Bases Inmunolgicas Bioqumicas y Moleculares del Parasitismo Unidad
Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo Unidad de Biología Parasitaria 2010 Modulación de la respuesta de las células T-CD 4+ en las infecciones por parásitos Sylvia Dematteis Cátedra de Inmunología Dpto. de Biociencias Facultad de Química
Función del sistema inmune : PROTEGER AL INDIVIDUO DE LAS INFECCIONES Sistema inmune reacciona frente a la infección Respuesta Innata Respuesta adaptativa - actúan interreguladamente - defasaje cronológico
Regulación de la respuesta inmune por citoquinas Las citoquinas son proteínas secretadas por células que actúan como un sistema integrado de señales entre las células, permitiendo una respuesta inmune integrada. Regulan importantes Citoquinas Receptores para Citoquinas funciones biológicas: • proliferación • activación • sobrevida Célula blanco • muerte • diferenciación celular
Efectos autócrinos parácrinos : locales sistémicos Reguladores de la respuesta innata y adaptativa • Regulación inhibidores estimuladores proliferación celular secreción citoquinas secreción moléculas tóxicas diferenciación celular
IL-2 Efectos autócrinos T T B Efectos parácrinos locales
Efectos parácrinos sistémicos IL-6 Hígado Hepatocito Síntesis Proteínas del Complemento
En 1986, Mosman y Coffman decriben la existencia dos subpoblaciones de células T-CD 4+ : Th 1 y Th 2 Th 1 IL-2 IFN- TNF- Th 2 IL- 4 IL-5 IL-10
Infecciones parasitarias inducen respuestas polarizadas Parásito Intracelular Th 1 Parásito Extracelular Th 2
Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas polarizadas Th 1 o Th 2 1 - tipo de parásito y estadío 2 - características genéticas del hospedador 3 - citoquinas secretadas tempranamente 4 - vías de entrada del parásito 5 - participación de células no-T en la respuesta al parásito 6 - interregulación negativa entre citoquinas tipo Th 1 / tipo Th 2 7 - dosis de parásitos a la que se expone el hospedador
Leishmania major Características genéticas del hospedador C 57 Bl/6 C 3 H CBA Balb/c Resistentes Susceptibles Th 1 Th 2
La activación selectiva de los diferentes subset de células Th tiene un papel importante: • la respuesta inmune contra patógenos • la patogénesis de enfermedades inflamatorias. Para entender esto: es bien importante poder disecar: las vías y redes regulatorias que llevan al desarrollo de una determinado subset de células T-CD 4+
- Citoquinas (DC y otras células) - nivel de estimulación por el TCR - tipo de señales co-estimuladoras Integración de cascadas de señalización - activación de la expresión de factores de transcripción específicos de cada subset de células T-CD 4+ - COMPROMISO con un fenotipo - ESTABILIZACIÓN del fenotipo adquirido
La polarización de los subsets de células T esta acompañada por cambios en reguladores transcripcionales claves Se requieren cambios en la estructura de la cromatina para hacer que los genes específicos de las citoquinas sean accesibles a los factores transcripcionales De dos tipos: • El regulador transcripcional NFAT (nuclear factor of activated T cells) que es activado por la señalización vía TCR y que participa en la activación de varios genes importantes para las funciones T. • Reguladores transcripcionales que son altamente especificos para genes que son diferencialmente expresados en los diferentes subsets de células T. T-bet (T-box expressed in T cells): Th 1 GATA-3 : Th 2 La diferenciación ocurre cuando un regulador transcripcional predomina sobre el otro llevando a la expresión de genes que promueven un subset y reprimiendo aquellos que promueven el otro subset.
