Picornaviridae: IV classe; RNA (+)

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1 Picornaviridae - HAV - HEV Picornaviridae: IV classe; RNA () Picornavirus Virus piccoli (22-30 nm) Genoma: RNA positivo a singolo filamento ( basi) PATOLOGIA DELL UOMO ASSOCIATA ALLE INFEZIONI Genere Enterovirus Rhinovirus Hepatovirus Principali patologie Infezioni del sistema nervoso centrale, del cuore, della muscolatura scheletrica, della cute e delle mucose Raffreddore comune Epatite acuta (HAV) Parechovirus Gastroenteriti e malattie respiratorie (ex-echov.22-23) Sierotipi riconosciuti all interno dei generi associati a patologia umana Enterovirus (68) Polio 1-3 Coxsackie A 1-22 e 24 Coxsackie B 1-6 Echovirus 1-9, 11-21, 24-27,29-34 Enterovirus Rhinovirus > 100 Hepatovirus 1 (ex entero 72) 68-71; Gastroenterite alimentare (Aichi virus) Aphtovirus Raramente colpisce l uomo (Afta epizootica - bestiame) Cardiovirus Episodi acuti febbrili (encefalite e miocardite roditori e suini) Sono i più antichi virus conosciuti nell uomo Il geroglifico di Menfi (1400 AC) ritrae Ruma un sacerdote del tempio, che presenta la deformità (flessione del piede) tipica della paralisi poliomielitica. HRV-C Parechovirus ex echo in passato venivano classificati sulla base di caratteristiche biologiche (ad es. crescita in topolino), dal 2000 ci si basa sull analisi di sequenza e sulle correlazioni genetiche, dal 2008 i rhinovirus sono stati accorpati agli entero Kobuvirus Kobuvirus Questa è probabilmente la prima testimonianza scritta di una infezione virale. 1

2 Picornaviridae - HAV - HEV Sono i più antichi virus conosciuti nell uomo Picornaviridae: il virione PICCOLO: nm ICOSAEDRICO 20 FACCE 12 VERTICI COMPOSTO DA 4 PROTEINE VP1 - VP4 Poliovirus è stato un modello importante per lo sviluppo della virologia moderna Primo virus propagato e purificato in coltura (1949) Primo vaccino virale inattivato (Salk anni 50) Primo virus quantificato con il metodo delle placche Prima evidenza della sintesi di un precursore poliproteico (proteasi virali) Primo mrna virale privo di un 5 -cap (ires) Primo clone di DNA infettivo di un virus animale (1981) Prima struttura tridimensionale risolta con la cristallografia a raggi X (1985) assemblate insieme a formare un protomero GENOMA RNA () SPROVVISTO DI ENVELOPE RESISTENTE Il capside a simmetria icosaedrica deriva dall arrangiamento di 60 protomeri (3 per faccia) che formano 12 pentoni e 20 esoni La loro struttura è talmente regolare che facilmente i virioni si associano in formazioni paracristalline nelle cellule infettate. Il genoma Espressione genica Consiste di una molecola di RNA () a singolo filamento di circa 7.5Kb * Ci sono due regioni non tradotte (UTR), una all estremo 5' ( basi) (importante per la traduzione, la virulenza e l incapsidamento); l altra al 3' ( basi) (importante per la sintesi del filamento (-)). la 5' UTR contiene diverse strutture secondarie a forma di foglia di trifoglio e di stem loop conosciute nel complesso come IRES: Internal Ribosome Entry Site * Entrambe le estremità sono modificate, al 5' dal legame covalente con una piccola proteina basica la VPg (~23 aa) importante per la replicazione e il packaging di RNA virale, al 3' da strutture secondarie (pseudonot) e dalla poliadenilazione (che è codificata nel genoma e non aggiunta dopo la trascrizione come per mrna cellulari). RNA synthesis IRES Viene riconosciuta dal complesso d inizio per la traduzione. Media il legame della subunità piccola del ribosoma e riconoscimento dell inizio della traduzione GENOMIC ( SENSE) RNA VPg Viene rimossa da enzimi cellulari start codon stop codon for translation for translation attive nella forma di IRES AAAAA POLYPROTEIN precursore V VI I II III IV VII VPg poliproteina 240 KDa AUG 743 * Il resto del genoma è rappresentato da una singola ORF che codifica per una poliproteina e presenta un elemento mobile cre importante per la replicazione l RNA genomico è infettivo CARATTERISTICA DEI VIRUS A RNA ()!!! Inibizione di IFN - PKR Clivaggio di eif-4g (CapBP) e shutoff sintesi cellulari Replicasi 3D 2

