Asignatura Inmunologa Seminario 2 Respuesta inmune innata Parte

Asignatura Inmunología Seminario 2: Respuesta inmune innata (Parte 2)

Redundancia y especialización en la respuesta inmune innata anti-infecciosa

Respuesta inmune innata ante una infección viral

¿Cómo es reconocida la presencia de un virus? Fundamentalmente a través de la detección de sus ácidos nucleicos ¿Cómo los detectamos? Mediante distintos sistemas de receptores TLR 3, TLR 7, TLR 8, TLR 9 Flia RIG-1 (helicasas) Sensores de RIG-1 y MDA 5 ADN DAI, c. GAS, IFI 16, AIM 2 El reconocimiento de la infección viral induce la producción de interferones de tipo I

Interferón (IFN)- Breve reseña (I) 1) El IFN fue descubierto en 1957 por A. Isaacs y J. Lindenmann 2) El IFN es una citoquina producida por mamíferos, aves, reptiles y peces. (Evolutivamente conservada) 3) La mayoría de las células sintetizan IFN cuando son infectadas y el IFN secretado inhibe la replicación de un amplio espectro de agentes virales 4) De hecho, no se requiere de la replicación viral para inducir la producción de IFN 5) La presencia de ds. RNA, endotoxinas, inhibidores de la transcripción (actinomicina D, …) promueve la síntesis de IFN.

IFN- Breve reseña (II) 6) Fuentes de IFN: cél. Infectadas, células dendríticas plasmacitoides (IFN-α / β ), … 7) El IFN sólo actúa en cél. que presentan receptores para IFN 8) La cascada de transducción de señales inducida por el IFN- α y β, el IFN-γ y la Il-6 involucra a las Jak-Stat tyrkinasas. 9) Regulación transcripcional de genes inducibles por IFN (secuencias ISREs, GAS y SIE) para generar un estado antiviral.

Producción de interferones / 2 El virus infectante replica y genera nuevos virus 1 Virus a ARN infecta a la célula Virus infectante 3 El material genético viral activa sensores de ácidos nucleicos induciendo la transcripción y traducción de IFNs tipo I. Viral RNA Nucleus Traducción Transcripción IFN-m. RNA IFNs alfa y beta 4 IFNs liberados por la célula infectada interactúan con los Rc para IFNs sobre la propia célula infectada o sobre células vecinas estimulando la síntesis de proteínas antivirales como la proteín kinasa R y la OAS, entre otras. Traducción Célula infectada Neighboring host cell Proteínas antivirales 6 Las proteínas antivirales degradan al ARN viral e inhiben la síntesis de proteínas, interfiriendo con la replicación viral

¿Qué células producen IFNs de tipo I en respuesta a la infección viral? ● Prácticamente todos los tipos celulares poseen algún sensor capaz de detectar la presencia de una infección viral y en respuesta producir IFNs tipo I. Ejemplo: células epiteliales, células endoteliales, fibroblastos, células parenquimatosas y leucocitos. ● Sin embargo, las principales células productoras de IFN de tipo I son las Células Dendríticas Plasmacitoides Rc citosólicos ADN TLR 7 y 9 MDA-5 RIG -I Células parenquimato Viru s Células dendríticas

Células Dendríticas Plasmacitoides Relevantes en etapas tempranas de infecciones virales ● Componen el 0. 2 -0. 8% de las células mononucleares de sangre periférica ● Expresan TLR 7 y 9 a través de los cuales reconocen ADN y ARN virales ● Expresan una extraordinaria capacidad para producir interferones de tipo I ● Se ubican en sangre periférica y órganos linfáticos secundarios. En respuesta a procesos infecciosos son reclutadas en el tejido afectado.

Interferones de tipo I: una herramienta esencial en la inmunidad anti-viral Los IFN de tipo I comprenden 16 miembros: 12 subtipos de IFN-α, IFN-β, IFN-ε, IFN- e IFN-. Casi todos los estudios relacionados a inmunidad anti-viral se han concentrado en las acciones mediadas por los IFN-α y β Los IFN de tipo I se caracterizan por ejercer una poderosa acción antiviral, estimulando la transcripción de 500 a 2000 genes (ISGs, IFNstimulated genes), cuyos productos (proteínas) median el establecimiento de un estado anti-viral.

