Herpes virus. Weller (1954) isolò VZV dalle lesioni cutanee della varicella e dello zoster

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1 Herpes virus Dal greco herpein = strisciare, insinuarsi Virus ubiquitari, con infezioni molto diffuse Nel 1950, Burnet e Buddingh dimostrarono la latenza del virus dopo l infezione primaria e la capacità di riattivazione Weller (1954) isolò VZV dalle lesioni cutanee della varicella e dello zoster Sono stati isolati circa 100 Herpesvirus, almeno 1 per ogni specie animale per la quale si è fatta una ricerca specifica Al momento attuale sono stati descritti 8 Herpesvirus umani

2 Herpes Virus Virus a DNA lineare a doppio filamento. Hanno dimensioni ampie: nm. Hanno forma sferica con una doppia membrana lipoproteica (pericapside) e capside icosaedrico (162 capsomeri). Tra il capside e il rivestimento è situato uno strato amorfo detto tegumento costituito da 8 differenti polipeptidi.

3 Herpes virus Famiglia diversificata e complessa di virus a DNA di grosse dimensioni Caratterizzati da - comune morfologia del virione - strategia replicativa: replicazione del DNA e assemblaggio nucleare - codificano molte proteine che controllano la sintesi di DNA e RNAm virali e la regolazione della sintesi di DNA, RNA e proteine cellulari Possono causare infezioni litiche, persistenti, latenti/ricorrenti, e immortalizzanti (EBV) 3 sottofamiglie diversificate in base a - struttura del genoma - tropismo tissutale - citopatologia e sede dell infezione

4 Herpes virus 8 Herpesvirus umani Alpha-herpesvirus: HSV1 HSV2 Virus della Varicella Zoster (VZV/HHV3 ) Beta-herpesvirus: Citomegalovirus (CMV/HHV5) Virus erpetici umani 6 e 7 (HHV-6 e 7) Gamma-herpesvirus: Epstein-Barr (EBV/HHV4) Virus erpetico umano 8 (HHV8)

5 Relationships among herpesvirus sequences

6 The morphology of herpesviruses (HSV-1) as visualized by transmission electron microscopy

7 Herpes virus La caratteristica peculiare di questa famiglia è la possibilità di latentizzare, in seguito all infezione primaria. A distanza di tempo l infezione si può riattivare (infezione ricorrente) con patologie che possono essere anche differenti dall infezione primaria. Le infezioni sono spesso asintomatiche ma possono assumere decorso molto sfavorevole in individui immunocompromessi.

8 Infezione latente I virus erpetici inducono o possono indurre infezioni latenti così come i Papovavirus, Hepadnavirus e naturalmente i Retrovirus. Esempio tipico di latenza è l erpesvirus di tipo 1 che, a seguito dell infezione primaria, va a localizzarsi trasportato lungo l assone del nervo sensitivo al ganglio sensorio regionale, soprattutto nei gangli del trigemino. Il virus infetta i neuroni e persiste in essi nel nucleo in più copie e in forma episomiale stabilendo una infezione latente che dura tutta la vita. Stimoli poco conosciuti, clinicamente legati ad eventi patogeni e di stress, attivano il virus latente che si moltiplica nei neuroni e viene trasmesso attraverso il plasmalemma della fibra nervosa sensitiva fino alle giunzioni neuroepiteliali con conseguente infezione delle cellule sovrastanti epiteliali e produzione della lesione erpetica. Durante la latenza del virus non sono state messe in evidenza proteine virali nei neuroni.

9 Infezione latente che esprime antigeni virali Tipico esempio è il virus di Epstein Barr (EBV), un altro virus erpetico, agente della mononucleosi infettiva. Esso si moltiplica nelle cellule epiteliali naso faringee e infetta i linfociti B stabilendo in essi un infezione latente in forma episomiale (più copie di DNA circolarizzato nel nucleo). Nelle cellule tumorali del linfoma di Burkitt è stato individuato genoma integrato. La latenza di EBV nei linfociti B non è completamente silente. Il genoma virale esprime alcune proteine, i cosidetti antigeni nucleari (EBNA) dei quali è stato particolarmente studiato EBNA-1 che induce la DNA polimerasi cellulare a produrre più copie di DNA episomiale virale. Altri EBNA inducono l immortalizzazione dei linfociti B mentre altri antigeni virali prodotti, i cosidetti antigeni di membrana che compaiono sulla superficie della cellula infetta, stimolano una risposta cellulo mediata nei confronti del linfocita B infetto (quindi aumento dei Linfociti T nel corso della mononucleosi infettiva).