3 Picornaviridae - HAV - HEV Replicazione del genoma Inesco a VPg Replicasi UUp AA AAAA puuu UU 5' puua Intermedio di replicazione per la sintesi di multipli filamenti : 3' AAU AA AAAA UU UUUUp puu... AA AA puua puua 5' 5' puua puua 5' 5' Filamento - HO 5' 3 Replicasi 5' puua = VPg Ciclo di replicazione AA AAAAOH puuoh AAA 5' puua VPg Replicazione del poliovirus La replicasi 3Dpol permette la poliuridilazione di VPg il che fornisce l innesco al 3 per la produzione del filamento negativo Assemblaggio 2A CITOPLASMA PVR = CD155 3C 3C (Ig-like membrane Glycoprotein) ICAM-1= CD54 Adhesion molecule From Flint et al Principles of Virology ASM Press 8 ore RICHIESTA DI MEMBRANE CELLULARI Il rilascio avviene con la lisi della cellula che probabilmente rappresenta un evento preprogrammato dallo shut off delle sintesi macromolecolari 3

4 Caratteristiche distintive Enterovirus Nonostante il nome non sono agenti importanti di gastroenteriti ma sono trasmessi per via fecale-orale Poliovirus 3 tipi Coxsackie A 23 tipi Coxsackie B 6 tipi Echovirus 32 tipi Entero tutti gli isol dal 1969 ü Infezioni comuni nell uomo, soprattutto nell infanzia ü Possono essere sporadiche o epidemiche ü Non necessariamente stagionali ü Spesso non diagnosticate Patogenesi virale: poliovirus Trasmissione oro-fecale Periodo di incubazione una-due settimane. Il virus si replica nel tessuto linfoide delle mucose orofaringee e dopo l ingestione (resiste al ph dello stomaco) in quelle intestinali. Il tropismo è determinato dalla presenza del recettore CD155 Il sistema linfatico, ed in particolare le tonsille e le placche di Peyer sono invase dal virus, che successivamente si diffonde nel sangue dando luogo ad una viremia. (disseminazione agli organi bersaglio) In una minoranza di casi a seguito di una più intensa fase viremica si ha diffusione del virus nel sistema nervoso centrale. Immunità anticorpale è presente circa nello stesso periodo in cui compaiono i primi sintomi (7-10 giorno). Trasmissibilità 7-10 gg prima dell esordio dei sintomi; il virus è presente nelle feci per 3-6 settimane. cell. del sistema ret.endot., muscolo, tessuto adiposo bruno Patogenesi La patogenesi di base per la maggior parte delle infezioni da enterovirus è la stessa osservata per poliovirus Diffusione del virus ai tessuti che esprimono il recettore replicazione Forme respiratorie sindromi I recettori per gli altri enterovirus sono espressi su più cellule per questo il tropismo tissutale è così ampio 4

