4 - Meccanismi di evasione delle difese immunitarie

Meccanismi di evasione delle
difese immunitarie
Lezione 4
Andrea Crisanti
Risposta immunitaria
Barriere
Invasione e
infezione
Immunità innata
+
+
Pelle e mucose
Superfici che si rigenerano rapidamente,
movimenti peristaltici, movimento delle
ciglia, vomito, urina/lacrime, tosse
Difese cellulari e umorali
Lisozima, secrezioni sebacee e mucose,
acidi gastrici, organismi commensali,
proteine, fagocitosi, cellule NK
Infiammazione
Immunità adattativa
Difese cellulari e umorali
Anticorpi, citochine, cellule T-helper,
cellule T citotossiche
Meccanismi d’evasione degli agenti
infettivi
• Variazione antigenica
– Deriva (rhinovirus, influenza)
– Alterazione (influenza)
– Variazione antigenica (batteri e parassiti)
• Latenza
–
–
–
–
Virus dell’Herpes (EBV, Herpes simplex I & II, CMV)
Papillomavirus (HPV-6,11,16,18)
Retrovirus (HIV)
Plasmodium vivax
• Evasione del sistema immunitario dell’ospite
– Herpes, Poxvirus (vaccinia, vaiolo), Adenovirus
– Tripanosomi africani e americani
Alterazione e deriva antigenica
Alterazione: un cambiamento improvviso
nell’emagglutinina e/o geni virali quando un
nuovo genoma dell’influenza compare
improvvisamente (Influenza A)
Deriva: un cambiamento graduale
nell’emagglutinina e/o nei geni virali quando
il virus attraversa una serie di mutazioni ed
evolve nel tempo (Influenza A e B)
Meccanismi di evasione immune
Esempio: Virus dell’influenza
Anticorpi neutralizzanti contro
l’emagglutinina bloccano l’adesione
alle cellule
Mutazioni alterano gli epitopi
dell’emagglutinina così da
neutralizzare gli anticorpi
Cambiamento antigenico avviene
quando segmenti di RNA vengono
scambiati tra ceppi virali in un ospite
secondario
Assenza di immunità contro il virus
che esprime una nuova
emagglutinina
Virus dell’influenza: orthomyxoviridae
Virus RNA: l’RNA è composto da 8 segmenti che possono
mutare o ricombinarsi creando nuovi ceppi virali
Virioni: sferici, ~200nm di diametro
Capside: contiene delle “spine” rigide di emagglutinina e
neuraminidase
Classificazione del virus dell’influenza
• Influenza A (esseri umani,
suini, equini, animali marini,
polli/volatili)
– emagglutinina (H)
• H1, H2, H3
– neuraminidase (N)
• N1, N2
• Influenza B (esseri umani)
• Influenza C (esseri umani,
suini)
©2001 Trish Perl. All Rights Reserved.
JHH Healthcare Epidemiology and Infection Control.
Proteine: superficie
emagglutinina: favorisce
l’infezione
neuraminidase: permette
al virus di penetrare nelle
secrezioni respiratorie
Struttura/membrana:
Proteine M: modificano
l’ambiente (pH) per
facilitare il rilascio del
capside
Sottotipi di antigeni dell’influenza A
associati alle pandemie
Anno
1889
1918
1957
1968
1977
Intervalli (anni) Sottotipo
-29
39
11
9
H3N2
H1N1
H2N2
H2N2
H1N1
Modificazione antigenica
?
H+++N+++
H+++N+++
H+++NH+++N+++
Severità
moderata
severa
severa
moderata
leggera
Caratteristiche del virus dell’influenza
• Associata ad un’alta mortalità
– Malattia severa associata all’influenza B negli
anziani e nelle persone ad alto rischio
• Modalita’ di trasmissione in epidemie o
pandemie
– Generalmente influenza A
Pandemia influenzale: passato e presente
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IncidenzaIncidence
clinica dell’influenza
of Flu clinically livello
meandipop
anticorpi
antibody
nella
vs HxNx
popolazione
virus
PANDEMIA
PERIODO INTERPANDEMICO
EPIDEMIA
EPIDEMIA
EPIDEMIA
EPIDEMIA
1
2
3
4
5
6
7
8
Introduzione del virus Leggera variazione significativa A
A HxNx
di HxNx..
9
10
11
12
13
14
Introduzione del nuovo subtipo del virus A HyNy
LIVELLO MEDIO DI ANTICORPI NELLA POPOLAZIONE
PANDEMIA
Ciclo vitale
Capillare
Pelle
Mosca
tzetze
Fissione
binaria
Moltiplicazione
nello stomaco
Forma
metaciclica
Tripanosomiasi nell’ Africa Centrale
Migliaia
Globuli rossi
Tripanosomi
Molecole VSG
Segnale peptidico
N-terminale
Regione variabile
Regione
d’omologia
Coda idrofobica
C-terminale
Le molocle VSG sono ancorate alla membrana
attraverso un residuo GPI
Parassitemia
(log parassiti/ml sangue)
Variazione dei livelli di parassitemia
nella malattia del sonno
Settimane dalla probabile infezione
“LEPTOSPIRA”
La leptospirosi (o malattia di Weil) è una zoonosi
causata da una specie patogena delle leptospira,
Leptospira interrogans. Ceppi saprofitici sono L.
biflexa.
