Rhumatologie, immunologie et immunologie clinique

Dr Stephan Gadola Berne

Structure et cinétique de liaison de trois récepteurs de cellules T CD1d/alpha-galactosylcéramide-spécifiques humains différents

Résumé
Tous les mammifères ont en commun un sous-groupe de lymphocytes T spécialisés, les lymphocytes T NK (NKT), pour lesquels des fonctions immunorégulatrices importantes ont récemment été montrées. Ces cellules ont été à l´origine identifiées phénotypiquement sur la base de leur co-expression des ré-cepteurs de cellules T (TCR) et des récepteurs de cellules natural killer (NK) et ont donc été désignées par le terme cellules NKT. Des études supplémentaires ont montré que le TCR de ces cellules NKT chez la souris et l´homme se composait de familles de chaînes variables alpha (Vα) et bêta (Vβ) hautement conservées parmi les TCR. En outre, la boucle CDR3 de la chaîne Vα(CDR3α), en contact direct avec l´antigène et fortement polymorphe dans les lymphocytes T normaux, est invariable au sein de ces cellu-les NKT spécialisées. Le TCR des cellules NKT humaines est un hétérodimère composé d´une chaîne invariable Vα24-Jα18 et d´une chaîne variable Vβ11. Des études antérieures sur les NKT chez la souris ont montré que le TCR induisait la sécrétion rapide par les cellules NKT d´une grande quantité d´interleukine 4 (IL-4), une cytokine Th2, suivie par une sécrétion massive d´interféron-γ (IFNγ), une cy-tokine Th1. Une avancée majeure dans la compréhension de ces cellules a été la preuve de leur recon-naissance des molécules CD1d non polymorphes présentant des antigènes glycolipidiques et phospholi-pidiques. Un glycolipide synthétique dérivé d´une éponge marine, l´alpha-galactosylcéramide (KRN7000), s´est avéré être un ligand CD1d fortement stimulateur des cellules NKT. Il est aujourd´hui encore utilisé dans l´étude de la fonction des cellules NKT. Les cellules NKT stimulées par le KRN7000 libèrent de grosses quantités de cytokines uniquement via la fixation de type CD1d sur le TCR et sont également en mesure de tuer des cellules cibles porteuses de CD1d. La stimulation in-vivo des NKT par le KRN7000 conduit, dans différents modèles murins, à l´élimination des tumeurs malignes. À l´inverse, le rôle physio-logique des cellules NKT est relativement mal connu en raison, entre autres, de l´absence d´identification convaincante jusqu´ici chez les organismes eucaryotes d´un ligand capable de stimuler les NKT de la même manière que KRN7000. Des études récentes sur des souris KO pour CD1d et NKT suggèrent un rôle crucial des cellules NKT dans le maintien de la tolérance immunitaire. Ces fonctions des cellules NKT dépendent de la sécrétion des cytokines Th2 en réponse aux interactions TCR–CD1d. Les résultats de cette étude sont en accord avec la forte baisse des cellules NKT observée chez les patients souffrant de maladies auto-immunes comme l´arthrite rhumatoïde.

Importance de l’ouvrage
Les nombreuses et importantes fonctions des cellules NKT pourraient, si elles se révélaient être utilisa-bles dans un objectif thérapeutique, ouvrir la voie vers de nouveaux traitements du cancer et des mala-dies auto-immunes. Les interactions protéine-protéine entre le TCR Vα24-Jα18/Vβ11 des cellules NKT et les molécules présentant l´antigène CD1d sont cruciales pour toutes les réponses fonctionnelles des NKT. C´est pourquoi nous avons en premier lieu analysé les caractéristiques de la liaison entre le TCR des cellules NKT humaines et divers complexes CD1d/lipides humains. Pour ce faire, nous avons produit un TCR de NKT humain recombinant soluble et des complexes CD1d/lipides humains recombinants. La liaison du TCR sur les complexes CD1d/lipides a été mesurée sur BiaCore. Nos résultats montrent que la force de la liaison (c-à-d. l´affinité, KD) et la cinétique de liaison (c-à-d. les taux ON et OFF, koff/kon) sont similaires à celles des interactions naturelles et hautement spécifiques entre le TCR peptide-spécifique et les molécules CMH de classe I. Ces études montrent en outre que la boucle CDR3α est essentielle pour la liaison hautement affine à CD1d/KRN7000 alors que les différentes chaînes alpha variables (par ex. Vα3.1 et Vα10), si elles sont connectées à Jα18, peuvent être impliquées dans la liaison à CD1d/KRN7000 de manière similaire à Vα24-Jα18. Ces études de la liaison ont été également complé-tées par une détermination des coordonnées atomiques. Nous avons produit des cristaux protéiques de trois versions différentes du TCR humain lié à CD1d/KRN7000: un TCR invariable Vα24-Jα18/Vβ11, un TCR Vα3.1-Jα18/Vβ11 et un TCR Vα10-Jα18/Vβ11. Les structures moléculaires des trois TCR cristallisés sont apparues très similaires entre elles et également avec celles des TCR peptides-spécifiques détermi-nées au cours d´études antérieures. Nous avions auparavant également cristallisé le complexe CD1d/KRN7000 et déterminé sa structure, nous avons donc pu utiliser notre structure du TCR afin de créer un modèle de docking moléculaire des interactions entre le TCR des NKT humaines et CD1d/KRN7000. Le modèle suggère que la boucle codée dans la lignée germinale CDR2 de la chaîne V11 est importante pour la stabilisation du TCR sur la protéine CD1d. Ce mécanisme pourrait expliquer l´utilisation préférentielle de certaines chaînes bêta variables par les cellules NKT humaines et murines.
Nos prochaines études porteront sur le rôle spécifique de la boucle CDR3 de la chaîne Vβ11 pour la fonction des NKT. Une compréhension complète des propriétés structure-liaison des cellules NKT envers les complexes CD1d/lipides pourrait ouvrir la voie vers le développement de principes actifs thérapeuti-ques influençant les TCR des NKT et/ou CD1d afin de lutter contre le cancer et les maladies auto-immunes.

Gadola S, Koch M, Marles-Wright J, Lissin NM, Shepherd D, Matulis G, Harlos K, Villiger PM, Stuart JI, Jakobsen BK, Cerundolo V, Jones EY. Structure and binding kinetics of three different human CD1d-alpha-galactosylceramide-specific T cell receptors. J Exp Med. 203:699-710; 2006
(recommended by the Faculty of 1000 Biology: evaluations for Gadola SD et al J Exp Med 2006 Mar 20 203 (3) :699-710 http://www.f1000biology.com/article/16520393/evaluation)
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Résumé du travail primé
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