CTLA-4 został zidentyfikowany w bibliotece cDNAmysichlimfocytów T cytotoksycznych w 1987 roku. Na podstawie analizy sekwencji nukleotydowych oraz przewidywanej sekwencji aminokwasowej odkrywcy zaklasyfikowali CTLA-4 do białek nadrodziny immunoglobulin[5]. Ludzki gen CTLA-4 zawiera 4 egzony[2]. Wykazano silne podobieństwo sekwencji nukleotydowej i aminokwasowej CTLA-4 do CD28, innego białka szeroko występującego na limfocytach T. Zarówno u myszy, jak i u człowieka obydwa geny znajdują się na tym samym chromosomie i w bezpośrednim sąsiedztwie, co wskazuje na pochodzenie od jednego genu, który uległ duplikacji[6]. Zgodnie z wnioskami wynikającymi z analizy sekwencji, model struktury mysiego CTLA-4 opublikowany na bazie badań krystalograficznych w 2000 roku wskazuje, że białko to należy do nadrodziny immunoglobulin i posiada topologię części zmiennej[1].
CTLA-4 występuje w formie homodimeru, przy czym podjednostki są połączone mostkiem siarczkowym między cysteinami 120 obydwu łańcuchów. Forma monomeryczna ma zdolność do wiązania ligandów, ale nie powoduje uaktywnienia szlaków sygnałowych[7][1]. Nietypową cechą dimeru CTLA-4, rzadko spotykaną w innych polimerycznych białkach, jest fakt, że miejsca wiązania ligandów znajdują się nie na styku dwóch podjednostek, formujących wspólnie pojedyncze miejsce wiążące, ale w znacznym oddaleniu od siebie. Pozwala to na wiązanie dwóch ligandów przez jeden dimer CTLA-4, a w konsekwencji na tworzenie w błonie komórkowej polimerycznych struktur CTLA-4 na przemian z CD80/CD86 w sposób przypominający zamek błyskawiczny[8][3][4]. Monomer błonowej formy CTLA-4 (CTLA-4TM) składa się ze 130 reszt aminokwasowych[9]. Masa cząsteczkowa w pełni glikozylowanego dimeru wynosi 45 kDa[10].
Poza pełną formą błonową opisano również formę rozpuszczalną (w skrócie sCTLA-4, z ang. soluble lub CTLA-4delTM[11]). W wyniku alternatywnego splicingu pierwotnego transkryptu może dochodzić do utraty egzonu 3, który koduje fragment transbłonowy. W ten sposób powstaje białko wydzielane do otoczenia, zawierające pełną domenę zewnątrzkomórkową[10]. Forma rozpuszczalna ludzkiego CTLA-4 składa się ze 137 reszt aminokwasowych i przy pełnej glikozylacji ma masę cząsteczkową 23 kDa[11][10]. Oprócz tego, że w trakcie splicingu sCTLA-4 usuwany jest jeden z egzonów, dochodzi jednocześnie do przesunięcia ramki doczytu, co powoduje dodanie kolejnych 22 kodonów przed kodonem stop. W wyniku tego forma rozpuszczalna jest dłuższa od formy błonowej, mimo braku fragmentu transbłonowego[10].
Trzecią opisaną izoformą CTLA-4 jest forma o nazwie liCTLA-4 (ang. ligand-independent CTLA-4), która jest niezdolna do wiązania CD80/CD86. Powstaje ona również w rezultacie alternatywnego splicingu i utraty egzonu 2. Egzon ten koduje domenę zewnątrzkomórkową, a zatem również fragment zawierający motyw MYPPPY, odpowiedzialny za rozpoznawanie ligandów. Taka cząsteczka wciąż jednak zachowuje funkcję inhibitora aktywacji limfocytów[12][13]. Peptyd ten zbudowany jest z 71 reszt aminokwasowych, a jego masa cząsteczkowa jest szacowana na ok. 8 kDa[12].