5 Poliovirus 3 tipi (1, 2,3), con bassa omologia nucleotidica. La poliomielite paralitica è associata in 85% dei casi a PV1 Spettro d ospite limitato all uomo (e primati). Tropismo tissutale limitato alle cellule che esprimono il recettore CD155 (cellule linfoidi/epiteliali nell orofaringe e nell intestino, cellule muscolari scheletriche, adipociti e neuroni del CNS, tipicamente motoneuroni delle corna anteriori e del tronco encefalico) è primatospecifico Distribuzione globale. Controllo vaccinale efficace nei paesi sviluppati. Endemico in alcuni paesi in via di sviluppo la maggior parte degli individui si infetta prima dei 5 anni Manifestazioni cliniche L infezione da poliovirus può avere tre possibili decorsi: Infezione subclinica (90%) - nella maggior parte di casi la malattia decorre in maniera asintomatica. Meningite asettica o polio non-paralitica (1-2%) - Sintomi non specifici, febbre, faringite, sintomi di lieve meningite. Diagnosi solo attraverso esami di laboratorio Malattia minore paralisi senza sequele (5-7%) e Malattia maggiore (0,1-2%) - Dopo una transitoria fase di benessere che segue la malattia minore, la sintomatologia riprende con gravi sintomi neurologici. La severità dipende dall estensione del tessuto colpito e da quali neuroni sono colpiti. La poliomielite spinale determina atrofia muscolare degli arti. La poliomielite bulbare e bulbospinale (muscoli faringei e corde vocali, muscoli respiratori) è caratterizzata da elevata mortalità e da gravi sequele. asintomatica 90% malattia minore 7% meningite asettica 2% malattia paralitica 1% Percent Trattamento e Prevenzione Il vaccino anti-polio inattivato di Salk (Poliovirus 1,2,3) Somministrazione intramuscolo (IPV) u Non esistono farmaci antivirali. u Sono invece disponibili due vaccini molto efficaci. - induce anticorpi della classe IgG - non induce di IgA secretorie la vaccinazione impedisce lo sviluppo della malattia ma non la diffusione del virus attraverso il tratto GI costo sanitario: elevato dovuto alla necessità di richiami multipli 5

6 Il vaccino anti-polio di Sabin virus attenuato (Poliovirus 1,2,3) somministrazione per via orale (OPV) - induzione di IgG e di IgA secretorie la vaccinazione impedisce sia lo sviluppo della malattia sia la diffusione del virus dovuta alla molteplicazione nel tratto GI - una singola somministrazione di vaccino - somministrazione facile e poco costosa Aree certificate polio-free Americhe 1994 Pacifico occidentale 2000 Europa 2002 Asia Sud Orientale 2014 POLIO IN NUMBERS WPV cvdpv Globally 26 3 Endemic country 26 Non endemic country 3 LAOS Afganistan 9 Pakistan 14 Nigeria 3 Coxsackievirus Sono caratterizzati dalla patogenicità per il topo neonato. A seconda delle lesioni che inducono nell animale a seguito di inoculazioni sono divisi in due gruppi. Gruppo A (CVA): miositi e necrosi dei muscoli volontari Gruppo B (CVB): aree di degenerazione cerebrale, miocardite. Ciascuno dei 24 del gruppo A e dei 6 del gruppo B presenta un antigene tipo-specifico Tutti i 6 Coxsackie del gruppo B e Cox. A9 condividono un antigene gruppo-specifico Erpangina (faringite vescicolare) EV A, EV C Patologie da Coxsackie Coxsackie A Lesioni vescicolari Malattia mani piedi bocca CVA16, CVA10 (infezione dell infanzia) Congiuntivite acuta emorragica CVA24 Diarrea nei bambini (CVA) Meningite asettica (A7, A9) (B1-6) Lesioni ulcerative e vescicole palato molle ugula Lesioni vescicolari a rapida risoluzione Anche causata da EV70 Ma il rapporto causa effetto non è ancora ben chiarito Raffreddore comune (A21, A24; B1 e B3-5) Pleurodinia (mialgia epidemica) Miocardite e pericardite (CVB3) Diabete mellito tipo I (CVB4) Malattia generalizzata del lattante Coxsackie B Miocarditi e pleurodinia Febbre, dolori lancinanti al torace (sede laterale o retrosternale) 5% di tutte le infezioni sintomatiche causano affezioni croniche: cardiomiopatia dilatativa (persistenza o autoimmunità) Mimetismo molecolare tra la proteina 2C e decarbossilasi dell acido glutammico -> risposta autoimmune contro le cellule B del pancreas. Attivazione di cell T bystander Infezioni simultanee a fegato cuore cervello può essere fatale (contagio perinatale) Febbre, cefalea, nausea, petecchie o rash, debolezza muscolare (paralisi similpolio EV71 nell infanzia) che regredisce (pleiocitosi linfocitaria liquorale: cell/ul) 6