Funciones de los interferones / • Sus acciones biológicas son mediadas a través de un receptor, común para los interferones y , denominado IFNAR Funciones mediadas por los Interferones de tipo I Tornan a las células vecinas refractarias a la infección viral Activan a las células NK Incrementan la expresión de moléculas de histocompatibilidad (CMH) de clase I Incrementan la presentación antigénica a través de moléculas CMH Clase I Favorecen el desarrollo de la memoria T

Funciones del IFN (cont. ) El IFN modula la proliferación celular, potencia la capacidad de las cél NK de lisar cél infectadas por otros patógenos, inhibe la síntesis proteica e incrementa la expresión de CMH Todos los procesos infecciosos conllevan la producción de IFN y esta citoquina es la responsable de los signos y síntomas característicos del “sindrome gripal” El interferón es utilizado como agente anti-antitumoral y como inmunomodulador en algunas enfermedades autoinmunes.

Vías de señalización del interferón

IFN tipo I y citoquinas pro-inflamatorias

CMH clase I péptid o a 2 a 3 a 1 2 microglobulina El detalle de la estructura y función de las moléculas del complejo mayor de hisocompatibilidad (CMH) y las vías de procesamiento y presentación antigénica se estudiarán en próximas clases.

Efectos anti-virales de los interferones La interacción de los interferones y con su receptor resulta en la transcripción de más de 500 genes diferentes (Interferon stimulated genes, ISGs), responsables de inducir un “estado antiviral” en las células infectadas y en células vecinas

Algunos ejemplos de ISGs (Interferon stimulated genes) y sus efectos en las células La interacción de los interferones y con su receptor resulta en la transcripción de la proteína quinasa R (PKR), la cual puede activarse por reconocer ARN viral y de esa forma inactivar por fosforilación al factor de traducción e. IF-2 responsable del inicio de la traducción proteica. Consecuencia: inhibición de la síntesis proteica y, consecuentemente, de la replicación viral.

Algunos ejemplos de ISGs (Interferon stimulated genes) y sus efectos en las células La interacción de los interferones y con su receptor resulta en la transcripción de la Oligoadenilato Sintetasa (OAS) la cual puede activarse por reconocer ARN viral y de esa forma sintetizar oligoadenilatos producidos a partir del ATP capaces de activar a la enzima Ribonucleasa L (RNAsa L) capaz de degradar RNA viral. Consecuencia: degradación del ARN e inhibición de la replicación viral.

Algunos ejemplos de ISGs (Interferon stimulated genes) y sus efectos en las células La interacción de los interferones y con su receptor resulta en la transcripción de la Adenosina Deaminasa (ADAR) la cual modifica la secuencia nucleotídica del ARN incrementando el número de proteínas mutadas en las células infectadas. Consecuencia: Edición del ARN e inhibición de la replicación viral.

Algunos ejemplos de ISGs (Interferon stimulated genes) y sus efectos en las células La interacción de los interferones y con su receptor resulta en la transcripción de las GTPasas Mx. La proteína Mx. A se acumula en el citoplasma de las células tratadas con IFNα∕β e interactúa con la nucleocápsides virales, inhibiendo su transporte o alterándolas. Consecuencia: replicación viral. Interrupción de la

¿Qué características tiene la respuesta innata antiviral? Muy altas concentracio nes de IFNs tipo I Viru s Células dendríticas plasmacitoide s Células parenquimato sas Inducen la expresión de cientos de genes generando un Activanantiviral a las estado células NK reclutadas IFNs tipo I; IL -1 beta; Otras citoquinas; y Quimiocinas que median el reclutamiento Vaso sanguíneo Reclutamiento de células NK Citotoxicidad: Inducen la apoptosis de la células infectadas Producción de citoquinas: IFN- , TNF-

Otros ejemplos de proteínas inducidas por IFN 1) Proteínas P 200 (Inhibición de la síntesis de proteínas reguladoras del ciclo celular: p 53, p. RB, …) 2) Promyelocytic leukemia protein (Pml) (Represión transcripcional) 3) Componentes del sistema uiquitin-proteosoma (Relación HBV y prot X) 4) Otras

