sylvia dematteis c átedra de inmunología dpto. de biociencias facultad de química

Sylvia DematteisCátedra de Inmunología

Dpto. de BiocienciasFacultad de Química

Modulación de la respuesta de las células T-CD4+

en las infecciones por parásitos

Unidad de Biología Parasitaria2008

Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo

Función del sistema inmune :

PROTEGER AL INDIVIDUO DE LAS INFECCIONES

Sistema inmune reacciona frente a la infección

Respuesta Respuesta Innata adaptativa

- actúan interreguladamente - defasaje cronológico

Las citoquinas son proteínas secretadas por células que actúan

como un sistema integrado de señales entre las células,

permitiendo una respuesta inmune integrada.

Regulación de la respuesta inmune por citoquinas

Regulan importantes

funciones biológicas:•proliferación •activación •sobrevida•muerte •diferenciación celular

Célula blanco

CitoquinasReceptores para Citoquinas

Efectos autócrinos parácrinos : locales sistémicos

Reguladores de la respuesta innata y adaptativa

•Regulación inhibidores proliferación celular estimuladores secreción citoquinas

secreción moléculas tóxicas diferenciación celular

T

IL-2

Efectos autócrinos

Efectos parácrinos localesBT

IL-6

Hígado Hepatocito

SíntesisProteínas del Complemento

Efectos parácrinossistémicos

En 1986, Mosman y Coffman decriben la existenciados subpoblaciones de células T-CD4+ , (Th1 y Th2)

Th1 Th2

IL-2IFN-TNF-

IL- 4IL-5IL-10

ParásitoIntracelular

ParásitoExtracelular

Th1 Th2

Infecciones parasitarias inducen respuestas polarizadas

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

C57Bl/6C3H Balb/cCBA

Resistentes Susceptibles

Características genéticas del hospedador

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+

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

- Citoquinas (DC y otras células)- nivel de estimulación por el TCR- tipo de señales co-estimuladoras

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.

Célula T-CD4+no diferenciada

IL-4

IFN-IL-12

Th2

GATA-3STAT-6 IL-4

IFN-

Gusanos Parásitos(helmintos)

Th1

T-betSTAT-4

Parásitosintracelulares

NFAT: nuclear factor of activated T cells; STAT: signal transducer and activator of transcription; T-bet: T-box expressed in T cells

Señales que llevan a la diferenciación Th1

Induce IL-12R2 e IFN-

•inducido por STAT1•induce IL-12R2 e IFN-•activo une GATA-3 y lo secuestra

Adaptado de Rautajoki, 2008

La diferenciación Th1 está mediada por T-bet

T-bet:•inducido por STAT1•induce IL-12R2 e IFN-•activo une GATA-3 y lo secuestra

Induce:

IL-12R2 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/IL12R2

•Las señales a partir de IL-12 e IL-18 (STAT4) estabilizan el fenotipo

Th1

T-CD4+vírgen

Ag

IFN

Célula B

Ag

IgG2a, IgG3opsonizan, fijan complemento

Mecanismos efectores activados por células Th1

Opsonización y fagocitosis

IFN

Activación de macrófagos

IL-2, IFN

T-CD8+virgen

Ag

T-CD8+citotóxica

Célula T-CD4+no diferenciada

IL-4

IL-12

Th2

GATA-3STAT-6 IL-4

IFN-

Parásitos extracelulares(helmintos)

Th1

T-betSTAT-4

Parásitosintracelulares

NFAT: nuclear factor of activated T cells; STAT: signal transducer and activator of transcription;