Typowa forma CTLA-4, zdolna do wiązania ligandów, nie występuje na dziewiczych limfocytach T, pojawia się natomiast po pobudzeniu limfocytu przez antygen[5] w obecności sygnału kostymulującego biegnącego od cząsteczki CD28. Z tego względu do ekspresji CTLA-4 dochodzi w limfocytach wykazujących obecność CD28[14]. Powierzchniowa forma CTLA-4 w warunkach homeostazy nie występuje na limfocytach B, może się jednak pojawiać w wyniku aktywacji tych komórek przez produkty bakteryjne i cytokiny[8] lub w wyniku kontaktu z aktywowanymi limfocytami T[15]. Rozpuszczalna forma CTLA-4 jest produkowana zarówno przez limfocyty T, jak i limfocyty B[11]. Poza limfocytami CTLA-4 może występować również na komórkach dendrytycznych[16][17].
CTLA-4 działa przede wszystkim jako cząsteczka hamująca aktywację limfocytów T[18], stanowiąc tym samym element negatywnego sprzężenia zwrotnego odpowiedzi odpornościowej. Z jednej strony ekspresja CTLA-4 jest pobudzana w wyniku stymulacji kompleksu TCR/CD3[14][19], z drugiej natomiast akumulacja cząsteczek CTLA-4 w obrębie synapsy immunologicznej jest wprost proporcjonalna do siły sygnału TCR[20]. Funkcja CTLA-4 uwidacznia się także w przypadku indukcji tolerancji pokarmowej, gdyż blokowanie CTLA-4 nie pozwala na jej uzyskanie[21]. Hamujące znaczenie CTLA-4, szczególnie w przypadku sygnałów indukowanych przez CD28, widoczne jest u myszy posiadających uszkodzony, niefunkcjonalny gen CTLA-4: zwierzęta te giną w 2–3 tygodniu życia na skutek niekontrolowanego podziału limfocytów (syndrom limfoproliferacyjny), co prowadzi do masywnego zapalenia w większości narządów[22][23]. CTLA-4 występujący na limfocytach B hamuje przełączanie klas i produkcję przeciwciał[8][24].
Molekularne mechanizmy inhibitorowego działania CTLA-4 opierają się na następujących zjawiskach:
Współzawodnictwo o ligandy z CD28. W tym wypadku istotną rolę odgrywa fakt, że zarówno CTLA-4 jak i CD28 wiążą te same cząsteczki[3][4], jednak powinowactwo CD28 do CD80 i CD86 jest mniejsze, niż powinowactwo CTLA-4. Prowadzi to do wyłączania CD28 z kompleksów z ligandami, a tym samym obniża poziom sygnału aktywującego limfocyty, a mechanizm ten odgrywa istotną rolę zarówno w przypadku formy błonowej CTLA-4, jak i formy rozpuszczalnej[25][26].
Hamowanie sygnału biegnącego od kompleksu TCR/CD3. Wewnątrzkomórkowy fragment CTLA-4 zawiera motyw aminokwasowy YVKM zdolny do wiązania fosfatazySHP2[27], chociaż prawdopodobnie wiązanie tego enzymu zachodzi nie bezpośrednio, ale za pośrednictwem innej kinazy, PI3K[28]. SHP-2 odpowiada m.in. za hamowanie fosfolipazy C gamma uruchamianej przez CD3. Rekrutacja kinazy SHP2 nie jest jednak niezbędna do hamującego działania CTLA-4[29][30]. Ponadto sygnał od TCR może być hamowany przez inną fosfatazę, PP2A, również wiążącą się z CTLA-4[31].
Hamowanie sygnału kostymulującego CD28. Fosfataza PP2A ma zdolność do hamowania produkcji IL-2 stymulowanej przez CD28[32] poprzez blokowanie kinazy Akt[33].
Modyfikacja szlaków kinaz MAP uruchamianych przez TCR, np. wzmocnienie szlaku JNK przy jednoczesnym hamowaniu szlaku ERK[34].
Hamowanie cyklu komórkowego. Sygnał biegnący od CTLA-4 powoduje, że w limfocytach T dochodzi do zmian ekspresji białek odpowiedzialnych za kontrolę cyklu komórkowego i w konsekwencji do spowolnionego przechodzenia komórek z fazy G1 do fazy S[35].
