs pelas células imunes dita a diferença entre a morte silenciosa e a morte celular imunogênica” Mas... células transformadas frequentemente desencadeiam uma resposta antitumoral efetiva quando morrem; Além disso... debris de células não-transformadas em alguns casos pode estimular respostas auto-imune órgão-específico ou generalizada.

DAMPs “Para que a morte celular seja imunogênica, é necessário a liberação de DAMPs para estimular as células imunológicas” DAMPs são reconhecidos por receptores de reconhecimento de padrões (PRRs) Calreticulina; HSPs; Fosfatidilserina; Ptns, ácidos nucl.; HMGB1

DAMPs

Tipos de morte celular

Apoptose Redução do volume celular; Condensação da cromatina; Fragmentação nuclear; Pouca ou nenhuma modificação estrutural das organelas citoplasm. Blebbing da MP Taylor et al, 2008. Nature Reviews/ Molecular Immunology

Autofagia Conservação da cromatina; Vacuolização do citoplasma. Kondo & Kondo, 2006. Autophagy.

Autofagia x Apoptose Kondo & Kondo, 2006. Autophagy.

Necrose e necrose secundária Oncose; Inchaço de organelas; Ruptura da MP; Perda do conteúdo intracelular. Lawrence et al, 2001. Nature Reviews/ Immunology

Piroptose Não há relato de imunogenicidade In vivo. Franchi et al, 2009. Nature Reviews/ Immunology

Catástrofe mitótica Micronucleação; Multinucleação. Vakifahmetoglu et al, 2008. Nature

Tipos de morte celular Logo.... “ A morte celular fisiológica é considerada toleragênica, enquanto a patológica é altamente imunogênica e desencadeia reações inflamatórias” No entanto... Células morrendo por apoptose podem ser altamente imunogênicas, enquanto que células necróticas podem ser menos imunogênicas; Logo.... Existem subtipos de morte celular, e isso depende de diferenças na composição da superfície da células e/ou nos produtos que são secretados. É o que determina se a morte da célula é imunogênica ou não.

Considerando outros fatores... (1) vertidas da superfície corporal Destino das células mortas???? (2) Engolfadas por células especializadas “Dependerá do antígeno, o DAMPs e do tipo de DC que engolfará a célula morta.”

Considerando outros fatores... Que célula morre? Quando e como ela morre? Qual a célula que a engolfará? Quando (e se) os antígenos associados são reconhecidos?

Objetivo Discutir se a resposta imune à morte celular resulta em uma moderada resposta imune (tal como uma resposta imune antitumoral, resposta específica ou auto-imunidade), em uma tolerância imune ou em nenhuma resposta.

Como as células em morte afetam a resposta imune A apoptose é toleragênica e não imunogênica (silenciamento imunológico), enquanto que a necrose é imunogênica???? Cels. quimicamente modificadas injetadas na câmara anterior do olho provou que elas sofrem apoptose neste sítio; Céls. apoptóticas engolfadas por DCs podem produzir um estado de tolerância antigênica em modelos de hipersensibilidade por contato, auto-imunidade e outras respostas imunes; A injeção intravenosa de células de baço acopladas com um hapteno induziu tolerância em um modelo de hipersensibilidade ao hapteno, através de uma mecanismo que envolve a apoptose das células injetadas pela interação entre FAS (CD95) e seu ligante FASL (CD95L).

Como as células em morte afetam a resposta imune Isso não é regra!!! A apoptose de células tumorais induzida pela quimioterapia têm mostrado desencadear uma resposta imune; Antígenos de células apoptóticas podem ser apresentados a células T-citotóxicas e iniciar uma resposta imune; Logo, o tipo de morte celular por si só não prediz se desencadeará uma resposta imune ou a tolerância.

Morte celular imunogênica

Ensaios para determinar se a morte é imunogênica ou toleragênica Injetadas s.c. dentro de um flanco do animal Céls. são programadas pra morrer in vitro Céls. tumorais são injetadas no flanco oposto 1 semana depois Tumores Observação Resposta T-citotóxica pode ser avaliada ex vivo ou in vitro pelo estímulo de células T periféricas com células tumorais ou pela transferência dessas células para camundongos virgens para avaliar a habilidade de afetar a resposta imune antitumoral

Ensaios para determinar se a morte é imunogênica ou toleragênica Células apoptóticas acopladas com antígeno Injetada intrav. em camundongos 5 dias depois O mesmo atg foi injetado em uma coxa do animal, e solução controle foi injetada na outra coxa 24 horas depois DTH (inchaço da coxa) Este ensaio pode ser adaptado para avaliar imunotolerância.

