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Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo
Unidad de Biología Parasitaria
2008
Modulación de la respuesta de las células T-CD4+
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-CD4+ , (Th1 y Th2)
Th1
Th2
IL-2
IFN-
TNF-
IL- 4
IL-5
IL-10
Infecciones parasitarias inducen
respuestas polarizadas
Parásito
Intracelular
Th1
Parásito
Extracelular
Th2
Características del sistema hospedador-parásito
condicionan la inducción y el establecimiento de
respuestas de citoquinas tipo Th1 / tipo Th2
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 Th1 / tipo Th2
7- dosis de parásitos a la que se expone el hospedador
Leishmania major
Características genéticas del hospedador
C57Bl/6
C3H
CBA
Balb/c
Resistentes
Susceptibles
Th1
Th2
La activación selectiva de los diferentes subset de
células Th tiene un papel importante en la respuesta
inmune contra patógenos, asi como en 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-CD4+
- 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-CD4+
- COMPROMISO con un fenotipo
- ESTABILIZACIÓN del fenotipo adquirido
Cambios epigenéticos
Adaptado de Murphy, 2002
Polarización Th1/Th2 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
En T-CD4+ vírgenes están a niveles basales bajos.
Th2
Célula
T-CD4+
no
diferenciada
IL-4
IFN-
IL-12
GATA-3
STAT-6
IL-4
Gusanos
Parásitos
(helmintos)
Th1
T-bet
STAT-4
IFN-
Parásitos
intracelulares
Señales que llevan a la diferenciación Th1
Induce IL-12R2 e IFN-
•inducido por STAT1
•induce IL-12R2 e IFN-
•activo une GATA-3
y lo secuestra
NFAT: nuclear factor of activated T cells; STAT: signal transducer and activator of
transcription; T-bet: T-box expressed in T cells
Adaptado de Rautajoki, 2008
La diferenciación Th1 está mediada por T-bet
T-bet:
•inducido por STAT1
•induce IL-12R2 e IFN-
•activo une GATA-3
y lo secuestra
Induce:
IL-12R2 e
IFN-
Señales que guían la diferenciación Th1
Adaptado de Weaver, 2007
Resumen:
En la diferenciación a Th1
• El compromiso inicial con el subset de células T-CD4+ 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 /STAT1
• El factor de transcripción específico que dirige la diferenciación es:
T-bet  IFN/IL12R2
• Las señales a partir de IL-12 e IL-18 (STAT4) estabilizan el fenotipo
Mecanismos efectores activados por células Th1
T-CD4+
vírgen
Célula B
T-CD8+
virgen
Ag
IFN
IL-2, IFN
Ag
Ag
Th1
IgG2a, IgG3
opsonizan,
fijan
complemento
IFN
T-CD8+
citotóxica
Activación de
macrófagos
Opsonización y
fagocitosis
Th2
Célula
T-CD4+
no
diferenciada
IL-4
IL-12
GATA-3
STAT-6
IL-4
Parásitos
extracelulares
(helmintos)
Th1
T-bet
STAT-4
IFN-
Parásitos
intracelulares
Señales que dirigen la diferenciación Th2
•Potencia transcripción en locus
citoquinas Th2
•Inhibe expresión de STAT4
Induce GATA3
NFAT: nuclear factor of activated T cells; STAT: signal transducer and activator of
transcription;
Adaptado de Rautajoki, 2008
La diferenciación Th2
está mediada por GATA3
Induce GATA3
•Potencia transcripción en locus
citoquinas Th2
•Inhibe expresión de STAT4
Adaptado de Weaver, 2007
Resumen:
En la diferenciación Th2:
• 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/STAT6
• El factor de transcripción específico del subset Th2 que dirige la
diferenciación es GATA3 IL-4/IL-5/IL-13
• Señales autócrinas (IL-4) estabilizan el fenotipo
Mecanismos efectores activados por las células Th2
T-CD4+
vírgen
Célula B
Ag
IL-4, IL-10
IL-4
Inhibición de
respuestas
inflamatorias
Th2
IL-5
IgG1
Ac neutralizantes
IgE
Activación,
diferenciación
de eosinófilos
Desgranulación
de mastocitos
Interregulación negativa entre
subpoblaciones Th1 y Th2
____
++++
Th1
Inhibe la
activación
Th1
Promueve la
diferenciación Th1
IFN
IL-4
IL-10
Inhibe la
proliferación Th2
Promueve la
diferenciación Th2
++++
____
Th2
Th2
GATA-3
STAT-6
Célula
T-CD4+
no
diferenciada
IL-4
Parásitos extracelulares
(helmintos)
IFN-
Parásitos
intracelulares
IL-4
Th1
IFN-; IL-12
TGF-
T-bet
STAT-4
Treg
Foxp3
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
Foxp3
En T-CD4+ vírgenes están a niveles basales bajos.
