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Inmunidad innata en infecciones parasitarias 2015 Alvaro Díaz Cátedra de Inmunología Facultad de Química/DepBio y Facultad de Ciencias/IQB El sistema inmune innato constituye los “cimientos” del sistema inmune RESPUESTAS ADAPTATIVAS potenciación instrucción RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS DEFENSAS INNATAS CONST. RECONOCIMIENTO INNATO PRRs MECANISMOS EFECTORES PAMPs PATÓGENOS Patógenos potenciales (y otros elementos del medio ambiente) Otra forma de representar la rama instructiva del SI PAMPs PRRs Células presentadoras Células T CD4+ PRRs Células efectoras Células no inmunes Los perfiles clásicos de respuesta adaptativa Respuestas de tipo 1 Respuestas de tipo 2 Macrófagos clásicamente activados Macrófagos alternativamente activados DC1s DC2s ILC1 ILC2 Eosinófilos, mastocitos, basófilos Células Th1 Células Th2 IFN-g IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, IL-25, IL-33 IgE La decisión entre estos perfiles está determinada desde el sistema inmune innato Y hay que agregar la rama Th17, y la respuesta reguladora highly inflammatory macrophage phenotypes? neutrophils IL-17, IL-17F, TNFIL-21 IL-23R RORgt classically activated macrophages IFNg LT IL-23 Th17 IL-6 + TGF IL-12R IL-12 T-bet Hlx IFNg Th1 Tr1 IL-4 IL-4 IL-4R GATA-3 IL-5 C-Maf IL-9 IL-4 Thp TGF- Retinoic acid IL-10 alternatively activated macrophages FoxP3 iTreg IL-13 IL-21 IL-25 Th2 eosinophils FoxP3 nTreg (expansion) IL-10 “deactivated”/”suppressor” macrophages? TGF- Other mechanisms suppression of the other 3 response arms De: Díaz & Allen 2007 EJI 37:3319 Las señales de “instrucción” y de “potenciación” no son todas iguales RESPUESTAS ADAPTATIVAS potenciación instrucción RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS DEFENSAS INNATAS CONST. RECONOCIMIENTO INNATO PRRs MECANISMOS EFECTORES PAMPs PATÓGENOS El SI innato da señales de “polarización” de respuesta al SI adaptativo Esta clase… ¿Cómo “ve” el sistema inmune innato a los parásitos? • ¿Qué PAMPs? • ¿Qué PRRs? • ¿Qué respuestas? Preguntas difíciles… Puede ser mejor encararlas “ de arriba hacia abajo”: RESPUESTAS ADAPTATIVAS potenciación instrucción RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS DEFENSAS INNATAS CONST. RECONOCIMIENTO INNATO PRRs MECANISMOS EFECTORES PAMPs PATÓGENOS Tipos de respuestas (incluyendo adaptativas) Tipos de señales instructivas desde la inmunidad innata PRRs y PAMPs Veámos los “parásitos” en el árbol de la vida nosotros nosotros Todos los “parásitos” son todos eucariotas…. (como también lo son los hongos, y los artrópodos ectoparásitos…) Y se dividen en protozoarios (unicelulares) y helmintos (multicelulares). Los dos grandes grupos de helmintos (nematodos y platelmintos) están muy alejados entre sí. Todos los “parásitos” establecen infecciones crónicas, evadiendo la inmunidad… (cosa que también hacen ciertas bacterias y hongos) Todos son todos parásitos obligados (en contraste con los patógenos fúngicos) Empecemos por los protozoarios… Se replican por mitosis… si no se les controla, terminan con el hospedero Han sin duda dejado una huella evolutiva importante sobre el sistema inmune Tienen estadíos intracelulares, incluyendo intra-macrófago Su control necesita de la activación (clásica) de macrófagos Las respuestas contra protozoarios suelen ser de tipo 1 Inmunización y reestimulación de esplenocitos in vitro