10 Herpes Virus L acido nucleico a DNA a doppia elica è formato da due sequenze geniche, una lunga (UL) e una successiva corta (US), affiancate da due sequenze terminali ripetute. Queste sequenze uniche possono essere invertite, e nell una e nell altra elica, dando origine a quattro popolazioni molecolari di DNA che differiscono per il differente orientamento di UL e US. Il DNA del virione dal peso molecolare di 100 milioni dalton è avvolto intorno ad una struttura proteica a forma di toroide (nucleosoma) e può codificare per almeno 81 polipeptidi diversi. Il DNA è lineare nella fase di quiescenza, poi circolarizza durante la moltiplicazione (come alcuni batteriofagi).

11 Genoma degli Herpes virus

12 Herpes Virus Alpha-herpesvirus: Herpes simplex di tipo 1 e 2 (HSV-1 e 2) Virus della Varicella Zoster (VZV/HHV3) Ciclo replicativo abbastanza breve, un marcato effetto citopatico e un tropismo tissutale ampio. La sede preferenziale di latenza sono le cellule dei gangli nervosi. Beta-herpesvirus: Citomegalovirus (CMV/HHV5) Virus erpetici umani 6 e 7 (HHV-6 e 7) Il ciclo replicativo è piuttosto lungo, hanno un ristretto tropismo tissutale e capacità di indurre sincizi. La sede di latenza è nelle ghiandole salivari, nei tubuli renali, nelle linfoghiandole (cellule epiteliali, monociti). Gamma-herpesvirus: Epstein-Barr (EBV/HHV4) Virus erpetico umano 8 (HHV8) Il tropismo tissutale è limitato a cellule linfoidi, che sono pure la sede di latenza.

13 Membri della famiglia Herpesviridae

14 Sieropositività per infezioni da virus erpetici nella popolazione dei paesi occidentali

15 Schema della replicazione precoci immediati degli herpesvirus regolatrici fattori di trascrizione precoci ritardati regolatrici DNA polimerasi Timidinochinasi tardivi strutturali La replicazione del DNA nel nucleo avviene tramite una DNA polimerasi virale, il DNA virale circolarizza e replica mediante il meccanismo del circolo rotante. Il filamento interno usato come stampo.

16 Diagram of the replication cycle of HSV

17 Schematic representation of the regulation of HSV gene expression.

18 Diagram of a model of HSV DNA replication, with the following steps

19 Diagram of pathways of egress.

20 HSV Il genoma di HSV codifica almeno 80 proteine La metà delle quali sono necessarie per la replicazione virale Le altre intervengono nell interazione tra il virus e i diversi tipi di cellula ospite e nella risposta immunitaria. Numerosi enzimi: DNA polimerasi DNA dipendente, enzimi di recupero di nucleotidi (timidino chinasi, ribonucleotide reduttasi, ecc) 11 glicoproteine che vengono usate come proteine virali di attacco (gb, gc, gd, gh), proteine di fusione (gb), proteine strutturali, proteine per l elusione del sistema immunitario (gc, ge, gi)

21 Patogenesi delle infezioni da HSV

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23 Infezione latente HSV Nell infezione primaria il virus si moltiplica nelle cellule epiteliali della cute o delle mucose, producendo le caratteristiche lesioni erpetiche. Successivamente invade le terminazioni nervose. Da qui percorre in modo centripeto gli assoni, raggiunge i gangli sensitivi e stabilisce la latenza nei neuroni gangliari. Sembra che il DNA rimanga in forma episomiale nel nucleo. In seguito a diversi stimoli (in seguito a decadimento dell efficienza dell immunità cellulare) il virus viene riattivato e si dirige in modo centrifugo lungo l assone e va a localizzarsi perifericamente, provocando le malattie secondarie ricorrenti. Generalmente si localizza nella stessa sede in cui si è manifestata l infezione primaria.

24 Attecchimento e riattivazione da HSV

25 Infezione primaria Infezione ricorrente Latenza Riattivazione

26 Terapia HSV Le infezioni da HSV sono molto diffuse nella popolazione umana. La maggior parte degli individui adulti ha anticorpi contro di essi. Contro le infezioni da HSV è usato con notevole efficacia l aciclovir, un nucleoside analogo della guanina, fosforilato dalla timidina-chinasi virale: risulta quindi selettivo nell agire nella cellula infetta risultando meno tossico di altri farmaci. Viene usato in applicazione topica per le affezioni cutanee e sistemica per le rare affezioni disseminate.