Polarización Th 1/Th 2 está mediada por factores de transcripción claves 1 - NFAT: activados por la interacción del TCR. 2 - Factores de Transcripción Linage Específicos: T-bet GATA-3 T-CD 4+ vírgenes : niveles basales bajos
Th 2 Célula T-CD 4+ no diferenciada IL-4 IFN- IL-12 GATA-3 STAT-6 IL-4 Gusanos Parásitos (helmintos) Th 1 T-bet STAT-4 IFN- Parásitos intracelulares
La diferenciación Th 1 es mediada por la inducción de T-bet IL-12 IFNγ IL-12 Rβ 1 IL-12 Rβ 2 Impide interacción GATA-3 con locus IL-4
Señales que guían la diferenciación Th 1 Virus Bacterias Parásitos IFNγ IL-12 IFNγ STAT 1 IFNγ IL-12 Rβ 2 STAT 4 T-bet IL-12 Rβ 1 IL-12 Rβ 2 IL-12
Resumen: En la diferenciación a Th 1 • El compromiso inicial con el subset de células T-CD 4+ depende de citoquinas que están en el microambiente en donde las célula Th es activada y que son producidas por células del sistema innato (NK ) IFN /STAT 1 • El factor de transcripción específico que dirige la diferenciación es: T-bet IFN /IL 12 R 2 • Las señales a partir de IL-12 (STAT 4) estabilizan el fenotipo
Mecanismos efectores activados por células Th 1 T-CD 4+ vírgen Célula B T-CD 8+ virgen Ag IFN IL-2, IFN Ag Ag Th 1 Ig. G 2 a, Ig. G 3 opsonizan, fijan complemento IFN T-CD 8+ citotóxica Activación de macrófagos Opsonización y fagocitosis
Th 2 Célula T-CD 4+ no diferenciada IL-4 IL-12 GATA-3 STAT-6 IL-4 Parásitos extracelulares (helmintos) Th 1 T-bet STAT-4 IFN- Parásitos intracelulares
ICOS receptor La diferenciación Th 2 está mediada por GATA-3 ICOS IL-4 Promotor GATA-3 Segundo factor de transcripción No se conoce completamente
Señales que guían la diferenciación Th 2
Resumen: En la diferenciación Th 2: • El compromiso inicial con el linaje depende de citoquinas que están en el microambiente en donde la células Th es activada y son producidas por células del sistema innato (basófilos) IL-4/STAT 6 • El factor de transcripción específico del subset Th 2 que dirige la diferenciación es GATA 3 IL-4/IL-5/IL-13 • Señales autócrinas (IL-4) estabilizan el fenotipo
Mecanismos efectores activados por las células Th 2 T-CD 4+ vírgen Célula B Ag IL-4, IL-10 IL-4 Inhibición de respuestas inflamatorias Th 2 IL-5 Ig. G 1 Ac neutralizantes Ig. E Activación, diferenciación de eosinófilos Desgranulación de mastocitos
Interregulación negativa entre subpoblaciones Th 1 y Th 2 ++++ ____ Th 1 Inhibe la activación Th 1 Promueve la diferenciación Th 1 IFN IL- 4 IL-10 Inhibe la proliferación Th 2 Promueve la diferenciación Th 2 ____ ++++ Th 2
Th 2 GATA-3 STAT-6 Célula T-CD 4+ no diferenciada IL-4 Parásitos extracelulares (helmintos) IFN- Parásitos intracelulares IL-4 Th 1 IFN- ; IL-12 TGF- T-bet STAT-4 Treg Foxp 3 TGF- IL-10 Inmunosupresión
Polarización de células Th está mediada por factores de transcripción claves 1 - NFAT: activados por la interacción del TCR. 2 - Factores de Transcripción Linage Específicos: T-bet GATA-3 Foxp 3 En T-CD 4+ vírgenes están a niveles basales bajos.
Células. T-CD 4+ reguladoras (Treg) - Proporción estable y funcional (5 -10%) de las células T-CD 4+, - expresan CD 25, -factor de transcripción Fox. P 3, - Secretan IL-10 y/o TGF- • Principal función de IL-10 : -control de la inflamación, -limita la inmunopatología
Interregulación negativa entre subpoblaciones Th 1 y Th 2 ++++ ____ Th 1 Inhibe la activación Th 1 Promueve la diferenciación Th 1 IFN IL-4 IL-10 Inhibe la proliferación Th 2 Promueve la diferenciación Th 2 ____ ++++ Th 2
Th 2 GATA-3 STAT-6 Célula T-CD 4+ no diferenciada IL-4 IFN- IL-12 TGF- IL-6 TGF- IL-4 Parásitos extracelulares (helmintos) IFN- Parásitos intracelulares Th 1 T-bet STAT-4 Th 17 STAT-3 IL-17 Bacterias extracelulares Autoinmunidad Treg Foxp 3 TGF- IL-10 Inmunosupresión
El desarrollo de Schistosomiasis murina severa se correlaciona con altos niveles de IL-17 Es la primera evidencia del rol patogénico de Th 17 en enfermedades parasitarias
Diferenciación de células Th 17 Diferenciación (IL-6+TGF- ) Estabilización IL-23 (células dendríticas) IL-17 IL-21 Amplificación IL-17 IL-22 Adaptado de Bettelli, 2007
La diferenciación Th 17 está mediada por ROR- t STAT 3 induce ROR- t, y este a las citoquinas Th 17 efectoras (IL-17 e IL-22)
Parásitos Helmintos Ascaridas Nematodes Filarias Gusanos parásitos Trematodes Plathelmintos Cestodes
Entre todos hay diferencias: • Estructurales • Formas de transmisión • Localización en el hospedador, etc. Gusanos parásitos: -muy heterogéneo de organismos, -gran multiplicidad de mecanismos, Estudiar habilidad de modular la respuesta inmune del hospedador
Parasitosis: infecciones crónicas refleja una inmunomodulación exitosa Cronicidad - Mecanismo modulación compartido
Inmunobiología de estos parásitos observaciones conservadas entre todas las especies: 1. - las infeccciones con estos parásitos inducen una respuesta de citoquinas tipo Th 2 2. - asociadas con alta producción de anticuerpos de isotipo Ig. E e Ig. G 4 3. - secreción de citoquinas anti-inflamatorias (IL-10) 4. -asociadas con inmunosupresión (ej. No respuestas de linfocitos a Ags o mitógenos) 5. - Evidencias: infecciónes están asociadas a la inducción de células Treg o Th 17
El resultado de estas observaciones: • la infección por helmintos Respuestas Th 2 Rol en la protección? ?
