gli organismi hanno diversi tipi di difese, disposte

Difese dell’organismo Gli organismi hanno diversi tipi di difese, disposte

“sequenzialmente”, che il patogeno deve superare:

Barriere anatomiche (fisiche)

Difese intrinseche

Immunità innata

Immunità adattativa

Barriere fisiche

La cute è una barriera quasi impenetrabile per un virus, a causa della

presenza dello strato cheratinizzato, formato da cellule morte.

Molti virus invece riscono a passare le barriere mucosali (respiratoria,

digestiva, riproduttiva), che sono costituite da poche strati di cellule vive.

Mucosa respiratoria: presenza di muco, che ricopre le cellule, ed impedisce

l’attacco al recettore

M. digestiva: i virus devono sopravvivere alla saliva (contiene sostanze

antivirali), le condizioni acide dello stomaco, la degradazione da parte degli

enzimi digestivi. Inoltre i sali biliari prodotti dal fegato distruggono

l’envelope.

M. riproduttiva: la vagina è protetta da un epitelio stratificato di cellule

non proliferanti – i virus replicano meglio in cellule attive. In realtà i virus

che infettano per questa via sfruttano piccole lesioni che consentono di

raggiungere le cellule proliferanti degli strati inferiori. inoltre i batteri

presenti acidificano l’ambiente (~pH5), e molti virus sono pH-sensibili

Barriere Intrinseche

Sono sempre presenti nella cellula infettata

es: apoptosi, autofagia, silenziamento RNA, proteine antivirali

Siccome l'apoptosi è un importante meccanismo di difesa intrinseca (se la cellula muore,

il virus non può replicare), molti virus hanno sviluppato contromisure che inibiscono

l'apoptosi

Interferenza da RNA (in piante e invertebrati)

E’ il processo con cui una molecola di RNA a

doppia elica provoca la degradazione degli

mRNA con sequenze nucleotidiche omologhe.

Le cellule eucariote hanno una RNAsi (“dicer”) che

taglia il dsRNA in corti oligonucleotidi di 19-25 basi.

Gli oligo prodotti agiscono come small interfering

RNAs (siRNAs). I siRNAs vengono srotolati e ridotti a

ss, si legano all’RNA virale, viene sintetizzato dsRNA,

che viene degradato.

I siRNA formano complessi con

molecole di mRNA omologo (virale),

e lo degradano.

Questo fenomeno sembra confinato in larga misura

alle piante ed ai virus vegetali. Recenti controversi

studi indicano che anche i linfociti T applicano

l’interferenza da RNA per proteggersi contro

l’infezione da HIV.

L’applicazione dei siRNA mediante

biotecnologia è attualmente molto usata per

silenziare geni eucariotici

In seguito all’infezione virale l’ospite sviluppa risposte immuni, che si

dividono in due grandi categori:

L’immunità innata (I.I.), o costitutiva, è invece un meccanismo di difesa preesistente

all’incontro con l’antigene. L’I.I. rappresenta la prima linea di difesa dell’organismo e

viene attivata da molecole espresse solo dal patogeno (e non dall’ospite) e da segnali di

stress. E’ caratterizzata da:

-assenza di specificità, in quanto è attiva contro un largo spettro di microorganismi;

-assenza di memoria;

-velocità di risposta;

-assenza di un meccanismo del riconoscimento del "self“.

L’immunità acquisita, o inducibile, è l’espressione della risposta dell’individuo

all’azione di agenti estranei (antigeni) che si sviluppa in seguito al loro contatto. Le sue

caratteristiche fondamentali sono la specificità, dovuta agli anticorpi prodotti dalle

plasmacellule, e la memoria, dovuto al clone di cellule memoria che serve a prevenire

successive infezioni, rendendo la risposta più forte e rapida.

La risposta dell’ospite all’infezione virale

Nota: Ci limitiamo a fornire un’idea generica delle risposte importanti per il controllo dei virus, la trattazione

completa dei fenomeni verrà svolta nel corso di Immunologia

Risposta dell’ospite

L’I.I. è importante non solo per combattere l’infezione, ma anche

perchè innesca e prepara molte risposte dell’immunità adattativa.

PAMPs e TLRs L’I.I. viene innescata da PAMPs (pathogen associated molecular pattern,

assenti nelle cellule dell’ospite), che si legano ai TLRs (Toll-like receptor),

specifici recettori espressi sulla membrana delle cellule effettrici dell’I.I.