27 Conversione ad acyclovir-tri-fosfato nelle cellule infettate da HSV o VZV Acyclovir * Acyclovir-MP # Acyclovir-DP # Acyclovir-TP viral kinase * cellular kinases # ACTIVE FORM

28 Virus della Varicella Zoster (VZV) (i) Determina una malattia esantematica molto contagiosa e diffusa (varicella) tipica dell infanzia. Si trasmette con le secrezioni delle vie respiratorie o mediante contatto con i fluidi vescicolari. Il periodo di incubazione è di 14 giorni. Il virus si moltiplica inizialmente nelle vie aeree superiori e si diffonde ai linfonodi regionali. Qui c'è un'ulteriore amplificazione virale; segue una fase viremica con trasferimento dell infezione agli organi interni (fegato, milza, reni ecc.) e quindi all epidermide dove provoca macule (in prevalenza nel capo e nel torso) che evolvono in papule, vescicole e pustole. Il virus migra nei gangli sensori (dorsali) e rimane in uno stato di latenza che può durare anche tutta la vita.

29 Virus della Varicella Zoster (VZV) (ii) La riattivazione determina il trasferimento del virus, lungo l assone, alle terminazioni nervose periferiche epidermali dove provoca una eruzione vescicolare dolorosa (herpes zoster o fuoco di sant Antonio), generalmente localizzata nella regione toracica. Si ritiene che durante la latenza la replicazione virale possa occasionalmente riprendere. Se l immunità cellulare è efficiente la manifestazione clinica è inibita. Questi episodi abortivi contribuiscono forse a mantenere elevato il livello di immunità cellulare. Se l immunità decade sotto un livello soglia la riattivazione si manifesta clinicamente. Le vescicole presenti in un adulto in fase zoster sono la sorgente che comunemente dà l avvio a un epidemia varicellosa in una comunità di bambini suscettibili.

30 VZV (iii) L immunità conferita dall infezione primaria è duratura e protegge dalla reinfezione ma non dalle riattivazioni. L aciclovir è il farmaco di scelta sia nelle infezioni primarie che nello zoster (anche se qui è difficile intervenire sui sintomi della nevrite che accompagna spesso la riattivazione). La diagnosi si effettua principalmente in base al quadro clinico. Per conferma si possono evidenziare antigeni virali nelle cellule raschiate alla base delle vescicole (ad es. con immunofluorescenza) o isolando il virus in colture cellulari (fibroblasti umani, cellule di scimmia). Bisogna tenere presente la labilità del virus: i campioni vanno messi a + 4 C e trasportati subito al laboratorio.

31 Herpes Varicella Zoster HZV; HHV3 Lesioni cutanee in un paziente affetto da varicella

32 Herpes Varicella Zoster HZV; HHV3

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34 Citomegalovirus (CMV/HHV5) (i) L infezione è molto diffusa ma spesso asintomatica (nell individuo immunocompetente) sia nell infezione primaria sia in quelle ricorrenti. Quando la malattia si manifesta si possono avere sintomi aspecifici come febbre, linfoadenopatia, faringite accompagnati da linfocitosi (sindromi similmononucleosica). Ci può essere anche un coinvolgimento epatico. L infezione può manifestarsi con elevata gravità negli individui immunocompromessi, sia nell infezione primaria, sia nella riattivazione. In queste situazioni possono essere coinvolti molti organi con conseguenze anche molto gravi: polmonite, epatite, nefrite, esofagite, colite, retinite, encefalite. Alcune localizzazioni sono tipiche di determinate patologie: ad es. la localizzazione oculare è osservata soprattutto in malati di AIDS (retinite da CMV).

35 Citomegalovirus (CMV/HHV5) (ii) -La sede cellulare dell infezione primaria è multipla interessando cellule epiteliali sia di mucose che di ghiandole, oppure cellule linfoidi. -La sede della latenza non è ancora accertata, ma nelle fasi non attive il DNA virale è dimostrabile nei monociti e nelle cellule endoteliali. -L infezione si trasmette con secrezioni contaminate o tramite inoculazione di sangue o trapianti di tessuti infetti. -CMV è estremamente diffuso nella popolazione e l infezione viene contratta in genere in età precoce e si può riattivare in epoca successiva. -Una notevole importanza riveste la trasmissione verticale, soprattutto nel primo trimestre di gravidanza: il virus può causare aborto o gravi alterazioni patologiche (splenomegalia, cecità, sordità, microcefalia).

36 Citomegalovirus (CMV/HHV5) (iii) -L infezione primaria da CMV può essere diagnosticata su base sierologica, accertando una sieroconversione. -E possibile isolare il virus in colture di fibroblasti umani da vari materiali biologici: urine, saliva, sangue, broncolavaggio etc. -La comparsa dell effetto citopatico è molto lenta, quindi è indispensabile usare sistemi che mettano in evidenza antigeni precoci nelle colture infettate già dopo un giorno. -Un altro approccio sensibile è quello di ricercare gli antigeni virali direttamente nel materiale dei prelievi (per es. nei linfomonociti). -Il Ganciclovir e il Foscarnet sono i due farmaci usati per il CMV e sono inbitori della sintesi del DNA virale (dipendenti da Timidinokinasi cellulare) Se somministrati tempestivamente, consentono il controllo dell infezione (soprattutto in soggetti immunocompromessi).