Caratteristiche:
• Spirochete aerobica a forma di spirale
• utilizzano l’energia ottenuta dalla β-ossidazione degli
acidi grassi
• possono essere cresciuti in terreni di coltura in
presenza di siero
Microscopia a campo scuro della Leptospira
Febbre ricorrente: Borrelia
1. Caratteristiche
• 4 -18 mm di lunghezza, 0.2-0.5 mm di larghezza
• spirochete a spirale
• alta motilità con 15-20 fibrille assiali
• visibile con colorazione Giemsa in strisci di sangue
• microaerofile che crescono in un terreno speciale
2. Patogenesi
a. Infezione da pulce (febbre ricorrente epidemica) dovuta a Borrelia recurrentis;
trasmessa da pulci corporee o da pidocchi (Pediculus humanis); un volta ingerita
dalla pulce, la borrelia passa nell’emolinfa e nei gangli della pulce, infetta l’ospite
successivo se la pulce è ferita
b. Infezione da zecca (febbre ricorrente endemica) dovuta a Borrelia recurrentis
(o B. hermsii o B. turicatae); trasmessa da zecche del genere Ornithodoros;
se la zecca si nutre di sangue di un ospite infetto, la borrelia persiste nelle ghiandole
salivari della zecca e viene trasmessa ad un altro ospite attraverso la saliva
infetta al seguente pasto di sangue.
Febbre ricorrente: Borrelia
3. Manifestazioni cliniche
- dopo 7-10 giorni d’incubazione, c’è un’improvviso malessere; la spirochetemia è
molto alta e causa rapidamente febbre alta che persiste fino alla crisi; i pazienti
si lamentano di prostrazione, mal di testa, mialgie acute o artralgia; possono
anche sviluppare nausea, vomito, diarrea, tosse e mal di gola; con la
splenomegalia si osservano anche rush maculari o patechiali
- 3-6 giorni dopo l’inizio del malessere, i sintomi diminuiscono, assieme ad una rapida
diminuzione della febbre ed un aumento della sudorazione; 5-10 giorni senza febbre
i pazienti hanno una ricaduta simile al periodo iniziale della malattia, tipicamente
più corto e meno violento del primo
- La ricaduta è dovuta alla variazione antigenica delle principali proteine variabili
(VMP) – cambiamenti spontanei; il gene VMP è situato su un plasmide lineare, con
diverse copie di geni silenti o geni espressi per ogni tipo di antigene;
localizzazione dei geni entro i siti di espressione porta ad un’espressione di
questo gene
- La Borrelia è suscettibile all’azione di anticorpi e complemento; i pazienti si
riprendono grazie alla risposta umorale e anticorpi specifici
Meccanismo di evasione del sistema immunitario da parte
della Borrelia; illustrata è la presenza di varianti antigeniche
durante l’infezione.
Malattia
Ricaduta
Anticorpo 1
Spirochete
Antigene 1
Anticorpo 2
Spirochete
Antigene 2
Giorni
Ricaduta
Anticorpo 3
Spirochete
Antigene 3
Variazione antigenica
1.
Il Microrganismo deve essere in grado di produrre un
gran numero di antigeni immunodominanti che non
condividono epitopi accessibili al fine di evadere il
sistema immunitario per un lungo periodo di tempo;
2.
Il parassita deve essere in grado di cambiare la
“variante” dell’antigene esposto in una frazione della
popolazione parassitica prima che gli anticorpi
abbiano eliminato l’intera popolazione;
3.
Gli antigeni di superficie devono essere prodotti in
maniera coordinata nel tempo per evitare una grande
eterogeneità della popolazione e indure anticorpi
contro la frazione rilevante del repertorio antigenico.
Struttura dell’HIV e del recettore del virus gp160 (gp120/gp41)
Capsula nucleica
Integrase
Genoma
RNA
Protease
Trascrittasi inversa
Capsula
Membrana
cellulare
Recettore delle
chemochine
La maggior parte degli individui infetti con
HIV sviluppano l’AIDS dopo un periodo di
svariati anni
Percentuale
delle persone
senza AIDS
Emofilici HIV- e
omosessuali HIV-
Maschi
omosessuali HIV+
e emofilici >20 anni
HIV+
Infezione
con HIV
Presente
Previsti
Tempo post-infezione (anni)
Il virus dell’HIV risiede nelle cellule CD4+ allo stato latente
grazie alla sua integrazione con il genoma dell’ospite
Le particelle del virus
aderiscono a recettori
sulle cellule T
Il capside virale si fonde con
la membrana cellulare
permettendo al genoma virale
di penetrare nella cellula
La trascrittasi inversa copia
l’RNA del genoma virale in
cDNA a doppia elica
Il cDNA virale penetra nel
nucleo e viene integrato nel
DNA dell’ospite. Rimarrà
silente fino all’attivazione
delle cellule T
RNA genomico
virale
cDNA virale
Co-recettore
citoplasma
Membrana
cellulare
Nucleo
DNA
cromosomale
provirus
L’attivazione delle cellule T CD4+ infette induce la
replicazione virale
L’attivazione delle
cellule T induce la
trascrizione del provirus
I trascritti dell’RNA sono
processati più volte
permettendo la
traslazione di tat e rev
Tat incrementa la
trascrizione di RNA virale.