IFN-γ- Breve reseña 1) El IFN-γ es producido por las células NK y los linfocitos T 2) La síntesis de esta citoquina es estimulada por Il-1, Il-2, estrógenos, IFN-γ, … 3) La producción de IFN-γ es inhibida por los glucocorticoides, TGF-β, Il-10, … 4) La transcripción del IFN-γ es regulada por represores y activadores. 5) Esta citoquina es fundamental para la activación del macrófago. (Respuesta Th 1)

Comparación de Interferones de tipo I y III

Los interferones de tipo I y las células NK proveen protección temprana frente a infecciones virales Células T citotóxicas IFN / Anticuerpos Células N K Carga viral Días post-infección

Células linfoides innatas

Células linfoides innatas

Funciones de las células NK ● Inmunidad anti-viral ● Inmunidad contra bacterias y parásitos intracelulares ● Inmunidad anti-tumoral ● Regulación de la inmunidad adaptativa

Origen de las células NK 1) Las células NK se originan en la médula ósea a partir de un progenitor linfoide común (CD 34+) 2) Los precursores de las células NK expresan los receptores tirosinkinasas Flt 3 y c-kit+ 3) Un marcador temprano de linaje NK: CD 161 4) Relevancia de la Il-7 para la supervivencia de los precursores de células NK 5) Importancia de la Il-15 en la generación de los precursores inmaduros de las células NK

¿Cómo hacen las células NK para reconocer a las células blanco? Utilizan receptores de ACTIVACIÓN y de INHIBICIÓN ACTIVACIÓN INHIBICIÓN

¿Cómo hacen las células NK para reconocer a las células blanco? Receptores inhibitorios de células NK RESULTANTE NO se induce APOPTOSIS de la célula blanco Receptores de activación de células NK INFECCIÓN VIRAL, TRANSFORMACIÓN NEOPLÁSICA Receptores inhibitorios de células NK RESULTANTE Receptores de activación de células NK APOPTOSIS de la célula blanco

Tipos de receptores de células NK A) Complejo de receptores leucocitarios (LRC) A-1) Pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas A-2) Ejemplos: KIR, LAIR, … B) Complejo de receptores de células NK (NKC) B-1) Pertenecen a la familia de lectinas de tipo C B-2) Ejemplos: CD 94 / NKG 2, NKG 2 D, …

¿Qué receptores activadores e inhibidores expresan las células NK? Ligandos reconocid os desconocid os Ligandos reconocid os Receptores activadores CD 16 NCR s NKp 3 0 Receptores inhibidores KIR 2 DL, KIR 3 DL NKp 46 Kp 44 MICA/B, ULBPs HLAE Moléculas de clase I del CMH NKG 2 D CD 94/NKG 2 C Células NK CD 94/NKG 2 A (ILTs, CD 85 LIRs) Molécul as de clase I del CMH HLAE KIR 2 DS, KIR 3 DS NCRs: familia de Receptores de Citotoxicidad Natural KIR: killer Ig-like receptors HLAG

Algunos ejemplos de interacciones ligandoreceptor 1) En general, los ligandos de NKG 2 D (receptor activador) se expresan en bajos niveles en los tejidos sanos y se inducen por neotransformación o infección por patógenos intracelulares (virus y bacterias) 2) En particular para CD 94 / NKG 2 A , el reconocimiento de HLA-E es la forma en que las células NK pueden controlar la capacidad de una célula para procesar y presentar péptidos antigénicos a través del CMH-I

Reconocimiento, balance de señales y activación de las células NK No hay respuesta La célula NK ataca a la célula blanco Respuesta determinada por balance de señales

Mecanismos anti-infecciosos mediados por las células NK ● Citotoxicidad: Mecanismo secretorio (exocitosis de gránulos) Mecanismo no secretorio (activación de receptores de muerte) ● Producción de citocinas inflamatorias (fundamentalmente IFN- )

Mecanismos citotóxicos de la célula NK Ejemplo de la interacción a través del receptor activador NKG 2 D Modificado de The Immune system, 3 ed. (Garland Science 2009)