CélulasT-CD4+ reguladoras (Treg)
- Proporción estable y funcional (5-10%) de las células T-CD4+,
- expresan CD25,
-factor de transcripción FoxP3,
- Secretan IL-10 y/o TGF-
•Principal función de IL-10 :
-control de la inflamación,
-limita la inmunopatología
Interregulación negativa entre
subpoblaciones Th1 y Th2
____
++++
Th1
Inhibe la
activación
Th1
Promueve la
diferenciación Th1
IFN
IL-4
IL-10
Inhibe la
proliferación Th2
Promueve la
diferenciación Th2
++++
____
Th2
Th2
GATA-3
STAT-6
Célula
T-CD4+
no
diferenciada
IL-4
IFN-
IL-12
TGF-
IL-6
TGF-
IL-4
Parásitos extracelulares
(helmintos)
IFN-
Parásitos
intracelulares
Th1
T-bet
STAT-4
Th17
STAT-3
IL-17
Bacterias
extracelulares
Autoinmunidad
Treg
Foxp3
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 Th17
en enfermedades parasitarias
Diferenciación de células Th17
Diferenciación
(IL-6+TGF-)
Estabilización
IL-23
(células dendríticas)
IL-17
IL-21
Amplificación
IL-17
IL-22
Adaptado de Bettelli, 2007
La diferenciación Th17 está mediada por ROR-t
STAT3 induce ROR-t, y este a las
citoquinas Th17 efectoras (IL-17 e IL-22)
Adaptado de Weaver, 2007
Interrelación con T-reg
TGF
DCreg
- inducción de T-reg en la periferia
TGF
-secretado por Treg para limitar el desarrollo y
función de las poblaciones Th efectoras:
-Th1 y 2 (Th17??)
Homeostásis:
TGF
 IL-6
HOMEOSTASIS
TGF  Treg
IL-6 inhibe la
expresión de
FoxP3
IL-6
IL-6
INFLAMACIÓN
TGF  Th17
En respuesta a una infección:
IL-6 dispara las respuestas Th17
Infección tardía – reclutamiento de Th1/Th2
- inhibición de Th17 (IFN o IL-4):
(Treg/Th17)
Resolución
de la
infección
IFN
T-reg dependientes de TGF-
vuelven a dominar:
HOMEOSTASIS
Interregulación entre las diferentes
subpoblaciones de células T-CD4+
IFN-
IFN-
Th1
IL-4
IL-4
Th2
IL-6
IL-17
Th17
TGF-
IL-10
T-reg
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 Th2.
2.- asociadas con alta producción de anticuerpos
de isotipo IgE e IgG4
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 Th17
El resultado de estas observaciones:
•la infección por helmintos
Fenotipo tipo Th2
Rol en la protección??
Hay evidencias utilizando modelos experimentales:
1.- los componentes de la respuesta tipo Th2 pueden
facilitar la expulsión de nematodes gastrointestinales.
2.-previenen al hospedero de la patología mediada por
respuestas tipo Th1 (ej. en la schistosomiasis murina la
deposición de huevos en el hígado asociado a Th1)
Infecciones experimentales
(modelo ratón)
Características del sistema hospedador-parásito
condicionan la inducción y el establecimiento de
respuestas de citoquinas tipo Th1 / tipo Th2
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 Th1 / tipo Th2
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 C57Bl/6
Infección crónica
Inducción de T-reg.
Nipostrongylus brasiliensis
•Es de corta vida en la dosis estandar usada (alta)
•Estimula una fuerte respuesta Th2, protectora
•Sin embargo a dosis bajas, induce una infección crónica
Nipostrogylus
brasiliensis
Todas las cepas
Fuertes respuestas Th2
(a dosis alta: expulsión
a dosis bajas: cronicidad)
Trichuris muris
•La suceptibilidad está asociada con una fuerte
respuesta Th1.