7 Echovirus Sono stati scoperti accidentalmente, isolati da feci umane. Inizialmente non sono stati correlati a malattie (Enteric Cytopatic Human Orphan virus), per molti ancora non è stato possibile trovare un associazione morbosa Non esiste un antigene di gruppo Possono causare congiuntiviti, esantemi, meningiti asettiche e miositi. Sono associati alle epidemie estive di: Meningite asettica Malattie febbrili con esantema (bambini piccoli) Rhinovirus Hanno una replicazione ottimale a 33 C e sono labili a ph acido Esistono più di 100 sierotipi (quindi infezioni ripetute!) Sono responsabili del raffreddore comune (malattia lieve ed autolimitante); otite, sinusite, bronchiolite, polmonite (gruppo C) I sintomi sono dovuti al danno sostenuto dall epitelio ciliato del tratto respiratorio superiore in conseguenza del processo infiammatorio e della replicazione virale (possibili superinfezioni batteriche) Si diffondono per via aerea e per contatto (mani, oggetti contaminati) Generano danno economico (perdita di giorni di lavoro) Nelle epidemie di comunità circola di solito il sierotipo più recente dando credito alla possibilità che ci sia una graduale deriva antigenica come nell influenza Diagnosi Coxsackie B e Echovirus Diagnosi diretta mediante isolamento in coltura cellulare dei campioni biologici Secrezioni e tamponi naso-gola Feci Liquido cefalo-rachidiano Tipizzazione mediante pool di sieri neutralizzanti seguendo criteri di esclusione Sequenziamento di prodotti amplificati con primer consensus Coxsackie A Isolamento in topolino neonato Epatite A Isolato per la prima volta nel 1973 da Purcell. HAV è un Picornavirus inizialmente classificato nel genere degli Enterovirus successivamente riclassificato in suo proprio genere : Hepatovirus. HAV è l agente eziologico dell epatite infettiva epidemica, a trasmissione fecale-orale, frequentemente associata con il consumo di frutti di mare Tecniche molecolari (RT-PCR) Sequenziamento x tipizzare Diagnosi sierologica poco utile, possibile ma di difficile interpretazione dati i molti sierotipi, le molte cross-reattività. 7

8 Caratteristiche che distinguono HAV da altri picornavirus ü Struttura e morfogenesi del virione: assenza di strutture a canyon, VP4 non fa parte del virione ü Interazione con la cellula ospite: 2A pro non è una proteasi ü Resistenza a temp. e sostanze che inattivano altri picornavirus ü Un solo sierotipo umano, un solo sito di neutralizzazione ü Crescita in coltura di cellule: adattamento difficile, crescita lenta, mancanza di ECP la replicazione non è litica ü Sintomatologia: su base immune piuttosto che virale ü Tropismo limitato al fegato è epatite virale EPATITE VIRALE Infezione causata da agenti con tropismo primario per il fegato Transaminasi elevate (/- altri indici di funzionalità epatica alterati) Solo 5 virus sono in grado di infettare e danneggiare specificamente l epatocita ognuno appartiene a famiglie diverse I cinque virus dell epatite Virus HAV HBV HCV HDV HEV Acido nucleico RNA DNA RNA RNA RNA Famiglia Picornaviridae Hepadnaviridae Flaviviridae NA (Viroide) Hepeviridae Genere Hepatovirus Hepadnavirus Hepacivirus Deltavirus Hepevirus Trasmissione Fecale orale Sessuale Parenterale Verticale Malattia epatica Acuta Fulminante Acuta Fulminante Cronica Cirrosi Cancro Parenterale Sessuale Verticale Acuta Cronica Cirrosi Cancro Parenterale Acuta Fulminante Cronica Cirrosi Cancro Trattamento SI SI SI (HBV) Fecale orale Acuta Fulminante Vaccinazione Disponibile Disponibile NO SI (HBV) NO Epatite A ü Incubazione: tipicamente 30 gg (10-50) ü rispetto agli altri picornavirus l incubazione è lunga ü Trasmissione: oro-fecale ü Sintomi per età: <6 anni: <10% 6-14 anni 40%-50% >14 anni 70%-80% Febbre, nausea, vomito e ittero ébilirubina e transaminasi ü Complicazioni: epatite fulminante ~0.1%. (patologie sottostanti o età) ü Danno epatico permanente molto raro NON SI VERIFICA MAI UN INFEZIONE PERSISTENTE 8