W limfocytach B ligacja CTLA-4 powoduje blokowanie szlaków NF-kB oraz STAT[8].
Polimorfizm CD152 jest związany z ryzykiem odrzucenia przeszczepu[59]. Limfocyty T CD4+ w wyniku infekcji HIV zwiększają ekspresję CTLA-4, co może mieć wpływ na rozwój niedoboru odporności u pacjentów[60][61][62].
Terapia przy użyciu przeciwciał anty-CTLA-4
Przeciwciała blokujące CTLA-4, a przez to zwiększające aktywację limfocytów, wykorzystuje się w leczeniu nowotworów[63][64]. Przykładem takiego leku jest ipilimumab, stosowany w leczeniu czerniaka złośliwego[65]. Badania wskazują, że efekty blokowania CTLA-4 w chorobach nowotworowych mogą być jeszcze silniejsze, gdy zostaną użyte przeciwciała blokujące również inne supresyjne szlaki sygnałowe, np. zależne od cząsteczek PD-1[66] lub CD73[67]. Efekt terapeutyczny przeciwciał anty-CTLA-4 może być zależny od wariantu genu CTLA4 występującego u danego pacjenta[68].
D.A.Ostrov,W.Shi,J.C.Schwartz,S.C.Almoi inni.Structure of murine CTLA-4 and its role in modulating T cell responsiveness.„Science”.290(5492),s.816–819,październik2000. PMID: 11052947.
J.C.Schwartz,X.Zhang,A.A.Fedorov,S.G.Nathensoni inni.Structural basis for co-stimulation by the human CTLA-4/B7-2 complex.„Nature”.410(6828),s.604–608 zec,2001. DOI: 10.1038/35069112. PMID: 11279501.
C.C.Stamper,Y.Zhang,J.F.Tobin,D.V.Erbei inni.Crystal structure of the B7-1/CTLA-4 complex that inhibits human immune responses.„Nature”.410(6828),s.608–611 zec,2001. DOI: 10.1038/35069118. PMID: 11279502.
J.F.Brunet,F.Denizot,M.F.Luciani,M.Roux-Dossetoi inni.A new member of the immunoglobulin superfamily--CTLA-4.„Nature”.328(6127).s.267–270. DOI: 10.1038/328267a0. PMID: 3496540.
K.Harper,C.Balzano,E.Rouvier,M.G.Mattéii inni.CTLA-4 and CD28 activated lymphocyte molecules are closely related in both mouse and human as to sequence, message expression, gene structure, and chromosomal location.„J Immunol”.147(3),s.1037–1044,sierpień1991. PMID: 1713603.
P.S.Linsley,S.G.Nadler,J.Bajorath,R.Peachi inni.Binding stoichiometry of the cytotoxic T lymphocyte-associated molecule-4 (CTLA-4). A disulfide-linked homodimer binds two CD86 molecules.„J Biol Chem”.270(25),s.15417–15424,czerwiec1995. PMID: 7541042.
C.Pioli,L.Gatta,V.Ubaldi,G.Doria.Inhibition of IgG1 and IgE production by stimulation of the B cell CTLA-4 receptor.„J Immunol”.165(10),s.5530–5536,listopad2000. PMID: 11067906.
T.Lindsten,K.P.Lee,E.S.Harris,B.Petryniaki inni.Characterization of CTLA-4 structure and expression on human T cells.„J Immunol”.151(7),s.3489–3499,październik1993. PMID: 8397258.
H.M.Kuiper,M.Brouwer,P.S.Linsley,R.A.van Lier.Activated T cells can induce high levels of CTLA-4 expression on B cells.„J Immunol”.155(4),s.1776–1783,sierpień1995. PMID: 7543532.
S.Laurent,P.Carrega,D.Saverino,P.Picciolii inni.CTLA-4 is expressed by human monocyte-derived dendritic cells and regulates their functions.„Hum Immunol”.71(10),s.934–941,październik2010. DOI: 10.1016/j.humimm.2010.07.007. PMID: 20650297.