Hay evidencias utilizando modelos experimentales: 1. - los componentes de la respuesta tipo Th 2 pueden facilitar la expulsión de nematodes gastrointestinales 2. -previenen al hospedero de la patología mediada por respuestas tipo Th 1 (ej. en la schistosomiasis murina la deposición de huevos en el hígado asociado a Th 1)
Infecciones experimentales
Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas polarizadas Th 1 o Th 2 1 - tipo de parásito y estadío 2 - características genéticas del hospedador 3 - citoquinas secretadas tempranamente 4 - vías de entrada del parásito 5 - participación de células no-T en la respuesta al parásito 6 - interregulación negativa entre citoquinas tipo Th 1 / tipo Th 2 7 - dosis de parásitos a la que se expone el hospedador
Nematodes • Ocupan diferentes nichos en su hospedero : tracto gastrointestinal Algunos de estos parásitos en modelos experimentales: • Son expulsados • Otros producen infecciones crónicas Asociado con la cepa de ratón (genotipo del hospedero)
Nematodes gastrointestinales que actúan en muy diferente forma: Heligmosomoides polyyrus • Establece infecciones crónicas • Induce un distintivo fenotipo inmunosupresor • Inhibe la expulsión de otros parásitos, convirtiendo por ej. la infección por N. brasiliensis en infección crónica • A nivel celular la infección con H. polygyrus estimula las células Treg Heligmosomoides polygirus Balb/c o C 57 Bl/6 Infección crónica Inducción de T-reg.
Nipostrongylus brasiliensis • Expulsión del parasito a : dosis estandar alta • Estimula una fuerte respuesta Th 2, protectora • Sin embargo a dosis bajas, induce una infección crónica Nipostrogylus brasiliensis Todas las cepas Fuertes respuestas Th 2 (a dosis alta: expulsión a dosis bajas: cronicidad)
Trichuris muris • La susceptibilidad está asociada con una fuerte respuesta Th 1 • Desarrollan una infección crónica con fuertes respuestas Th 1 Trichuris muris AKR Inducción de respuestas Th 1 que favorecen la cronicidad de la infección
La gran diversidad de moléculas que estimulan respuestas tipo Th 2: 1. - diferentes helmintos han desarrollado independientemente una variedad de vías que estimulan las respuestas Th 2 2. - esto ha sido seleccionado positivamente durante la evolución para conferir una ventaja biológica a cada especie de parásito.
La inducción de respuestas Th 2, requiere un involucramiento inicial de las células dendríticas. Para las respuestas Th 1, se ha establecido claramente que las células dendríticas presentan antígenos de bacterias o protozoarios, secretan IL-12 y aumentan la expresión de B 7 (coestimuladores).
Cómo las DCs inducen respuestas Th 2 es más controversial: • Hay una particular secreción de citoquinas junto con ligandos de superficie que expresan las DCs para iniciar una respuesta Th 2 ? ? • O es la falta de suficientes moléculas que guíen la diferenciación Th 1, y por defecto, se induce una respuesta Th 2? ? ?
Muchos sistemas experimentales han mostrado que la inducción Th 2 puede se reproducir in vitro simplemente por exposición de las DCs a antígenos de helmintos y luego transfiriendo las DCs pulsadas a recipientes vivos. Entre esos antígenos tenemos: • ES-62 de la filaria Acanthcheilomena vitese • SEA, el antígeno soluble de huevo de Schistosoma mansoni • El glicano lacto N-fucopentosa III de S. mansoni • NES de N. brasiliensis
Modelo del desarrollo de las células Th 1 PAMPs TLRs MHC II-p TCR B 7 -CD 28 CD 40 -CD 40 L IL-12 R
Modelo del desarrollo de las células Th 2 MHC II-p -TCR B 7 – CD 28 OX 40 L – OX 40 IL-4 R
Inflamación patológica Protección/susceptibilidad a infecciones por parásitos? Control inflamación (Th 1 o Th 17) Protección/susceptibilidad a infecciones por parásitos? Reguladoras de la respuesta inmune Inflamación patológica
RESUMEN • Los parásitos generan infecciones crónicas que inducen respuestas polarizadas T-CD 4+ • Varios factores del hospedador, parásito y condiciones de la infección condicionan el tipo de respuesta inducida • En general los parásitos intracelulares inducen respuestas tipo Th 1 que se asocian con protección • Los parásitos extracelulares inducen respuestas Th 2 que podrían asociarse con protección, con la patología o a mecanismos inmunomoduladores del parásito
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