(es. cell. dendritiche)


TLRs e loro ligandi

Recentemente, sono

stati scoperti nel

topo 2 nuovi TLRs,

di cui ancora non si

sa niente

TLRs e PAMPs

Quando il TLR lega un PAMP si verificano molte risposte:

Fagocitosi

Chemiotassi e infiammazione

Secrezione di citochine (IL-1, -6, -8, -12, TNFa, ecc.)

Attivazione di cellule dendritiche

upregolazione di molecole costimolatorie necessarie per

l’attivazione di cellule T (CD80, CD86)


TLRs importanti per le infezioni virali:

TLR9: riconosce motivi CpG non metilati (es. DNA di herpesvirus)

TLR3: riconosce dsRNA (intermedio replicativo virus a RNA)

TLR7, 8: riconoscono ssRNA tipici virali

Mentre i TLRs che riconoscono batteri e miceti sono all’esterno della membrana,

quelli che riconoscono gli acidi nucleici virali sono sulle membrane intracellulari

Cellule dell’Immunità Innata

L’I.I. è effettuata

principalmente da

macrofagi e cellule

dendritiche (entrambe

esprimono TLRs), e da

cellule NK


Schema del ruolo delle cellule dendritiche nell’I.I.

Le cellule dendritiche

agiscono sia direttamente

(producendo citochine e

interferon), che

indirettamente (attivando

le cellule T nell’immunità

adattativa)

Cellule NK

Le cellule NK hanno recettori che riconoscono il "self"


Le cellule NK hanno recettori attivatori (che reagiscono a proteine virali, o stress

cellulare) e recettori inibitori che, se occupati, le inibiscono (KIRs). I KIR riconoscono

molecole MHC di classe I, e non lisano le cellule che esprimono questi antigeni self.

Cellule con bassi livelli di MHC-I non attivano i KIR, e quindi sono lisate (NK attive

rilasciano granuli che contengono perforina). Molti virus (come difesa all'immunità

adattativa) downregolano MHC I, ma questo causa la loro lisi da parte delle NK. Però

alcuni virus codificano proteine che mimano MHC I, e quindi inibiscono le NK

Cellule dell’Immunità Innata

La risposta delle NK dipende da un complesso equilibrio fra segnali attivatori (che

inducono il rilascio di segnali che innescano la citotossicità verso cellule infettate o

dannggiate) e segnali inibitori (che proteggono dal lisare cellule normali). Alcuni

virus sono in grado di attivare i segnali inibitori per evadere l’attivazione delle

cellule NK


Fields fig 9.4 II

parte

+

-

Schematizzando:

MHC classe I inibisce le NK, ma se presenta un Ag non self,

attiva il killing

Ma ci sono virus che downregolano MHC-I, ed in questo caso

non ci sarebbe attivazione del killing

Però le NK vedono l’assenza di MHC-I, non sono inibite e si

attivano

Alcuni virus codificano proteine che mimano MHC-I (es.

citomegalovirus umano e animali)


Interferon

Componente fondamentale dell’immunità innata

(tipo I) e dell’immunità adattativa (tipo II).

Viene descritto nelle diapositive successive


Defensine Corti peptidi antimicrobici prodotti da leucociti, NK, neutrofili e

cell. epiteliali, in seguito a vari stimoli (fra cui anche attivazione di

TLR). Hanno diversi ruoli nelle difese antivirali, agendo sia sul

virus che sulla cellula.

Inattivano virus

con inviluppo,

rompendo le

membrane o

interagendo con

le glicoproteine

(es. gp120 di HIV)

Interagiscono con recettori

di membrana delle cellule ed

alterano il signaling

intracellulare. Causano

diversi effetti, es. bloccano la

trascrizione dell’RNA virale o

il trasferimento dell’ac.

nucleico virale nel nucleo

In diversi virus (es

influenza) bloccano

il processo di

spoliazione negli

endosomi


Complemento Fra tutte le proteine di questo sistema, ha particolare importanza la

componente C3b. Diverse componenti (C3b, C1q) si possono legare alla

superficie del virus, con vari effetti:

1) “opsonizzazione”: i fagociti hanno recettori per il C, ed i virus legati al C

vengono fagocitati più facilmente

2) Per i virus con inviluppo, il legame di C3b innesca reazioni biochimiche che

portano alla formazione di pori sulla membrana, inattivando il virus

(“virolisi”).


Schema delle cellule associate all’immunità innata e a

quella adattativa


Le cellule dendritiche sono "sentinelle" che "pattugliano" tutto l'organismo.