Y.Han,Z.Chen,Y.Yang,Z.Jiangi inni.Human CD14(+) CTLA-4(+) regulatory dendritic cells suppress T cell response via CTLA-4-dependent IL-10 and IDO production in hepatocellular carcinoma.„Hepatology”,sierpień2013. DOI: 10.1002/hep.26694. PMID: 23960017.
K.Vandenborre,S.W.Van Gool,A.Kasran,J.L.Ceuppensi inni.Interaction of CTLA-4 (CD152) with CD80 or CD86 inhibits human T-cell activation.„Immunology”.98(3),s.413–421,listopad1999. PMID: 10583602.
G.J.Freeman,D.B.Lombard,C.D.Gimmi,S.A.Brodi inni.CTLA-4 and CD28 mRNA are coexpressed in most T cells after activation. Expression of CTLA-4 and CD28 mRNA does not correlate with the pattern of lymphokine production.„J Immunol”.149(12),s.3795–3801,grudzień1992. PMID: 1281186.
J.G.Egen,J.P.Allison.Cytotoxic T lymphocyte antigen-4 accumulation in the immunological synapse is regulated by TCR signal strength.„Immunity”.16(1),s.23–35,styczeń2002. PMID: 11825563.
E.B.Samoilova,J.L.Horton,H.Zhang,S.J.Khouryi inni.CTLA-4 is required for the induction of high dose oral tolerance.„Int Immunol”.10(4),s.491–498,kwiecień1998. PMID: 9620605.
P.Waterhouse,J.M.Penninger,E.Timms,A.Wakehami inni.Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4.„Science”.270(5238),s.985–988,listopad1995. PMID: 7481803.
R.Khattri,J.A.Auger,M.D.Griffin,A.H.Sharpei inni.Lymphoproliferative disorder in CTLA-4 knockout mice is characterized by CD28-regulated activation of Th2 responses.„J Immunol”.162(10),s.5784–5791,maj1999. PMID: 10229811.
D.Quandt,H.Hoff,M.Rudolph,S.Fillatreaui inni.A new role of CTLA-4 on B cells in thymus-dependent immune responses in vivo.„J Immunol”.179(11),s.7316–7324,grudzień2007. PMID: 18025174.
F.J.Ward,L.N.Dahal,S.K.Wijesekera,S.K.Abdul-Jawadi inni.The soluble isoform of CTLA-4 as a regulator of T-cell responses.„Eur J Immunol”.43(5),s.1274–1285,kwiecień2013. DOI: 10.1002/eji.201242529. PMID: 23400950.
P.A.van der Merwe,D.L.Bodian,S.Daenke,P.Linsleyi inni.CD80 (B7-1) binds both CD28 and CTLA-4 with a low affinity and very fast kinetics.„J Exp Med”.185(3),s.393–403,luty1997. PMID: 9053440.
H.Schneider,P.L.Schwartzberg,C.E.Rudd.Resting lymphocyte kinase (Rlk/Txk) phosphorylates the YVKM motif and regulates PI 3-kinase binding to T-cell antigen CTLA-4.„Biochem Biophys Res Commun”.252(1),s.14–9,listopad1998. DOI: 10.1006/bbrc.1998.9559. PMID: 9813138.
H.Schneider,C.E.Rudd.Tyrosine phosphatase SHP-2 binding to CTLA-4: absence of direct YVKM/YFIP motif recognition.„Biochem Biophys Res Commun”.269(1),s.279–283 zec,2000. DOI: 10.1006/bbrc.2000.2234. PMID: 10694513.
C.Nakaseko,S.Miyatake,T.Iida,S.Harai inni.Cytotoxic T lymphocyte antigen 4 (CTLA-4) engagement delivers an inhibitory signal through the membrane-proximal region in the absence of the tyrosine motif in the cytoplasmic tail.„J Exp Med”.190(6),s.765–774,wrzesień1999. PMID: 10499915.
W.A.Teft,T.A.Chau,J.Madrenas.Structure-Function analysis of the CTLA-4 interaction with PP2A.„BMC Immunol”.10,s.23,2009. DOI: 10.1186/1471-2172-10-23. PMID: 19405949.