Parâmetros para avaliação do tipo de morte celular Tipo celular, estado de ativação e stress Durante a oncogênese, os tumores podem adquirir muitas mutações, algumas das quais dão origem a peptídios antigênicos alterados que deveriam ser reconhecidos pelo sistema imune como auto-alterado. O estado de ativação antes da indução da morte celular pode afetar sua imunogenicidade. Céls. mononucleares de sangue periférico, quando irradiadas, podem induzir a expressão de marcadores de maturação e a secreção de citocinas pro-inflamatórias; Céls. T que sucumbiram a morte celular induzida por ativação após seleção clonal promoveram tolerância pela estimulação de células TCD8 regulatórias. Logo, o tempo de captura da célula morta pode ser importante: células que morrem no pico de uma resposta imune podem ser imunogênicas, considerando que células que morrem quando o sistema imune diminui essa resposta podem ser toleragênicas.

Parâmetros para avaliação do tipo de morte celular Tipo celular, estado de ativação e stress Respostas ao stress, como ao dano do DNA pode alterar a composição do proteoma celular; O dano do DNA ou a ativação de oncogenes pode levar a senescencia celular.

Características das células em morte Quimioterapia Calreticulina e vacina contra o câncer

Engolfamento de células em morte Os sinais encontre-me são mais importantes para a indução da tolerância do que para desencadear uma reposta imune. Liberação de sinais ‘encontre-me’ (lisofosfatidilcolina, produzida pela ação da iPLA2) Liberação de sinais ‘coma-me’ (decorrentes das consequências dos tipos de morte diferentes)

Ativação de caspase Autofagia A ativação de caspases tem muitos efeitos sobre a imunogenicidade da morte celular A atividade da caspase pode levar a destruição proteolítica de epítopos imunodominantes, revelando novos epítopos e facilitando a via de apresentação cruzada em DCs. Clivagem de antígenos pelas caspases pode criar novas terminações amino, que marca o antígeno para a degradação proteassomal, o que pode facilitar na degradação. A inibição das caspases afeta a exposição de sinais “encontre me”, “coma me” e a secreção de DAMPs. Autofagia

Indução de tolerância pelas células em morte A morte celular imunogênica deve ser direcionada para células tumorais ou infectadas, enquanto a morte celular toleragênica deve ser associada a proteção contra respostas imunes indesejáveis... Disponilidade de ajuda; Localização das células em morte e das que vão engolfá-la; Receptores para as células em morte; Modificação dos DAMPs; Liberação de mediadores imunossupressores.

Disponibilidade de ajuda Antígenos que estão associados com células apoptóticas e engolfados por DCs podem ser apresentadas pelas moléculas de classe 1 do MHC a células CD8 T e CTLs. DCs que engolfaram células necróticas apresentaram antígeno tanto para células CD4 quanto para CD8, mas aquelas que engolfaram células apoptóticas apresentaram antígeno somente para a célula CD8 T. TRAIL (inibiu a indução da resposta imune mediada por células)

Localização dos tipos celulares Injeção intravenosa x Injeção subcutânea Localização no baço; Tendência toleragênica; Influência no tipo de DC Tendência imunogênica.

Receptores para as células em morte Receptores envolvidos no reconhecimento e/ ou engolfamento de células apoptóticas podem determinar o resultado da resposta imune às células em morte

Modificação dos DAMPs O processo de apoptose pode modificar os DAMPs a promover tolerância ao invés de resposta imune. Ativação das caspases Produção de ROS Inativação de HMGB1

Liberação de mediadores imunossupressores Células apoptóticas podem produzir, além de TGF β, citocinas como IL-10 , que pode influenciar no tipo de resposta específica de célula T que é induzida.

Indução de tolerância pelas células em morte

Conclusões Importância de se entender o complexo processo com que nosso sistema imune lida com a morte celular;

Mas por que os efeitos da morte de células no nosso sistema imune são tão complexos???

Conclusão It takes all the ‘running’ our evolving immune system can do to ‘stay in the same place’ with respect to the consequences of dying cells for the immune response