Meccanismi di evasione delle difese immunitarie

Meccanismi di evasione delle difese immunitarie Lezione 4 Andrea Crisanti

Risposta immunitaria Barriere Invasione e infezione Pelle e mucose Superfici che si rigenerano rapidamente, movimenti peristaltici, movimento delle ciglia, vomito, urina/lacrime, tosse Immunità innata + Difese cellulari e umorali Lisozima, secrezioni sebacee e mucose, acidi gastrici, organismi commensali, proteine, fagocitosi, cellule NK + Immunità adattativa Infiammazione Difese cellulari e umorali Anticorpi, citochine, cellule T-helper, cellule T citotossiche

Meccanismi d evasione degli agenti infettivi Variazione antigenica Deriva (rhinovirus, influenza) Alterazione (influenza) Variazione antigenica (batteri e parassiti) Latenza Virus dell Herpes (EBV, Herpes simplex I & II, CMV) Papillomavirus (HPV-6,11,16,18) Retrovirus (HIV) Plasmodium vivax Evasione del sistema immunitario dell ospite Herpes, Poxvirus (vaccinia, vaiolo), Adenovirus Tripanosomi africani e americani

Alterazione e deriva antigenica Alterazione: un cambiamento improvviso nell emagglutinina e/o geni virali quando un nuovo genoma dell influenza compare improvvisamente (Influenza A) Deriva: un cambiamento graduale nell emagglutinina e/o nei geni virali quando il virus attraversa una serie di mutazioni ed evolve nel tempo (Influenza A e B)

Meccanismi di evasione immune Esempio: Virus dell influenza Anticorpi neutralizzanti contro l emagglutinina bloccano l adesione alle cellule Cambiamento antigenico avviene quando segmenti di RNA vengono scambiati tra ceppi virali in un ospite secondario Mutazioni alterano gli epitopi dell emagglutinina così da neutralizzare gli anticorpi Assenza di immunità contro il virus che esprime una nuova emagglutinina

Virus dell influenza: orthomyxoviridae Virus RNA: l RNA è composto da 8 segmenti che possono mutare o ricombinarsi creando nuovi ceppi virali Virioni: sferici, ~200nm di diametro Capside: contiene delle spine rigide di emagglutinina e neuraminidase

Classificazione del virus dell influenza Influenza A (esseri umani, suini, equini, animali marini, polli/volatili) emagglutinina (H) H1, H2, H3 neuraminidase (N) N1, N2 Influenza B (esseri umani) Influenza C (esseri umani, suini) 2001 Trish Perl. All Rights Reserved. JHH Healthcare Epidemiology and Infection Control.

Proteine: superficie emagglutinina: favorisce l infezione neuraminidase: permette al virus di penetrare nelle secrezioni respiratorie Struttura/membrana: Proteine M: modificano l ambiente (ph) per facilitare il rilascio del capside

Sottotipi di antigeni dell influenza A associati alle pandemie Anno Intervalli (anni) Sottotipo Modificazione antigenica Severità 1889 -- H3N2? moderata 1918 29 H1N1 H+++N+++ severa 1957 39 H2N2 H+++N+++ severa 1968 11 H2N2 H+++N- moderata 1977 9 H1N1 H+++N+++ leggera

Caratteristiche del virus dell influenza Associata ad un alta mortalità Malattia severa associata all influenza B negli anziani e nelle persone ad alto rischio Modalita di trasmissione in epidemie o pandemie Generalmente influenza A

Pandemia influenzale: passato e presente 1 9 1 8 1918 cosa WHAT HAP PNED E accadde Y EAR 2 0 0 0 Anno 2000 cosa WHAT COULD potrebbe accadere HAP PN E 1.8 1 miliardi. illio 8 nb Popolazione World pmondiale laoio t pn u 5.9 5 miliardi. illio 9 nb Tro Truppe, o p navi, ips s, s hprimary Vie primarie mo ddi e o f railro a d s tra n rt s pa io ot n ferrovie trasporto J e t s Aerei 4 4 mo mesi n t h s Time Tempo r viru f di o s t o 4 giorni d a y s circolazione circle tglobale h be e g del virus GMascherine, a uma z se k, Pre Misure v ivdi e en t VVaccini a c ec s disin disinfettanti f e c t a n prevenzione me t s a s su BRiposo, ered aspirina s t irin, a s Tre ptrattamenti a t n t s S Farmaci ome aantivirali ndru t g s 2> 20 0+ mmilioni ionl l i EStime s mdi ted mortalità ade ad 60 6 milioni 0 on? m? i l l i