Células NK y células tumorales

NK activada La citotoxicidad NK involucra mecanismos: ● SECRETORIOS (perforinas y granzimas) y ● NO SECRETORIOS (Fas-Fas. L)

Las células NK pueden establecer dos clases de sinapsis inmunológicas Célula NK Célula blanco Activación Polarización de los gránulos citotóxicos Inhibición No hay polarización de los gránulos citotóxicos

Linfocito T CD 8 marcado con fluorocromo verde Ver cómo a lo largo de la animación, la célula tumoral adquiere la fluorecencia verde de los linfocitos TCD 8. Se aprecia el pasaje de moléculas de membrana marcadas que luego son endocitadas por la célula tumoral. En esas membranas están las granzimas y perforinas que terminan provocando la apoptosis de la célula tumoral. Un proceso similar ocurre con las células NK.

Citotoxicidad celular dependiente de Ac: CCDA Los anticuerpos opsonizan las células blanco Los Fc R de las células NK (CD 16) reconocen a los anticuerpos Ig. G asociados a las células blanco El entrecruzamiento de los Fc R activa a las células NK e induce la apoptosis de la célula blanco por CCDA La célula blanco muere por apoptosis. El CD 16 de las células NK es un receptor de ACTIVACIÓN muy potente que media la CCDA. CD 16 ACTIVACIÓN INHIBICIÓN Las moléculas que median la inducción de apoptosis en la célula blanco son, al igual que cuando la citotoxicidad es gatillada a través de otros receptores de activación de la célula NK, las perforinas y granzimas (mecanismo secretorio de citotoxicidad)

Citotoxicidad celular dependiente de Ac (ADCC) 1) ADCC no se efectúa sobre una célula bacteriana, por ejemplo. 2) ADCC actúa sobre una célula infectada ( por un virus, …) o neotransformada 3) Este mecanismo conduce a la apoptosis de la célula blanco 4) Los eosinófilos también pueden mediar ADCC frente a helmintos Ejemplo de aplicación clínica El receptor CD 16 de las células NK participa en la eliminación de las células tumorales en los pacientes sometidos a tratamientos antitumorales con anticuerpos monoclonales humanizados, ya que las células tumorales recubiertas por estos anticuerpos suelen ser reconocidas eficazmente por las células NK a través del CD 16

Mecanismos tolerogénicos en las células NK 1) Modelo del licenciamiento Aquellos precursores de células NK que expresen receptores KIR inhibitorios que no reconozcan a las moléculas de clase i propias no completarán su maduración funcional. 2) Modelo de armado y desarme Los precursores de las células NK que expresen receptores KIR inhibitorios que no reconozcan a las moléculas de clase I propias no podrán recibir señales inhibitorias y así ajustar su umbral de activación, aun en la presencia de señales activadoras. 3) Modelo del reóstato Cada precursor de célula NK recibe su propio programa educacional, que opera a modo de reóstato.

La respuesta innata • En ciertos casos logra erradicar la infección • En otros, en cambio, permite evitar la diseminación del patógeno hasta que se active una respuesta adaptativa • Contribuye a determinar la naturaleza de la respuesta adaptativa subsecuente

La respuesta innata modela la respuesta adaptativa Procesamiento del antígeno y transporte al ganglio linfático drenante

Las CD capturan el antígeno y lo procesan. Las CD emigran de la piel por los vasos linfáticos aferentes. maduras Las CD ingresan al ganglio estimulan Las los CD y completan su a linfocitos T. maduración.

Sin embargo… No sólo los microorganismos desencadenan respuestas inflamatorias Los mecanismos innatos también pueden desencadenarse en respuesta a situaciones de daño estéril como el daño tisular ocasionado por una cirugía, por la exposición a radiaciones o a agentes químicos o físicos

La muerte celular por necrosis induce la infiltración del tejido por neutrófilos y monocitos ¿Qué mecanismos subyacen a estos acontecimientos?