Señales que dirigen la diferenciación Th2

Induce GATA3

•Potencia transcripción en locus citoquinas Th2

•Inhibe expresión de STAT4

Adaptado de Rautajoki, 2008

La diferenciación Th2está 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

IL-4, IL-10Inhibición de respuestas inflamatorias

IL-5

Activación, diferenciaciónde eosinófilos

Célula B

IL-4

IgEIgG1Ac neutralizantes

Desgranulación de mastocitos

Th2

Ag

T-CD4+vírgen

Th1

Th2

IL-4IL-10

IFN

Promueve la diferenciación Th1

+ + + +

Inhibe la proliferación Th2

_ _ _ _

Inhibe la activaciónTh1

_ _ _ _

Promueve la diferenciación Th2

+ + + +

Interregulación negativa entre subpoblaciones Th1 y Th2

Célula T-CD4+no diferenciada

IL-4

IFN-; IL-12

TGF-

Th2

GATA-3STAT-6

IL-4

IFN-

TGF-IL-10

Parásitos extracelulares(helmintos)

Th1

T-betSTAT-4

Parásitosintracelulares

Foxp3 Inmunosupresión

Treg

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.

- Proporción estable y funcional (5-10%) de las células T-CD4+,

- expresan CD25,

-factor de transcripción FoxP3,

- Secretan IL-10 y/o TGF-

CélulasT-CD4+ reguladoras (Treg)

•Principal función de IL-10 :-control de la inflamación, -limita la inmunopatología

Th1

Th2

IL-4IL-10

IFN

Promueve la diferenciación Th1

+ + + +

Inhibe la proliferación Th2

_ _ _ _

Inhibe la activaciónTh1

_ _ _ _

Promueve la diferenciación Th2

+ + + +

Interregulación negativa entre subpoblaciones Th1 y Th2

Célula T-CD4+no diferenciada

IL-4

IFN-IL-12

TGF-

IL-6

TGF-

Th2

GATA-3STAT-6

IL-4

IL-17

IFN-

TGF-IL-10

Parásitos extracelulares(helmintos)

Th1

T-betSTAT-4

Parásitosintracelulares

Th17

STAT-3

Foxp3

BacteriasextracelularesAutoinmunidad

Inmunosupresión

Treg

El desarrollo de Schistosomiasis murina severa se correlaciona con altosniveles de IL-17

Es la primera evidencia del rol patogénico de Th17 en enfermedades parasitarias

Diferenciación

(IL-6+TGF-)

Amplificación

IL-21

Estabilización IL-23

(células dendríticas)

IL-17IL-22

IL-17

Diferenciación de células Th17

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

TGF

DCregTGF

- inducción de T-reg en la periferia

-secretado por Treg para limitar el desarrollo y función de las poblaciones Th efectoras: -Th1 y 2 (Th17??)

Homeostásis:

TGF IL-6

Interrelación con T-reg

HOMEOSTASISTGF Treg

INFLAMACIÓNTGF Th17

En respuesta a una infección: IL-6 dispara las respuestas Th17

IL-6 inhibe la expresión de

FoxP3

Infección tardía – reclutamiento de Th1/Th2

- inhibición de Th17 (IFN o IL-4):

(Treg/Th17)

T-reg dependientes de TGF- vuelven a dominar:

HOMEOSTASIS

Resolución de la infección

IFN

Th1

Th2

Th17

T-reg

IFN-

IL-4

IL-17

IL-10

IL-6

IL-4

IFN-

TGF-

Interregulación entre las diferentes subpoblaciones de células T-CD4+

Gusanosparásitos

Nematodes

Plathelmintos

Trematodes

Cestodes

Ascaridas

Filarias

Parásitos Helmintos

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)

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

Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de

respuestas de citoquinas tipo Th1 / tipo Th2

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

Heligmosomoidespolygirus

Balb/c o C57Bl/6 Infección crónicaInducción 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: expulsióna 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

Trichurismuris AKR

Inducción de respuestasTh1 que favorecen la cronicidad de la infección

N.brasiliensis es la infección en ratón que induceuna 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 involucramientoinicial 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 lainducción Th2 puede se reproducir in vitro simplementepor exposición de las DCs a antígenos de helmintos yluego 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