de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002) Y la protección contra infecciones por protozoarios depende de las respuestas de tipo 1 Infección por T. gondii en ratones de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002) La respuesta “Th17” contribuye a la protección frente a Toxoplasma gondii en ratones Supervivencia luego de infección: ratones wt e IL-17 KO De Kelly et al (2005) Infect Immun 73: 617 La infección de monocitos humanos in vitro por T. gondii induce IL-1 dependiente de ASC y caspasa-1. Gov et al. 2013 mBio 4: e00255 Los PRRs canónicos: los TLR (con sus proteínas adaptadoras) Dominio TIR Los TLRs se han estudiado sobre todo con agonistas bacterianos y virales Todos los TLRs dependen de MyD88 y/o de TRIF para señalizar Se conocen PAMPs de protozoarios Dan señales a través de TLRs e inducen respuestas de tipo 1 Anclas glicosilfosfaditil inositol de Trypanosoma, Leishmania, (Toxoplasma, Plasmodium) TLR2 Ceramidas con glicosilinositol fosfolípido de Trypanosoma TLR4 Proteína Tc52 de Trypanosoma cruzi TLR2 Profilina de Toxoplasma y otros apicomplexa TLR11 Peroxiredoxina de Plasmodium TLR4 HSP70 de Toxoplasma TLR4 ………….. Como esperaríamos, el adaptador de TLRs más importante, MyD88, es esencial para la respuesta de tipo 1 y para la protección MyD88 KO IL-12p40 KO Infección por T. gondii en ratones Curvas de supervivencia de ratones wt, MyD88 KO e IL-12p40 KO Niveles de IL-12p40 e IFN-g en plasma de ratones wt, MyD88 KO e IL-12p40 KO De Scanga et al (2002) J Immunol 168:5997 Los PRR citosólicos: NLRs e inflamasomas De: Rathinam et al 2012 Nat Immunol 13:333 NLRP3 ASC caspasa-1 Franchi et al 2012 Nat Immunol 13:325 El inflamasoma NLRP3 es importante en infección por Leishmania Infección in vitro de macrófagos (wt y KO para ASC, Casp-1 o NLRP3) con L. amazonesis de fase estacionaria ASC ASC Infección con promastigotas metacíclicos de L. amazonesis De: Lima-Junior DS et al 2013 Nature Medicine 19: 909 Los ratones KO para ASC tienen mayor mortalidad y carga parasitaria en infección por T. cruzi. Silva et al. 2013 J Immunol 191:3373 Pero por supuesto los protozoarios logran establecer infecciones crónicas… Ahora se sabe que esto se debe a la inducción en el hospedero de respuestas reguladoras La infección crónica por Leishmania es hecha posible por células T reguladoras (CD4+/CD25+) secretoras de IL-10 Ratones RAG-/transplantados con células T y desafiados con el parásito. Cargas parasitarias a las 3.5 y 17 semanas Las Treg expandidas en los sitios de infección son específicas para el parásito. No se conocen los mecanismos de su inducción En otros modelos de protozoarios, la regulación es por IL-10 producida por las propias células T efectoras De: Belkaid et al., Nature 420:502 (2002) También: Suffia et al. (2006) J Exp Med 203: 777 En suma: El reconocimiento de los protozoarios por TLR induce respuestas Th1 (y algo de Th17) Pero estos parásitos consiguen superponerles respuestas reguladoras. Estas respuestas incluyen la expansión de células Treg, y también la secreción de citoquinas supresoras por las propias T efectoras. No se conocen sus mecanismos de inducción. Y ahora seguimos con los helmintos … En general no se replican dentro de cada hospedero individual En general causan morbilidad más que mortalidad (otro hospedero) Los estadíos infectantes de los helmintos causan al menos cierta respuesta inflamatoria En cambio, los estadíos