•Los ratones fallan en desarrollar una respuesta Th2
•Desarrollan una infección crónica con fuertes
respuestas Th1
Trichuris
muris
AKR
Inducción de respuestas
Th1 que favorecen la
cronicidad de la infección
N.brasiliensis es la infección en ratón que induce
una clásica respuesta tipo Th2
•NES induce una respuesta tipo Th2 sin el requerimiento
del parásito vivo.
•Genera una respuesta tipo Th2, ya sea si es administrado
soluble o en adjuvante completo de Freund (el cual
normalmente favorece respuestas Th1).
la respuesta tipo Th2, en esta parasitosis,
no se da simplemente por defecto de una
respuesta tipo Th1
Características de la respuesta tipo Th2 en este sistema:
Utilizando diferentes aproximaciones experimentales
(ej. ratones deficientes en células B, knockout IL-5, etc.)
-Eosinófilos
-Células T-NK
-Células B
NO tienen un rol central en la iniciación de la
respuesta tipo Th2 en esta parasitosis.
IL- 4 por si misma tampoco sería escencial para iniciar
una respuesta Th2
(ej. knockout en IL-4R)
Otras señales serían necesarias para iniciar la
diferenciación Th2.
Si bien NES comparte algunas características con
antígenos de otros helmintos, tiene muchas
diferencias importantes
Diferentes parásitos han desarrollado diferentes
mecanismos que producen un efecto similar
La gran diversidad de moléculas que estimulan
respuestas tipo Th2:
1.- diferentes helmintos han desarrollado independientemente
una variedad de vías que estimulan las respuestas Th2
2.- esto ha sido seleccionado positivamente durante la
evolución para conferir una ventaja biológica a cada
especie de parásito.
La inducción de respuestas Th2, requiere un involucramiento
inicial de las células dendríticas.
Para las respuestas Th1, se ha establecido claramente que
las células dendríticas presentan antígenos de
bacterias o protozoarios, secretan IL-12 y aumentan la
expresión de CD80 y CD86 (coestimuladores).
Cómo las DCs inducen respuestas Th2 es más controversial:
• Hay una particular secreción de citoquinas junto con
ligandos de superficie que las DCs expresan para iniciar una
respuesta Th2?
• O es la falta de suficientes moléculas que guien la
diferenciación Th1, y por defecto, se induce una
respuesta Th2?
Muchos sistemas experimentales han mostrado que la
inducción Th2 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 Th1 / Th2
•Tanto para la diferenciación Th1 o Th2 el antígeno es
presentado por DCs a las células TCD4+ virgenes.
•Interacción de moléculas coestimuladoras:
CD40-CD40L , OX40-OX40L, CD80-CTLA4/CD28
• citoquinas del microambiente promueven :
diferenciación a Th1 secretoras de IFN-
o la diferenciación células Th2 secretoras de IL-4.
Se ha propuesto que diferentes subpoblaciones de DCs
denominadas DC1s y DC2s podrían dirigir las vías de
diferenciación Th1 / Th2
(A) Ciertos patógenos o patrones moleculares asociados
a patógenos (PAMPs) dispararían a la APC a través de
Toll-like receptors (TLRs) a secretar IL-12 la cual
induciría la diferenciación Th1.
Señales de traducción y activación de factores de
transcripción como (STAT 4) y STAT 1 son activados
por la IL-12 y el IFN- respectivamente.
T-bet, es un factor de transcripción específico del
linage Th1
(B) En el desarrollo Th2, la inhabilidad del antígeno de
activar DCs a producir IL-12, resultaría en una vía por defecto
de la diferenciación Th2.
Además, el antígeno o el microambiente específico del
tejido puede activar a las DCs a producir IL- 4 o IL-10, las
cuales podrían guiar la diferenciación Th2.
STAT 6 es activado especialmente por la unión al IL- 4R.
El factor de transcripción, linaje específico Th2, GATA 3
se une a sitios de unión GATA (AGATG).
Th2-cell functions during helminth infection
Adaptado de Anthony, 2007
Protective Th2-type response during
intestinal nematode infection
Adaptado de Anthony, 2007
Adaptado de Anthony, 2007
RESUMEN
• Los parásitos generan infecciones crónicas que inducen
respuestas polarizadas T-CD4+
• Varios factores del hospedador, parásito y condiciones de la
infección condicionan el tipo de respuesta inducida
• En general los parásitos intracelulares inducen respuestas tipo
Th1 que se asocian con protección
• Los parásitos extracelulares inducen respuestas Th2 que
podrían asociarse a protección, a patología o a mecanismos
inmunomoduladores del parásito