Influenza: il virus e le sue strategie

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1 Influenza: il virus e le sue strategie Stefania Lauzi

2 nel 2004 su persone n morti 16.2% per malattie infettive e parassitarie L influenza normale nell uomo provoca mila vittime all anno anno nel mondo

3 Famiglia Orthomyxoviridae 5 generi Linda Stannard, Department of Medical Microbiology, University of Cape Town Influenzavirus A Influenzavirus B Influenzavirus C Thogotovirus Isavirus molte specie > uomo artropodi salmonidi tipo A, tipo B, tipo C NP, M1 sottotipi solo per tipo A H n N n

4 Virus type Host species (if not human) Geographical origin Strain number Year of isolation HA and NA subtypes

5

6 Haemagglutinin subtype Neuraminidase subtype H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

7 Influenzavirus A Particelle altamente pleomorfe Forme filamentose nei campioni clinici (300nm lunghezza) Forme sferiche (100nm diametro) in seguito a passaggi in laboratorio Sopravvive per diverse settimane in acque (di mare) fredde e fino a 2 settimane nella polvere (se l essiccamento l è graduale) Poco resistente al calore (inattivato in 30 a 56 C C e in pochi secondi a 70 C) e a molti disinfettanti

8 Influenzavirus A Virus con envelope Glicoproteine e proteine dell envelope envelope rapporto HA:NA 4-5:1 rapporto M2:HA 1: Genoma polarità negativa, ssrna Segmentato, lineare 8 segmenti di acido nucleico Horimoto et al., 2005

9 Influenzavirus A Ribonucleoproteine (RNP) RNA estremità 3 e 5 5 non codificanti e altamente conservate

10 Influenzavirus A genoma Bouchier & Palese, 2008

11 Il ciclo replicativo 1. adesione e endocitosi 2. uncoating e trasporto nel nucleo 3. replicazione RNA virale 4. sintesi proteine virali 5. localizzazione nucleare (5a) e modificazioni post- traduzionali (5b) delle proteine 6. assemblaggio 7. budding

12 Taubenberger & Morens, 2006

13 Fattori di virulenza Basler & Aguilar, 2008

14 La fasi iniziali dell infezione HA riconosce il recettore cellulare e determina le fasi iniziali dell infezione Racaniello, 2009 Recettori cellulari mucoproteine e glicolipidi contenenti gruppi terminali costituiti da acido N-acetil neuraminico (NANA = acidi sialici) molto diffusi su diversi tipi cellulari e in numerose specie animali

15 La fasi iniziali dell infezione Matrosovich et al., 2004 NA aumenta l infettivitl infettività virale degradando la mucina (secrezioni respiratorie) e permettendo al virus di raggiungere l epitelio l respiratorio

16 HA Influenza A virus (H1N1) del 1918 Bouchier & Palese, 2008

17 Adesione mediata da HA Tipo di recettore cellulare acidi sialici legati a una molecola di galattosio con un legame α 2,6 (NeuAcα2,6Gal) acidi sialici legati a una molecola di galattosio con un legame α 2,3 (NeuAcα2,3Gal) specie uomo (trachea) suino (trachea) volatili (intestino), suino (trachea) uomo (bronchioli, alveoli) Specie specificità virale dipende soprattutto dalla presenza dell aminoacido Gln226; Gly228 virus aviari Leu226; Ser228 virus umani (H2, H3) Asp190 (H1 umano) oppure Glu190 (aviare( aviare)

18 Specie specificità si modifica Matrosovich, 2000 Studiata HA di virus introdotti da volatili a mammiferi pandemie umane del 1957 (H2N2) e del 1968 (H3N2) European swine epizootic of 1979 (H1N1) Si sa che 6 aminoacidi sono altamente conservati nei ceppi aviari (Ala138, Glu190, Leu194, Gly225, Gln226, Gly228) Rispetto ai ceppi aviari identificate alcune mutazioni nei ceppi umani e di suino che portano a riconoscimento α2,6 H2 e H3 singola mutazione Gln226 Leu, H1 doppia mutazione Glu190 Asp e Gly225 Glu Glu

19 Specie specificità si modifica Yamada et al., 2006 Mutazioni presenti nei virus H5N1 umani rispetto a quelli aviari (sia per virus clade1 e clade 2) che portano a riconoscimento α2,6 Asn182 Lys Gln192 Arg

20 Specie specificità di HA è sufficiente? Isolati del 1918 presentano HA con specificità di riconoscimento α2,6 (Glu190 Asp; Gly225 Asp) oppure mista α 2,6/ α 2,3 (Glu190; Gly225 Asp) Virus chimerici con HA tipica aviare sempre patogeno per il topo, indipendentemente dalla specificità di legame. Altri fattori virulenza? Qi et al., 2009 Tropismo per macrofagi alveolari e cellule dendritiche?