establecidos en general controlan la inflamación Inflamación temprana: ¿mecanismos de reconocimiento? Activación de complemento ¿TLRs..? ¿Otros PRRs..? Las respuestas contra helmintos son de tipo 2 Inmunización y reestimulación de esplenocitos in vitro de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002) Ha habido sus dudas sobre la capacidad protectora de las respuestas de tipo 2… El asunto está en cómo las definimos Las respuestas de “tipo 2 modificadas” IL-4 IL-10 TGF- IL-5, IL-13 IgG4 (humanos) Control de la inflamación Inmunosupresión específica filariasis De Maizels et al., Immunol Rev 201:89 (2004) Las células y moléculas responsables de la respuesta tipo 2 modificada Células T reguladoras (en particular, FoxP3+) IL-10 TGF- CTLA-4 PD-1/PD-L1/2 Células T efectoras hipo-respondedoras/anergizadas Células T efectoras productoras de IL-10 Células B reguladoras Células mieloides supresoras ¿Otras ….? Tipo 2 modificado no es lo mismo que tipo 2 Sensibilización con OVA o Derp-1, seguida de desafío intratraqueal con alergeno, en ratones control e infectados con H. polygirus. Células en lavado broncoalveolar De Wilson et al., J. Exp. Med. 202:1199 (2005) La hipótesis de la higiene original (o un espacio monodimensional) Infecciones (bacterianas) Tipo 1 alergias Tipo 2 La infección por S. haematobium se correlaciona inversamente con la alergia De van der Biggelaar et al., Lancet 356:1723 (2000) La hipótesis de la higiene modificada (o un espacio bidimensional) Inflamatorio Autoinmunidad Alergias Infecciones bacterianas agudas Fibrosis Tipo 1 Tipo 2 Infecciones crónicas por protozoarios y micobacterias De: Díaz & Allen 2007 EJI 37:3319 Infecciones por helmintos Regulatorio Las células T reguladoras favorecen la infección crónica por un helminto Infección por L. sigmodontis Depleción de Treg CD25+ al momento de infección Carga parasitaria al día 60 Microfilarias en sangre De Taylor et al. 2009 Eur. J. Immunol. 39:192 La depleción de Treg en etapas más tardías de infección en general no afecta la carga parasitaria En otros modelos, la infección crónica la hacen posible células Th2 productoras de IL-10 Un componente muy importante parece ser la presencia, en infección crónica, de células Th2 “hipo-respondedoras” Las células Treg podrían jugar su papel tempranamente en la infección, condicionando otros mecanismos de regulación que operarían independientemente de las Treg en la infección crónica Taylor et al. 2005 J. Immunol. 174:4924 Taylor et al. 2007 J. Immunol. 179:4626 Taylor et al. 2013 PLOS Path 9: e1003215 Rausch et al 2009 Eur J Immunol 39: 3066 Dewals et al 2010 Eur J Immunol 40:1 Taylor et al 2012 Trends in Immunol 33:181 (revisión) La respuesta Th17 también puede actuar en infecciones helmínticas Linfocitos T CD4+ Th17 y Th17/Treg en individuos sanos e infectados con S. haematobium, sin y con patología inflamatoria en vejiga urinaria Mbow et al 2013 J Infect Dis 207:186 También: Ma et al 2014 Mol Med Rep 10:236 (Echinococcus multilocularis) Sutherland et al 2014 Nat Immunol 15:1116 (Nippostrongylus brasiliensis, fase migratoria en pulmón). Nutman 2015 Parasite Immunol 37:304 Parecería que: • Las respuestas de tipo 2 evolucionaron para controlar a los helmintos • La capacidad de protección de las respuestas de tipo 2 suele estar escondida debajo de las fuertes respuestas reguladoras que inducen los gusanos • Las respuestas reguladoras no se han