M.L.Baroja,L.Vijayakrishnan,E.Bettelli,P.J.Darlingtoni inni.Inhibition of CTLA-4 function by the regulatory subunit of serine/threonine phosphatase 2A.„J Immunol”.168(10),s.5070–5078,maj2002. PMID: 11994459.
N.Erfani,B.Khademi,M.R.Haghshenas,Z.Mojtahedii inni.Intracellular CTLA4 and regulatory T cells in patients with laryngeal squamous cell carcinoma.„Immunol Invest”.42(2),s.81–90,2013. DOI: 10.3109/08820139.2012.708376. PMID: 23252863.
S.Kalathil,A.A.Lugade,A.Miller,R.Iyeri inni.Higher frequencies of GARP(+)CTLA-4(+)Foxp3(+) T regulatory cells and myeloid-derived suppressor cells in hepatocellular carcinoma patients are associated with impaired T-cell functionality.„Cancer Res”.73(8),s.2435–2444,kwiecień2013. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-12-3381. PMID: 23423978.
N.Erfani,S.M.Mehrabadi,M.A.Ghayumi,M.R.Haghshenasi inni.Increase of regulatory T cells in metastatic stage and CTLA-4 over expression in lymphocytes of patients with non-small cell lung cancer (NSCLC).„Lung Cancer”.77(2),s.306–311,sierpień2012. DOI: 10.1016/j.lungcan.2012.04.011. PMID: 22608141.
M.Jaberipour,M.Habibagahi,A.Hosseini,S.R.Habibabadi inni.Increased CTLA-4 and FOXP3
transcripts in peripheral blood mononuclear cells of patients with breast cancer.„Pathol Oncol Res”.16(4),s.547–551,grudzień2010. DOI: 10.1007/s12253-010-9256-8. PMID: 20306312.
S.K.Pruitt,D.Boczkowski,N.de Rosa,N.R.Haleyi inni.Enhancement of anti-tumor immunity through local modulation of CTLA-4 and GITR by dendritic cells.„Eur J Immunol”.41(12),s.3553–3563,grudzień2011. DOI: 10.1002/eji.201141383. PMID: 22028176.
V.Bharti,B.K.Mohanti,S.N.Das.Functional genetic variants of CTLA-4 and risk of tobacco-related oral carcinoma in high-risk North Indian population.„Hum Immunol”.74(3),s.348–352 zec,2013. DOI: 10.1016/j.humimm.2012.12.008. PMID: 23246583.
P.Gokhale,S.Kerkar,H.Tongaonkar,V.Salvii inni.CTLA-4 gene polymorphism at position +49 AG in exon 1: a risk factor for cervical cancer in Indian women.„Cancer Genet”.206(5),s.154–161,maj2013. DOI: 10.1016/j.cancergen.2013.04.003. PMID: 23830732.
F.Sellebjerg,M.Krakauer,M.Khademi,T.Olssoni inni.FOXP3, CBLB and ITCH gene expression and cytotoxic T lymphocyte antigen 4 expression on CD4(+) CD25(high) T cells in multiple sclerosis.„Clin Exp Immunol”.170(2),s.149–155,listopad2012. DOI: 10.1111/j.1365-2249.2012.04654.x. PMID: 23039885.
M.Araki,D.Chung,S.Liu,D.B.Rainbowi inni.Genetic evidence that the differential expression of the ligand-independent isoform of CTLA-4 is the molecular basis of the Idd5.1 type 1 diabetes region in nonobese diabetic mice.„J Immunol”.183(8),s.5146–5157,październik2009. DOI: 10.4049/jimmunol.0802610. PMID: 19783679.
X.Si,X.Zhang,Y.Luo,W.Tang.Association between the CTLA-4 +49A/G polymorphism and type 1 diabetes: a meta-analysis.„Genet Test Mol Biomarkers”.16(11),s.1336–1342,listopad2012. DOI: 10.1089/gtmb.2012.0169. PMID: 23009570.