21 Clivaggio HA Precursore HA0 clivaggio enzimatico subunità HA1 e HA2 Conferisce infettività al virus Racaniello, 2009 importante ruolo siti di clivaggio virali e enzimi cellulari coinvolti Siti clivaggio=patogenicità? LPAI versus HPAI

22 Sito clivaggio classico aminoacido basico (arginina( arginina) ) tra domini HA1 e HA2 la quasi totalità virus LPAI dei volatili Clivaggio HA il precursore HA0 può essere scisso solo dalla tripsina o da enzimi tripsino-simili simili la replicazione è limitata ai tessuti dove questi enzimi sono presenti (epitelio del tratto intestinale e respiratorio) e la sintomatologia clinica rimane localizzata a questi distretti. isolamento del virus in uova embrionate oppure in colture cellulari ma solo con aggiunta enzima (tripsina) proteasi

23 Clivaggio HA HPAI (H5, H7) molteplici aminoacidi basici a livello del sito di clivaggio scissione del precursore HA0 da parte di proteasi ubiquitarie (tra cui la furina) ) largamente presenti nei tessuti dell ospite la replicazione virale può avvenire in numerosi organi determinando un infezione generalizzata che conduce a morte il soggetto. HPAI H5N1 e H7N7 hanno dato mortalità nell uomo A/Hong Kong/156/97 (H5N1) isolato da bambino ha molteplici aminoacidi basici a livello del sito di clivaggio

24 Clivaggio HA altri meccanismi? NA di influenza A/WSN/33 (H1N1) Lys carbossil-terminale in posizione 453 e assenza sito glicosilazione in posizione 146 lega il plasminogeno attivato a plasmina (da attivatore plasminogeno cellulare) clivaggio HA0 Goto & Kawaoka, 1998

25 Clivaggio HA Influenza 1918 clivato da enzimi ubiquitari? replica in MDCK senza aggiunta di tripsina (replicazione( NA dipendente, tripsina indipendente non replica al di fuori dell apparato respiratorio nel modello murino non ha sito polibasico è legato ad attività NA simile a NA di A/WSN/33 (H1N1)? Chaipan et al., 2009

26 Clivaggio HA altri meccanismi? Proteasi batteriche determinano il clivaggio HA proteasi di Staphylococcus aureus (Tashiro et al., 1987, Mancini et al., 2008) proteasi di Aerococcus viridans (Scheiblauer et al., 1992) Callan et al., 1997 King et al., 2009

27 Ingresso nella cellula e fusione Racaniello, 2009

28 Fusione quando il ph nell endosoma endosoma si abbassa, viene esposto il peptide di fusione idrofobico presente all estremit estremità N terminale di HA2

29

30 M2 La proteina M2 forma il canale ionico che contribuisce all abbassamento abbassamento del ph nell endosoma endosoma, essenziale: per la fusione dell envelope envelope per il distacco di M1 da RNP RNPs possono essere veicolati nel nucleo M2 è il bersaglio di farmaci antiinfluenzali storici amantidina e rimantidina (resistenze in H3N2)

31 Le fasi centrali della replicazione Importante attività di PB1, PB2 e PA nella replicazione dell acido nucleico e nella sintesi delle proteine virali RNA polimerasi RNA dipendente cap snatching cap mrna cellula viene rubato e inserito nel proprio mrna virale (PA)

32 Le fasi centrali della replicazione Sintesi delle proteine virali Overlapping reading frames Racaniello, 2009 PB1 PB1-F2

33 Le fasi centrali della replicazione Proteine precoci Proteine tardive NP PB1 gene aviare acquisito da virus pandemici H2N2 e H3N2 PB2 PA Pappas et al., 2008 aumento gravità malattia nei topi PB1-F H1N1 e H5N1 aumento virulenza (attività pro- apoptotica in cellule immunitarie Conenello et al., 2007) Glu627 Lys in PB2 di ceppi umani di H5N1 e H7N7 e 1918 H1N1 aumento virulenza?