9 Epatite A: decorso tipico Diagnosi di laboratorio La diagnosi avviene su base sierologica La presenza di IgM indica un infezione acuta La presenza di IgG indica una infezione pregressa con conseguente immunità. Ingresso dal canale alimentare, moltiplicazione nell intestino tenue e quindi escrezione nelle feci, dall intestino tenue va in circolo quindi viremia e raggiungimento dell organo bersaglio il fegato dove replica e non è citolitica i virioni vengono liberati attraverso processi secretori, i danni compaiono con la risposta immune. Geographic Distribution of HAV Infection Profilassi Anti-HAV Prevalence High Intermediate Low Very Low L incidenza nei vari paesi dipende dalle condizioni di vita sociali-igieniche E disponibile un vaccino a virus inattivato di notevole efficacia e sicurezza In caso di possibile esposizione (o di rischio immediato) è consigliata una immunoprofilassi PASSIVA a base di immunoglobuline umane che è efficace nel prevenire lo sviluppo di epatite se fatta entro 15 giorni dall esposizione 9

10 Virus dell epatite E (HEV) Famiglia dei virus HEV-like Hepeviridae IV classe; RNA () nm No envelope s/s RNA () 7500 nt Ricostruzione filogenetica di sequenze genomiche complete di virus dell'epatite E isolati da ospiti diversi Organizzazione del genoma di HEV 10

11 Ciclo di replicazione di HEV HEV: caratteristiche cliniche Incubazione In media 40 giorni (range 15-60) Sintomatologia Sistemica e gastrointestinale, ittero e ALT/AST Aumenta con l età Tasso di mortalità 1-3%; in gravidanza 15-20% (GT-1) Infezione persistente Possibile negli immunodepressi Modificat da Ahmad I. et al Virus Res : pp Decorso di una infezione acuta da virus dell epatite E Distribuzione geografica di HEV feci siero Condizioni igienico-sanitarie scadenti Fonte: CDC sintomi Mesi dall infezione Fino al 43.5% dei campioni raccolti dalle fognature urbane in paesi industrializzati può risultare HEV, per cui la prevalenza potrebbe essere più elevata di quanto ipotizzato, molte varianti circolano in tutto il mondo. 11

12 Le varianti che circolano nel mondo Condividono 90-92% di identità aminoacidica Bouquet J et al EID Nov 2011 Uomini e suini tutto il mondo Genotipo 3 Genotipo 1 Genotipo 2 Genotipo 4 Endemico come patogeno umano nei paesi in via di sviluppo Uomini e suini Sud- Est Asiatico Caitlin M et al EID Nov 2011 Epidemiologia dell infezione nell uomo ß Nei paesi sottosviluppati il virus è endemico e circola in forma epidemica ß Nei paesi industrializzati si registratano casi sporadici di malattia, mai in forma epidemica ß Non tutti questi casi sono legati a viaggi in aree endemiche ß Alcuni riguardano soggetti senza anamnesi di viaggi all estero (virus autoctoni) ß È ormai accertato che per i casi autoctoni nei paesi industrializzati sia implicata una trasmissione zoonotica Principali modalità di trasmissione di HEV. Consumo di alimenti Molluschi Ortaggi? Preparazione della carne HEV distribution and global burden La principale causa di epatite a trasmissione enterica Provoca ogni anno 3,4 milioni di infezioni sintomatiche, morti e 3000 nati morti Irrigazione? Liquami umani? Acqua Deflusso da aziende agricole e terreni 50% delle EA 15%-20% delle EA 25% delle EA Altri animali domestici Modificato da Kamar N et al Lancet 379 pp ? Animali Maiali, cinghiali, cervi 12

13 In Europa ed in Italia EA da HEV è diagnosticata nel 5-15% dei casi per i quali i virus dell epatite A-C sono stati esclusi Prevalenza nei donatori nel range 1,3-50% (Italia); 10,7-52% (Francia) Prevalenza negli allevatori di maiali 13%-51,1% (Danimarca, Moldavia, Svezia) La prevalenza aumenta con l età Sono prevalentemente infezioni autoctone Spesso associate a consumo di carne di cinghiale e maiale cruda o poco cotta, salumi poco stagionati, frutti di mare ma anche a funghi probabilmente contaminati da deiezioni animali Per una review: Garbuglia AR et al Int. J. Mol. Sci. 2015, 16,