seleccionado negativamente en los hospederos vertebrados debido a que son necesarias para las funciones “no inflamatorias” del sistema inmune • “Respuesta reguladora” incluye a las Treg y a células efectoras (Th2) condicionadas para regulación. • En ciertos sistemas, las respuestas Th2 pueden estar sesgadas hacia el lado inflamatorio, con contribución de Th17 ¿Cuáles son los PAMPs/PRR que determinan las respuestas de tipo 2 frente a helmintos? ¿Y las respuestas de tipo 2 modificadas? ¿Qué pasa con los TLRs en las infecciones helmínticas? Los ratones KO en MyD88 infectados con S. mansoni tienen respuestas más sesgadas a tipo 2 IFN-g Esto seguramente refleja la presencia de PAMPs de tipo 1, detectados a través de TLRs. IL-4 La respuesta a Schistosoma, y a otros platelmintos, tiene un pequeño componente tipo 1. Los agonistas de TLR podrían ser del parásito, o endógenos (DAMPs) Globalmente, la señalización a través de TLR/MyD88 no contribuiría a la respuesta de tipo 2. De Layland et al, 2005 EJI 35:3248 IL-10 Células de bazo de ratones infectados, estimuladas in vitro con SEA Los ratones TLR2 KO infectados con S. mansoni tienen impedidas las respuestas reguladoras y Th2 IFN-g IL-10 Células T de ratones infectados, estimuladas in vitro con células presentadoras normales y SEA IL-13 De Layland et al, 2007 EJI 37:2174 Un lípido de Schistosoma induce Treg productoras de IL-10 a través de TLR2 van der Kleij et al., 2002 J. Biol. Chem. 277:48122 Otro lípido de Schistosoma potencia respuestas tipo 2 y activacion de eosinófilos a través de TLR2 Magalhaes et al 2010 J Inf Dis 202:1369 En ratones NOD, la inducción de Treg invitro por SEA depende parcialmente de TLR2 Burton et al 2010 Eur J Immunol 40:1 La inducción de PD-L2 en respuesta a SEA in vitro y en infección depende de TLR2. Gao et al 2013. PLOS One 8: e82480. Efecto de falta de TLR2 ≠ efecto de falta de MyD88 Hay muchas evidencias de que “otros” PRRs (“no TLR”) deben participar en la respuesta a los helmintos Grupo VI Los receptores lectina de tipo C Grupo II Grupo V R Y Y ? ? ? Y Y Y Y Y Y Y ? Y otros … Y ? El componente principal de SEA inductor de Th2 es la glicoproteína Ω -1. La polarización a Th2 es independiente de TLRs. Sin glicanos % de células CD4+ productoras de IL-4 Nº de células CD4+ productoras de IL-4 La polarización depende de internalización por el receptor de manosa, y de actividad ribonucleasa de Ω -1 sobre ARNm y ARNr dentro de la célula dendrítica. Sin act. ribonucleasa Inyección de SEA u omega-1 en ratones reporteros para IL-4. % de células CD4+ efectoras productoras de IL-4 en dLN De: Everts et al 2012 J Exp Med 209:1753 Inyección de omega-1 y reestimulación ex-vivo con antígeno o PHA Y: Everts et al 2009 J Exp Med 206:1673 Steinfelder et al 2009 J Exp Med 206:1681 El receptor lectina CD209a (SIGNR5) participa en inducción de respuestas Th17 frente a huevos de S. mansoni Co-cultivo de DCs y células T CD4+ en presencia de huevos de S. mansoni y estímulo policlonal para células T. RNAi para CD209a o control. Medida de IL-17 (producida por células Th17 en SN) CD209a de ratón está relacionado a DC-SIGN humano, pero no es el (único) ortólogo. Sólo las cepas de ratón que expresan altos niveles de CD209a en DCs dan respuesta Th17 frente a S. mansoni La respuesta Th17 es central para la patología inflamatoria hepática en respuesta a los huevos Ponichtera et al 2014 J Immunol 192:4655 El receptor lectina