Sono il collegamento fra risposta innata ed adattativa. Quando trovano

qualcosa di estraneo, vanno nei linfonodi, presentano il materiale

estraneo ai linfociti B e T, attivando le loro risposte


La cellula dendritica immatura ha recettori TLR e per citochine, e MHC-II

negli endosomi. Se viene attivata, prende le proteine estranee, e grazie a

MHC-II le presenta alle cellule T


Decorso di una tipica infezione virale acuta


Paragone fra

immunità innata

ed acquisita

DC = cellule dendritiche


Cinetica delle

risposte immunitarie

all’infezione virale


Le risposte innate non specifiche

precedono l’induzione delle

risposte antigene-specifiche. Le

due risposte agiscono in modo

sinergico e complementare

Il diagramma mostra la sequenza

della comparsa di Interferoni, attività

NK, CTL virus-specifici e anticorpi

nell’infezione col virus murino della

coriomeningite linfocitaria.

Immunità Adattativa Umorale

Legano il virione e lo “neutralizzano” rendendolo non

infettante con diverse modalità


Gli anticorpi antivirali specifici hanno diverse funzioni:

Un piccolo

virus è di poco

più grande

delle molecole

di anticorpo

Immunità Adattativa Umorale

Non tutti gli anticorpi sono neutralizzanti, non sempre l’attività neutralizzante

in vitro correla con quella in vivo, e anche gli anticorpi non neutralizzanti sono

importanti:

Legano complemento (C1q), attivando la cascata e causando la lisi del virione

Legano i recettori Fc presenti sui macrofagi, aumentando la fagocitosi dei

complessi ATG/ATC

Mediano la ADCC (Antibody dependent cell-mediated citolysis) operata dalle

NK, che distruggono cellule che esprimono antigeni virali


Gli anticorpi antivirali specifici hanno diverse funzioni:

Immunità Adattativa cellulo-mediata

I linfociti T CD8 sono cellule effettrici che

lisano le cellule bersaglio e secernono

citochine. Quando i CD8 sono attivati

(mediante interazione con le antigen-

presenting cells), rilasciano perforina, che

produce pori nelle cellule bersaglio (=che

esprimono l’Ag presentato alle CD8)

Secernono anche serin esterasi che innesca

l’apoptosi della cellula bersaglio.

Producono citochine (IFNg, TNFa, IL2)

che possono indurre apoptosi, mediare

riposte infiammatorie,


Schema semplificato dell’induzione dei CD8 citotossici. Una APC (antigen presenting

cell) espone sulla superficie l’antigene presentato da MHC classe I. Il CD8 “naive” lega

il peptide attraverso il T cell receptor e, attraverso ulteriori segnali, prolifera. Poi

differenzia in CD8 maturo capace di riconoscere e uccidere le cellule che espongono

lo stesso antigene esposto originariamente dalla APC

Essenziale per eliminare la

maggior parte delle infezioni virali


Ruoli delle cellule T verso i microorganismi intracellulari.

a) attivano meccanismi di uccisione intracellulare mediante la secrezione di citochine; b)

uccidono direttamente cellula e patogeno; c) nell'uccidere il patogeno distruggono

tessuto vitale; d) mediante lisi cellulare, consentono la disseminazione dei patogeni

sopravvissuti; e) i patogeni rilasciati possono essere fagocitati da cellule ospiti più

efficaci nella lisi

Immunità

mucosale

Le mucose contengono anche cellule CD4 e CD8, in grado di montare riposta cellulo-

mediata con diversa distribuzione di attività CTL rispetto alla presentazione

sistemica, che sembra proteggere meglio

Particolarmente importante, visto che le mucose sono uno dei

migliori siti di entrata per i virus. E’ importante soprattutto nelle

reinfezioni, e utilizza sia le risposte umorali che cellulo-mediate. Le

mucose contengono molte plasmacellule, che secernono IgA. Sono

presenti anche IgG, che escono per diffusione dai capillari.

Le immunità

mucosale e

sistemica

inducono diverse

distribuzioni di

CTL, e diversa

protezione

Topi sono stati immunizzati con un peptide virale per via sottocutanea o intrarettale. La

milza aveva CTL specifici in entrambi i casi, ma nei siti mucosali erano presenti solo con

l’immunizzazione rettale. Quando poi i topi sono stati infettati per via rettale con un virus

che partava lo stesso Ag, il titolo virale era significativamente più basso con

l’immunizzazione rettale Risposta dell’ospite

Immunopatogenesi virale

Infatti sintomi di molte malattie sono la conseguenza dell’azione di citochine o

di una risposta immune troppo intensa. I sintomi tipici dell’influenza e di molte

altre infezioni virali sono il riultato dell’azione dell’IFN e di altre citochine

indotte dal virus.

