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