Z.Chen,M.Fei,D.Fu,L.Zhangi inni.Association between cytotoxic T lymphocyte antigen-4 polymorphism and type 1 diabetes: a meta-analysis.„Gene”.516(2),s.263–270 zec,2013. DOI: 10.1016/j.gene.2012.12.030. PMID: 23261825.
D.Holmberg,CM.Cilio,M.Lundholm,V.Motta.CTLA-4 (CD152) and its involvement in autoimmune disease.„Autoimmunity”.38(3),s.225-33,2005. DOI: 10.1080/08916930500050210. PMID: 16126511.
K.Steiner,I.Waase,T.Rau,M.Dietrichi inni.Enhanced expression of CTLA-4 (CD152) on CD4+ T cells in HIV infection.„Clin Exp Immunol”.115(3),s.451–457 zec,1999. PMID: 10193417.
Q.Leng,Z.Bentwich,E.Magen,A.Kalinkovichi inni.CTLA-4 upregulation during HIV infection: association with anergy and possible target for therapeutic intervention.„AIDS”.16(4),s.519–529 zec,2002. PMID: 11872994.
J.J.Zaunders,S.Ip,M.L.Munier,D.E.Kaufmanni inni.Infection of CD127+ (interleukin-7 receptor+) CD4+ cells and overexpression of CTLA-4 are linked to loss of antigen-specific CD4 T cells during primary human immunodeficiency virus type 1 infection.„J Virol”.80(20),s.10162–10172,październik2006. DOI: 10.1128/JVI.00249-06. PMID: 17005693.
S.Mocellin,D.Nitti.CTLA-4 blockade and the renaissance of cancer immunotherapy.„Biochim Biophys Acta”.1836(2),s.187–196,czerwiec2013. DOI: 10.1016/j.bbcan.2013.05.003. PMID: 23748107.
J.F.Grosso,M.N.Jure-Kunkel.CTLA-4 blockade in tumor models: an overview of preclinical and translational research.„Cancer Immun”.13,s.5,2013. PMID: 23390376.
D.M.Pardoll.The blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy.„Nat Rev Cancer”.12(4),s.252–264,kwiecień2012. DOI: 10.1038/nrc3239. PMID: 22437870.
P.A.Ott,F.S.Hodi,C.Robert.CTLA-4 and PD-1/PD-L1 Blockade: New Immunotherapeutic Modalities with Durable Clinical Benefit in Melanoma Patients.„Clin Cancer Res”.19(19),s.5300–5309,październik2013. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-0143. PMID: 24089443.
B.Allard,S.Pommey,M.J.Smyth,J.Stagg.Targeting CD73 enhances the anti-tumor activity of anti-PD-1 and anti-CTLA-4 mAbs.„Clin Cancer Res”,sierpień2013. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-0545. PMID: 23983257.
P.Queirolo,A.Morabito,S.Laurent,S.Lastraiolii inni.Association of CTLA-4 polymorphisms with improved overall survival in melanoma patients treated with CTLA-4 blockade: a pilot study.„Cancer Invest”.31(5),s.336–345,czerwiec2013. DOI: 10.3109/07357907.2013.793699. PMID: 23641913.
V.C.Su,J.Harrison,C.Rogers,M.H.Ensom.Belatacept: a new biologic and its role in kidney transplantation.„Ann Pharmacother”.46(1),s.57–67,styczeń2012. DOI: 10.1345/aph.1Q537. PMID: 22215686.
N.Takahashi,T.Kojima,A.Kaneko,D.Kidai inni.Clinical efficacy of abatacept compared to adalimumab and tocilizumab in rheumatoid arthritis patients with high disease activity.„Clin Rheumatol”,wrzesień2013. DOI: 10.1007/s10067-013-2392-2. PMID: 24057092.
N.Ruperto,D.J.Lovell,P.Quartier,E.Pazi inni.Abatacept in children with juvenile idiopathic arthritis: a randomised, double-blind, placebo-controlled withdrawal trial.„Lancet”.372(9636),s.383–391,sierpień2008. DOI: 10.1016/S0140-6736(08)60998-8. PMID: 18632147.
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.