L’interazione fra Ab e grandi quantità di virus presenti nel sangue può causare

malattie da immunocomplesso. L’esantema del morbillo e il danno tissutale

dell’epatite B sono il risultato della risposta immune cellulo-mediata.

Quello che può sembrare un paradosso riflette semplicemente

l’equilibrio dinamico fra virus e ospite:

Se la risposta immune elimina l’infezione distruggendo un piccolo

numero di cellule infettate, i sintomi sono assenti o molto lievi, e l’ospite

guarisce senza danni. e invece prima dall’attivazione immune sono

infettate un gran numero di cellule, la distruzione stessa delle cellule

infettate può causare gravi conseguenze.

Le risposte immunitarie che servono per difenderci, contenendo

ed eliminando l’infezione virale, a volte possono essere

responsabili della patologia


Elusione virale delle risposte immunitarie - 1

Un fattore importante della virulenza di un virus è la sua capacità

di sfuggire all’eliminazione da parte del sistema immunitario


Blocco della produzione V. influenzale Proteina NS1 lega dsRNA e lo rende

irriconoscibile a PKR

Elusione virale delle risposte immunitarie - 2


Scoperta dell’interferone

Interferon

Virus

dell’influenza

inattivato al

calore

Virus

attivo

Fattore che “interferisce” con la replicazione virale, costituisce la

prima difesa attiva dell’organismo contro le infezioni virali, ha anche

azione antitumorale

Interferon Il sistema degli interferoni (IFNs)

è una delle più importanti difese

antivirali. Sono un gruppo di

proteine sintetizzate in risposta

all’infez. virale ed a altri stimoli.

Hanno un effetto transiente,

anche in presenza continua dello

stimolo induttore. Gli IFNs non

producono il loro effetto

direttamente, ma sono secreti sia

localmente che sistemicamente, ed

inducono le cellule a produrre

una serie di proteine (anche più di

1000) che causano molteplici

effetti (blocco replicazione virale,

inibizione crescita cellulare – specie

tumorale -, attivazione macrofagi,

linfociti, NK, upregolazione molecole

istocomptibilità, ecc.)

Interferon

caratteristiche dell’IFN

Gli IFNs sono specie-specifici, ma non virus specifici. Il loro effetto è limitato nel

tempo (1-2 giorni). Spesso sono responsabili dei sintomi aspeifici che associamo

alle malattie virali (febbre, dolori muscolari, malessere, ecc.)

Oltre che dai virus, gli IFNs

sono indotti da:

morganismi intracellulari (batteri, miceti, protozoi)

Attivatori dei TLRs o mitogeni

Polimeri sintetici (polifosfati, ecc.)

Antibiotici (es kanamicina)

vari composti sintetici a basso

PM

Interferon

Ci sono due tipi di IFN, fra loro non correlati, con funzioni diverse:

il tipo 1, antivirale, stimolato dall’infezione virale, viene prodotto da molti

tipi cellulari all’inizio dell’infezione, è può essere indotto anche da batteri e

parassiti; i più importanti sono a e b

il tipo 2, o IFN-g “immune” fa parte sia delle risposte innate che adattative,

è prodotto da linf T e NK, in risposta a citochine, soprattutto IL-12, ed

attiva la risposta immunitaria e aumenta il riconoscimento della cellula

infetta da parte dei linf T

Interferon

IFN umani ed alcune delle loro proprietà. IFN di tipo 1 di solito sono secreti in risposta ad

infezione virale. IFN tipo 2 è secreto da linf T e NK dopo stimolazione con IL-12 che, a sua

volta, è secreta da macrofagi e cellule dendritiche in seguito alla presentazione dell’Ag

Caratteristiche essenziali degli IFN

Interferon

Recentemente è stato scoperto IFN tipo III (IFN l), che usa recettori diversi da

quelli usati da tipo I e II, ma che ha, in parte, effetti simili al tipo I

Azione antivirale dell'interferone

Interferon

Gli IFNs di tipo 1 inducono oltre 1000 proteine (la cui funzione è per lo

più tuttora ignota), ed hanno molti effetti.