Rev incrementa il
trasporto di RNA virale
nel citoplasma
Le proteine Gag, Pol e
Env sono tradotte ed
assemblate in particelle
virali
Risposta immunitaria all’HIV
Anticorpi diretti contro HIV Env
CTL specifiche contro HIV
Anticorpi diretti contro HIV p24
Virus infettivo nel plasma
4-8 settimane
2-12 anni
2-3 anni
0-1
anno
infezione
Decesso
Sieroconversione
Diminuzione delle cellule T CD4+
Media di ca. 10 anni
2-6 sett.
Malattia
simile
all’influenza
Fase asintomatica
Fase
sintomatica
Risposta immunitaria all’HIV
Anticorpi diretti contro HIV Env
CTL specifiche contro HIV
Anticorpi diretti contro HIV p24
Virus infettivo nel plasma
4-8 sett.
2-12 anni
2-3 anni
0-1
anno
La perdita delle
cellule T CD4+
porta alla
deficienza
immunitaria e
l’inabilità di
controllare
l’infezione di
HIV
Aspetti fondamentali del meccanismo di
soppressione della risposta immunitaria
• Cellule T-helper CD4+ infette muoiono e sono
eliminate
– Le DC non interagiscono con le cellule T-helper CD4+ e non
possono a loro volta attivare nuove cellule CD8 CTL
– La risposta delle cellule CD8+ e delle B cellule diminuisce
– La memoria delle cellule T-helper CD4+ è perduta
• Le DC infette sono uccise dal virus o da CTL
– Difetto nella presentazione dell’antigene
– Inefficacia nell’attivare la memoria di CTL
PERIODO DI LATENZA
Quando un’infezione virale non si manifesta immediatamente. Piuttosto, il
virus entra in uno stato latente durante il quale il genoma virale può venir
incorporato nel genoma dell’ospite o mantenuto come elemento extracromosomale.
I genomi di virus latenti vengono replicati passivamente assieme ai cromosomi
dell’ospite. Non tutti i geni del virus rimangono silenti durante il periodo latente e vi
possono essere cambiamenti percettibili nel fenotipo della cellula. Il genoma virale
può essere riattivato, potenzialmente anche decenni dopo l’infezione iniziale.
Herpes, papilloma, Hepadnaviruses: Forme latenti esistono come plasmidi (nucleari,
elementi extra-cromosmali)
Virus:
Herpes simplex
Varicella-zoster
Epstein-Barr
Papilloma
Luogo di infezione latente:
- neuroni sensoriali
- gangli dorsali
- linfociti B
- epitelio basale
Per esempio: virus dell’herpes dopo l’esposizione dell’ospite ad alte dosi di UV.
Retrovirus:
Forme latenti esistono come "proviruses" integrate nel cromosoma dell’ospite
HTLV 1 - cellule T
HIV
- CD4+ cellule T, macrofagi.
Herpesviridae
• Alphaherpesvirinae (BHV-1, EHV-1,4, HV felino, HV canino)
– Crescita rapida
– Periodo di latenza nei neuroni sensoriali
• Betaherpesvirinae
– Citomegalovirus (grandi cellule simili a palloni)
– Crescita lenta
– Periodo di latenza nelle ghiandole salivari, reni,
linfociti
• Gammaherpesvirinae (malignant catarrhal fever virus)
– Malattia linfoproliferativa
– Periodo di latenza nelle cellule linfoidali
Struttura
Capside
nucleico
Involucro
Tegumento
Glicoproteine
(gB, gC…gL)
Infezioni produttive e latenti
Ciclo riproduttivo
vhs
gC
viral
DNA DNA
virale
gD
IEGeni
genes
IE
EGeni
genes
E
Replicazione
del DNA
DNA replication
L
LGeni
genes
gB
Corpi inclusi
tif
Rilascio di
virioni
Periodo di latenza e riattivazione
DNA virale
Geni IE
(regolatori)
Geni E
(enzimi)
Geni L
(strutturali)
LAT
riattivazione
stress
immunosopressione
corticosteroidi
cAMP
Evasione del sistema immunitario: Latenza virale
Il virus si sposta lungo
Il virus dell’herpes simplex
l’assone del neurone per poi
infetta le cellule epiteliali della
pelle, poi si espande ai neuroni infettare nuovamente le cellule
sensoriali vicini area d’infezione. epiteliali. I neuroni hanno un
basso contenuto di MHC
La risposta immunitaria
controlla l’infezione, ma il virus classe I e quindi non vengono
attaccati da CTL. Questo li
persiste nel nucleo dei neuroni
rende un posto ideale per la
in stato LATENTE (trascrizione
persistenza di un’infezione
inattiva), fino a quando non
virale latente.
viene riattivato.