37 Virus di Epstein-Barr (EBV/HHV4) (i) -EBV è l agente etiologico della mononucleosi infettiva, una malattia tipica dei giovani adulti. Di solito nell infanzia è asintomatica. -La malattia si manifesta con febbre, faringite, ingrossamento dei linfonodi, splenomegalia, alterazioni delle funzioni epatiche. -EBV viene trasmesso attraverso secrezioni faringee, spesso tramite scambio di saliva. -La sede del primo impianto sono le cellule epiteliali del faringe, dove si instaura un infezione produttiva. -Da qui il virus viene trasmesso ai linfociti B, dove instaura un infezione non produttiva (latenza).

38 Virus di Epstein-Barr (EBV/HHV4) (ii) Nell epitelio oro-faringeo il virus, dopo l infezione primaria, può dar luogo a un infezione litica persistente che può durare alcuni anni. Il soggetto infetto anche se asintomatico funziona da sorgente di infezione. Il genoma virale è presente in forma circolare all interno del nucleo. La presenza del genoma virale nei linfociti B trasforma queste cellule immortalizzandole EBV è associato con il Linfoma di Burkitt (bambini dell Africa centrale e Nuova Guinea) e carcinoma nasofaringeo. Nei pazienti con AIDS si ritiene associato alla leucoplachia orale. La diagnosi si basa attualmente sulla dimostrazione di anticorpi contro le proteine virali precoci, nucleari o del capside virale. Si prevede che a breve si potranno rendere disponibili metodi per la misura della carica virale mediante ricerca del genoma con PCR.

39 DNA Tumor Viruses Burkitt s Lymphoma 8:14 translocation Break in chromosome 14 at q32 myc Acute myelocytic leukemia 7:15 9:18 11:15:17

40 Cancers often result from gene translocations Translocations near a c-onc may give rise to neoplasia Disease c-onc translocation Burkitt s lymphoma myc 8 to 14 Acute myeloblastic leukemia mos 8 to 21 Chronic myelogenous leukemia abl 9 to 22 Philadelphia Chromosome) Acute promyelocytic leukemia fes 15 to 17 Acute lymphocytic leukemia myb 6 deletion * Ovarian cancer myb 6 to 14* * break at same site

41 Periodo di comparsa e durata nel tempo di anticorpi diretti verso antigeni diversi EA antigeni precoci VCA antigeni strutturali EBNA antigeni nucleari del virus Epstein-Barr e degli anticorpi eterofili nella mononucleosi infettiva

42 E un virus non coltivabile. HHV6 - HHV7 - HHV8 Il virus HHV6 è associato a una patologia primaria nota (VI malattia: una malattia esantematica con febbre, tipica dell età infantile). L HHV6 infetta e replica nei linfociti T. Recenti dati sembrano indicare un ruolo di HHV6 alla patogenesi di neoplasie linfoidi; sua presenza associata alla sclerosi multipla L HHV7 per ora non è associato ad alcuna patologia nota, infetta in vivo linfociti T helper CD4+, ed in vitro anche i macrofagi in modo non produttivo. HHV6 e HHV7 sono ampiamente diffusi nella popolazione umana. L HHV8 è associato con una neoplasia frequente nell AIDS (sarcoma di Kaposi). L HHV-8 sembra avere una distribuzione molto più limitata e trasmissione prevalentemente sessuale.

43 Human Herpesvirus 8 (HHV-8) Sarcoma di di Kaposi in in un un paziente in in AIDS

44 (KSHV) Human Herpesvirus 8 (HHV8) Il genoma è trovato nel 100% dei pazienti in AIDS con sarcoma di Kaposi e nel 15% di pazienti con AIDS senza sarcoma di Kaposi Il virus viene isolato da PBMC e da cellule tumorali (KS) Il gene vgpcr (viral G-protein coupled receptor) di HHV8 provoca la sintesi di un fattore angiogenico (VEGF; vascular endothelial growth factor) che è implicato nello sviluppo del KS Inoltre HHV8 contiene molti altri geni correlati all oncogenesi (come il gene K1;Nature Med. 4: ) HHV8 causa anche linfomi (±EBV come 'helper') (B-cell lymphomas) Caratteristiche comuni HHV8 - EBV Tropismo per cellule epiteliali e linfociti B Stretto controllo immunologico, problemi durante immunosoppressione