Incidenza Incidence clinica dell influenza of Flu clinically livello mean di pop anticorpi antibody nella vs HxNx popolazione virus PANDEMIA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Introduzione del virus A HxNx PERIODO INTERPANDEMICO EPIDEMIA EPIDEMIA Leggera variazione significativa A di HxNx.. EPIDEMIA PANDEMIA EPIDEMIA Introduzione del nuovo subtipo del virus A HyNy LIVELLO MEDIO DI ANTICORPI NELLA POPOLAZIONE

Ciclo vitale Capillare Pelle Mosca tzetze Fissione binaria Moltiplicazione nello stomaco Forma metaciclica

Migliaia Tripanosomiasi nell Africa Centrale

Globuli rossi Tripanosomi

Molecole VSG Segnale peptidico N-terminale Regione variabile Regione d omologia Coda idrofobica C-terminale

Le molocle VSG sono ancorate alla membrana attraverso un residuo GPI

Variazione dei livelli di parassitemia nella malattia del sonno Parassitemia (log parassiti/ml sangue) Settimane dalla probabile infezione

LEPTOSPIRA La leptospirosi (o malattia di Weil) è una zoonosi causata da una specie patogena delle leptospira, Leptospira interrogans. Ceppi saprofitici sono L. biflexa. Caratteristiche: Spirochete aerobica a forma di spirale utilizzano l energia ottenuta dalla β-ossidazione degli acidi grassi possono essere cresciuti in terreni di coltura in presenza di siero

Microscopia a campo scuro della Leptospira

Febbre ricorrente: Borrelia 1. Caratteristiche 4-18 mm di lunghezza, 0.2-0.5 mm di larghezza spirochete a spirale alta motilità con 15-20 fibrille assiali visibile con colorazione Giemsa in strisci di sangue microaerofile che crescono in un terreno speciale 2. Patogenesi a. Infezione da pulce (febbre ricorrente epidemica) dovuta a Borrelia recurrentis; trasmessa da pulci corporee o da pidocchi (Pediculus humanis); un volta ingerita dalla pulce, la borrelia passa nell emolinfa e nei gangli della pulce, infetta l ospite successivo se la pulce è ferita b. Infezione da zecca (febbre ricorrente endemica) dovuta a Borrelia recurrentis (o B. hermsii o B. turicatae); trasmessa da zecche del genere Ornithodoros; se la zecca si nutre di sangue di un ospite infetto, la borrelia persiste nelle ghiandole salivari della zecca e viene trasmessa ad un altro ospite attraverso la saliva infetta al seguente pasto di sangue.

Febbre ricorrente: Borrelia 3. Manifestazioni cliniche - - dopo 7-10 giorni d incubazione, c è un improvviso malessere; la spirochetemia è molto alta e causa rapidamente febbre alta che persiste fino alla crisi; i pazienti si lamentano di prostrazione, mal di testa, mialgie acute o artralgia; possono anche sviluppare nausea, vomito, diarrea, tosse e mal di gola; con la splenomegalia si osservano anche rush maculari o patechiali - 3-6 giorni dopo l inizio del malessere, i sintomi diminuiscono, assieme ad una rapida diminuzione della febbre ed un aumento della sudorazione; 5-10 giorni senza febbre i pazienti hanno una ricaduta simile al periodo iniziale della malattia, tipicamente più corto e meno violento del primo - La ricaduta è dovuta alla variazione antigenica delle principali proteine variabili (VMP) cambiamenti spontanei; il gene VMP è situato su un plasmide lineare, con diverse copie di geni silenti o geni espressi per ogni tipo di antigene; localizzazione dei geni entro i siti di espressione porta ad un espressione di questo gene - La Borrelia è suscettibile all azione di anticorpi e complemento; i pazienti si riprendono grazie alla risposta umorale e anticorpi specifici

Meccanismo di evasione del sistema immunitario da parte della Borrelia; illustrata è la presenza di varianti antigeniche durante l infezione. Malattia Ricaduta Ricaduta Anticorpo 1 Anticorpo 2 Anticorpo 3 Spirochete Antigene 1 Spirochete Antigene 2 Spirochete Antigene 3 Giorni

Variazione antigenica 1. Il Microrganismo deve essere in grado di produrre un gran numero di antigeni immunodominanti che non condividono epitopi accessibili al fine di evadere il sistema immunitario per un lungo periodo di tempo; 2. Il parassita deve essere in grado di cambiare la variante dell antigene esposto in una frazione della popolazione parassitica prima che gli anticorpi abbiano eliminato l intera popolazione; 3. Gli antigeni di superficie devono essere prodotti in maniera coordinata nel tempo per evitare una grande eterogeneità della popolazione e indure anticorpi contro la frazione rilevante del repertorio antigenico.