de tipo C dectina-2 participa en la activación del inflamasoma y las respuestas inflamatorias y Th17 en respuesta a S. mansoni BMDC wt o KO para dectina-2 pre-condicionadas con agonista de TLR2 y estimuladas con SEA Ratones wt o KO para NLRP3 o ASC, infectados con S. mansoni durante 8 semanas De: Layland et al 2010 PNAS 107:20459 La actividad proteolítica extracelular debe ser un “PAMP” para Th2 Muchos alergenos ambientales tienen actividad proteolítica Muchos helmintos usan proteasas para invadir tejidos Existen en células del sistema inmune innato y de tejidos receptores activados por proteasas (PARs) La administración de ovalbúmina junto con la activación de PAR-2 en ratones causa sensibilización alérgica a este antígeno (Ebeling et al 2007 JI 179:2910) Las proteasas inducen la secreción de la citoquina tipo 2 TSLP en células de epitelio respiratorio, en forma dependiente de PAR-2 (Kouzaki et al 2009 JI 183:1427) Más en general, el daño tisular, detectado por células no inmunes, induce Th2 Las células linfoides innatas tipo 2 (ILC2) participan en amplificar las señales asociadas Loke et al 2007 JI 179: 3926 Mishra et al 2011 JI 187: 6491 Nussbaum et al 2013 502: 245 De: Licona-Limón et al. 2013 Nat Immunol 14: 536 Misterios en relación a la respuesta tipo 2…. -¿De dónde sale la IL-4 inicial? -¿Cuáles son las señales de coestimulación inducidas a nivel de la DC? - ¿Hay subtipos de DCs especializadas en inducir Th2? (DCs IRF4+ KLF4+: Gao et al 2013 Immunity 39:722; Tussiiwand et al 2015 Immunity 42, 916) -¿Cuál es el papel de la presentación de antígeno a T por células no-DC? ?? ILC2 ? IL-12 Th1 IL-4 TLRs PRRs? Th2 Las ILC2 son fundamentales para amplificar y mantener la respuesta Th2 Interaccionan con las Th2 en forma específica de antígeno (MHC:péptido) Oliphant et al 2014 Immunity 41: 283 De: Maizels & Withers 2014 Immunity 41:174 Entonces.. PRRs para Th2: No sabemos casi nada. Probablemente PARs, detección de actividad ribonucleasa, lectinas, TLR2, otros ..? PRRs para respuestas reguladoras: No sabemos casi nada. Probablemente TLR2, otros..? Los (otros) TLRs deben contribuir al pequeño componente de tipo 1 Lectinas y NLRP3 pueden contribuir al componente Th17 Células que comienzan inducción de Th2: DCs, basófilos, células epiteliales. Amplificación por ILC2. Células que comienzan inducción de respuesta reguladoras: DCs (tDCs). Señales de la DC a la célula T para Th2: ??? Señales de la DC a la célula T para respuestas reguladoras: TGF-, IL-10, moléculas coestimuladoras negativas (PD-L1, PD-L2). Entonces: • ¿Cómo “ve” el sistema inmune los parásitos? • ¿Qué PAMPs? • ¿Qué PRRs? • ¿Qué respuestas? Las respuestas: Comunes a todos los parásitos: Respuestas reguladoras/anti-inflamatorias (en común con los demás patógenos que establecen infecciones crónicas) Comunes a los protozoarios: Respuestas de tipo 1, modificadas por respuestas reguladoras Comunes a los helmintos: Respuestas de tipo 2, modificadas por respuestas reguladoras Los PRRs y PAMPs Los TLRs instruyen respuestas de tipo 1 frente a protozoarios. Varios PAMPs ya se conocen. Están por identificarse los PRR que instruyen las respuestas de tipo 2 frente a helmintos Los PAMPs incluyen proteasas, ribonucleasas, ciertos glúcidos y ciertos lípidos. Están por identificarse los receptores que instruyen respuestas reguladoras. TLR2 podría participar (en infección por Schistosoma). FIN PENSAR QUE SOY “TIPO 2”…