Los RRP no sólo se activan en respuesta a PAMP Señales endógenas conocidas como patrones moleculares asociados al daño o DAMP y algunos agentes físicos y químicos ambientales activan a ciertos RRP induciendo respuestas inflamatorias

DAMPs • Moléculas que usualmente se encuentran ocultas en el interior de la célula y son liberadas cuando la célula muere por necrosis. En algunos casos, pueden ser moléculas usualmente presentes en mitocondria, que son liberadas al citoplasma a consecuencia de las disrupción mitocondrial (ADNm) • Moléculas generadas por la fragmentación de componentes de la matriz extracelular como consecuencia de daño tisular

Algunos ejemplos de DAMPs ● Cristales de urato monosódico formados a partir de ácido úrico que activan al receptor NLRP 3 ● ATP que activa al receptor NLRP 3 ● HMGB 1 que activa al TLR 2, TLR 4 y RAGE ● moléculas generadas por fragmentación del ácido hialurónico, colágeno, elastina y laminina

DAMPs ocultos Célula viable necrosis apoptosis Célula necrótica Célula apoptótica DAMPs permanecen ocultos Necrosis secundaria Liberación de DAMPS Macrófago Fagocitosis y síntesis de citoquinas antiinflamatorias Inducción de respuesta proinflamatoria Nat Rev Immunol 8: 279, 2008

Posibles consecuencias de la activación de una respuesta inflamatoria en situaciones de daño estéril Deterioro de tejidos del huésped - Inducción de una respuesta adaptativa frente a Ags propios Respuesta requerida para la cicatrización y la restauración de la homeostasis del tejido ¿? +

Tráfico leucocitario

¿Cómo acceden las células de la inmunidad innata a los focos de infección?

Qué determina la correcta migración de las células del sistema inmune a los tejidos donde deben desempeñar sus funciones? ● Patrón de expresión de moléculas de adhesión ● Patrón de expresión de receptores de quimiocinas y la distribución de dichas quimiocinas

Familias de moléculas de adhesión (CAMs) • Selectinas • Sialomucinas • Integrinas • Moléculas pertenecientes a la superflia de Ig • Cadherinas

Las integrinas exhiben distinta afinidad por sus ligandos dependiendo de su estado de activación La afinidad aumenta por cambios conformacionales que ocurren en respuesta a señales percibidas por la célula que la expresa, por ejemplo aquellas impartidas por quimiocinas.

Quimioatractantes ● ● Quimiocinas (IL-8, CCL 19, CCL 21, etc) Quimoatractantes lipídicos (LTB 4) Péptidos formilados bacterianos Componentes del complemento activado (C 3 a, C 5 a)

IL-8 CXCL 8

Cascada de adhesión leucocitaria Mac-1= CD 11 b/CD 18= a Mb 2

Cascada de extravasación leucocitaria 1 Rolling 2 Adherencia estable 3 Diapédesis

Moléculas de adhesión implicadas en la extravasación de neutrófilos Neutrófilo Rolling Adherencia estable y diápédesis Endotelio L-selectina PSGL-1 P-selectina PSGL-1 E-selectina Mac-1 ICAM-1 LFA-1 ICAM-1 y 2 VLA-4 ( 4 ) VCAM-1 PECAM-1

Tráfico leucocitario 1) Importancia de la activación del endotelio, expresada como aumento de la permeabilidad vascular y expresión incrementada de CAMs 2) En la etapa de adherencia estable , la Il-8 activa las integrinas expresadas por el PMN (Mac-1, LFA-1, …). Así las integrinas incrementan su afinidad por ICAM-1 e ICAM-2 , lo que le permite al PMN adherirse al endotelio en forma estable. 3) Durante la transmigración, el leucocito debe superar no sólo la barrera que impone el endotelio vascular sino también la membrana basal.

Deficiencias de Adhesión Leucocitarias LAD-1: defectos en la cadena 2 de las integrinas • defectiva migración de inflamada y peritoneo. • Neutrofilia. • Infecciones bacterianas recurrentes. neutrófilos a piel LAD-2: defectos en un transportador de fucosa que causa la ausencia de sialyl-Lewis X sobre las sialomucinas (ligandos de selectinas) • Rolling defectivo. Deficiencia muy rara.

La respuesta innata cumple un rol relevante en: • Limitar la proliferación de la mayoría de los microorganismos con los que nos enfrentamos cotidianamente • Eliminar infecciones ocasionadas por microorganismos patógenicos para evitar su diseminación • Contener infecciones por patógenos hasta que se desarrolle una respuesta adaptativa