1) La 2-5A sintetizza delle adenine anomale, che attivano RNAsi che degradano l’mRNA.

2) PKR fosforila e inattiva eIF-2, un importante fattore di inizio ribosomiale.

Viene così bloccata la sintesi proteica (virale e cellulare)

Interferon

Anche se la cellula infettata muore per il blocco della sintesi proteica, l'infezione viene

bloccata. Logicamente, le cellule non infettate non vengono alterate, per l'assenza di

dsRNA (o altre molecole virali) in grado di attivare i due enzimi

I due principali (ma

non unici!) effetti

antivirali sono:

l’induzione di:

2’-5’ oligoadenilato

sintetasi

e di

protein chinasi R.

Interferon

Inoltre gli IFN agiscono anche attraverso le proteine Mx, un gruppo di

GTPasi che interferiscono con la replicazione virale in stadi diversi a

seconda della specie di virus.

es. v. influenza: Mx inibisce il trasporto verso il nucleo del complesso

ribonucleoproteico e la trascrizione,

v epatite B: Mx blocca l'uscita dell'mRNA dal nucleo

Gli IFNs inducono anche l’espressione di una particolare famiglia di

geni (ISG56: P56, P54, P60, ec.) che inibiscono le funzioni di eIF-3, un

importante fattore di inizio della traduzione

Aumentano anche l’espressione di molecole MHC di classe I, con

incremento della capacità della cellula di presentare l’antigene, e quindi

maggiore attività T citotossica

Pathway degli IFNs

Una via importante,

ma non esclusiva, è il

pathway JAK-STAT.

Il legame dell’IFN col

suo recettore causa

un segnale

intracellulare che

attiva una

tirosinkinasi (JAK), la

quale fosforila STAT

(un attivatore

trascrizionale) STAT

fosforilato migra nel

nucleo dove

promuove la

trascrizione di

specifici geni

IFN-g IFN-g è un modesto induttore di attività antivirale (10 volte meno potente degli

IFN a e b), ha un'azione più lente, ma è fondamentale nel potenziare diversi

meccanismi dell’immunità cellulo-mediata

Inoltre attiva le NK, favorisce la proliferazione di precursori linfocitari, attiva

fagocitosi e produzione di citochine

Interferon

Tutti gli IFN hanno azione

antiproliferativa, anche

antitumorale con diverse

applicazioni terapeutiche

Azione sequenziale degli IFNs

IFN-b, prodotto da cellule epiteliali e fibroblasti, diffonde

scarsamente dalla sede di produzione, e raggiunge facilmente alte

concentrazioni locali, efficaci nel proteggere le cellule vicine a

quella infettata. Se l’infezione progredisce e raggiunge il circolo,

può venire in contatto con i diversi tipi leucocitari che producono

IFN-a. IFN-a è molto diffusibile, raggiunge tutti gli organi e

contrasta efficacemente la diffusione dell’inf. Continuando

l’infezione, si attiva la risposta adattativa con la produzione di IFN-

g, che potenzia la risposta cellulo-mediata.

Interferon

Gli IFNs possono essere pericolosi

Interferon

Tutte le nostre cellule hanno recettori per IFN.

IFN inducono oltre 1000 geni, con azione potenzialmente dannosa

Hanno effetti fisiologici importanti: febbre, brividi, dolori muscolari,

malessere, ecc.

Qualsiasi infezione virale stimola la produzione di IFN, per cui i sintomi

influenzali sono così comuni

Riassumendo:

La protezione contro microorganismi infettanti che penetrano attraverso le barriere della

cute e delle membrane mucose è mediata da diversi meccanismi difensivi precoci, che

costituiscono l'immunità innata

Questi meccanismi intervengono più rapidamente, ma sono molto meno specifici rispetto ai

meccanismi adattativi

I meccanismi difensivi precoci comprendono risposte infiammatorie, il sistema del

complemento, gli interferoni, i fagociti, le cellule NK.

L'immunità adattativa impiega giorni/settimane a raggiungere il massimo dell'efficienza

ed è, generalmente, responsabile della guarigione dall'infezione

Nelle infezioni virali, di solito, l'immunità cellulo-mediata è responsabile della guarigione

ee gli anticorpi del mantenimento dell'immunità

La mancata guarigione può dipendere da deficienze dell'immunità dell'ospite o dalle

strategie di evasione dei microorganismi

Risposta dell'ospite

Risposta dell'ospite

gli organismi hanno diversi tipi di difese, disposte

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