34 Le fasi centrali della replicazione NS1 Regola la replicazione dell RNA, tra cui blocca uscita precursori mrna cellulari dal nucleo = massimizza la disponibilità di cap per sintesi mrna virale Inibisce la risposta antivirale della cellula (antagonista produzione IFN tipo I) Previene la maturazione delle cellule dendritiche umane e limita l attivazione l dei linfociti T Jackson et al., 2008 NS1 di 1918 H1N1 e H5N1 HPAI aumentano la gravità malattia nei topi

35 Le fasi centrali della replicazione M1 Importante per la fuoriuscita dal nucleo dei RNP: si lega a RNP e a NS2 M1 convoglia i diversi segmenti al di sotto delle zone della membrana dove maturano le particelle HA NA NS2 NEP (Nuclear ( export signal) ) collega i fattori di trasporto fuori dal nucleo cellulari con il complesso RNPs attraverso il legame con M1

36 Fasi finali dell infezione NA utile per la diffusione del virus dopo la replicazione : Attività di clivaggio recettoriale (altrimenti a budding completato il virus rimane legato a recettori acido sialico) rilascio nuovi virioni Rimuove i residui di acido sialico dall envelope virale previene l aggregazione l di particelle virali

37 Fasi finali dell infezione Moscona A. N Engl J Med. 2005

38 NA Influenzavirus A Specie-specificit specificità ph attività virus umani e suini a ph > di 4,5 mentre volatili anche < ph 4,5 NeuAα2,3Gal oppure NeuAα2,6Gal (specificità dipende da aminoacido in posizione 275) il sito attivo della neuraminidasi è conservato Il sito attivo è il bersaglio dei nuovi farmaci antivirali Tamiflu (oseltamivir) (resistenze in H1N1) Relenza (zanamivir)

39 Fattori di virulenza Basler & Aguilar, 2008

40 Non dimentichiamoci perché fa paura antigenic drift strategia di sopravvivenza a breve termine antigenic shift strategia di sopravvivenza a lungo termine

41 Antigenic drift Mutazioni puntiformi con sostituzioni aminoacidiche in HA o NA variazioni di almeno due siti antigenici portano a nuove varianti antigeniche, stesso sottotipo RNA virus tassi mutazione volte maggiori di virus a DNA Mutazioni <1% ogni anno H1N1 e H3N2 hanno mutazioni più frequenti rispetto a Influenzavirus B Virus tipo A ogni 10 5 virus 1 con point mutation in HA o NA Durante epidemie infezioni nel 10-20% della popolazione, fino a punte di 40-50% Difficile prevedere la comparsa di nuove varianti antigeniche

42 Antigenic drift A/Panama/2007/99(H3N2) A/Fujian/411/2002 (H3N2) Treanor, 2004

43 Antigenic shift Cambiamenti di uno o più segmenti genici quando due diversi virus infettano la stessa cellula può verificarsi un riassortimento dei segmenti genici tra i due genomi con formazione di un nuovo virus Cambiamenti maggiori, nuovo sottotipo Può essere responsabile di pandemie

44 Antigenic shift Claas, 2000

45 Antigenic shift Zhou et al., 1999

46 Mixing vessel Suino si può infettare con virus aviari e con virus umani Ito et al., 1999 Nel suino si verifica riassortimento tra due o più virus Il suino può trasmettere virus influenza all uomo

47 Comparsa virus pandemici Ito et al., 1999 Claas, 2000

48 e il nuovo A (H1N1)? Nava et al., 2009 È un virus nuovo, con caratteristiche uniche

49 il nuovo A (H1N1) Trifonov et al., 2009 Solovyov et al., 2009

50 Smith et al., 2009

51 Smith et al., 2009 sister relationship con Sw/HK/915/04 che non si può interpretare come evidenza di origine eurasiatica del nuovo A (H1N1) Non sembra avere caratteristiche di virulenza o di adattamento all uomo a conferma di un virus di origine suina che provoca nell uomo lievi sintomi

52 Attività di NS1 Grazie per l attenzione