Struttura dell HIV e del recettore del virus gp160 (gp120/gp41) Capsula nucleica Integrase Protease Genoma RNA Trascrittasi inversa Capsula Membrana cellulare Recettore delle chemochine

La maggior parte degli individui infetti con HIV sviluppano l AIDS dopo un periodo di svariati anni Percentuale delle persone senza AIDS Emofilici HIV - e omosessuali HIV - Maschi omosessuali HIV + e emofilici >20 anni HIV + Presente Previsti Infezione con HIV Tempo post-infezione (anni)

Il virus dell HIV risiede nelle cellule CD4 + allo stato latente grazie alla sua integrazione con il genoma dell ospite Le particelle del virus aderiscono a recettori sulle cellule T Il capside virale si fonde con la membrana cellulare permettendo al genoma virale di penetrare nella cellula La trascrittasi inversa copia l RNA del genoma virale in cdna a doppia elica Il cdna virale penetra nel nucleo e viene integrato nel DNA dell ospite. Rimarrà silente fino all attivazione delle cellule T RNA genomico virale Co-recettore cdna virale Membrana cellulare citoplasma Nucleo DNA cromosomale provirus

L attivazione delle cellule T CD4 + infette induce la replicazione virale L attivazione delle cellule T induce la trascrizione del provirus I trascritti dell RNA sono processati più volte permettendo la traslazione di tat e rev Tat incrementa la trascrizione di RNA virale. Rev incrementa il trasporto di RNA virale nel citoplasma Le proteine Gag, Pol e Env sono tradotte ed assemblate in particelle virali

Risposta immunitaria all HIV Anticorpi diretti contro HIV Env CTL specifiche contro HIV Anticorpi diretti contro HIV p24 Virus infettivo nel plasma 4-8 settimane 2-12 anni 2-3 anni 0-1 anno

infezione Sieroconversione Decesso Diminuzione delle cellule T CD4 + 2-6 sett. Media di ca. 10 anni Malattia simile all influenza Fase asintomatica Fase sintomatica La perdita delle cellule T CD4 + porta alla deficienza immunitaria e l inabilità di controllare l infezione di HIV Risposta immunitaria all HIV Anticorpi diretti contro HIV Env CTL specifiche contro HIV Anticorpi diretti contro HIV p24 Virus infettivo nel plasma 4-8 sett. 2-12 anni 2-3 anni 0-1 anno

Aspetti fondamentali del meccanismo di soppressione della risposta immunitaria Cellule T-helper CD4 + infette muoiono e sono eliminate Le DC non interagiscono con le cellule T-helper CD4 + e non possono a loro volta attivare nuove cellule CD8 CTL La risposta delle cellule CD8 + e delle B cellule diminuisce La memoria delle cellule T-helper CD4 + è perduta Le DC infette sono uccise dal virus o da CTL Difetto nella presentazione dell antigene Inefficacia nell attivare la memoria di CTL

PERIODO DI LATENZA Quando un infezione virale non si manifesta immediatamente. Piuttosto, il virus entra in uno stato latente durante il quale il genoma virale può venir incorporato nel genoma dell ospite o mantenuto come elemento extracromosomale. I genomi di virus latenti vengono replicati passivamente assieme ai cromosomi dell ospite. Non tutti i geni del virus rimangono silenti durante il periodo latente e vi possono essere cambiamenti percettibili nel fenotipo della cellula. Il genoma virale può essere riattivato, potenzialmente anche decenni dopo l infezione iniziale. Herpes, papilloma, Hepadnaviruses: Forme latenti esistono come plasmidi (nucleari, elementi extra-cromosmali) Virus: Herpes simplex Varicella-zoster Epstein-Barr Papilloma Luogo di infezione latente: - neuroni sensoriali - gangli dorsali - linfociti B - epitelio basale Per esempio: virus dell herpes dopo l esposizione dell ospite ad alte dosi di UV. Retrovirus: Forme latenti esistono come "proviruses" integrate nel cromosoma dell ospite HTLV 1 HIV - cellule T - CD4 + cellule T, macrofagi.

Herpesviridae Alphaherpesvirinae (BHV-1, EHV-1,4, HV felino, HV canino) Crescita rapida Periodo di latenza nei neuroni sensoriali Betaherpesvirinae Citomegalovirus (grandi cellule simili a palloni) Crescita lenta Periodo di latenza nelle ghiandole salivari, reni, linfociti Gammaherpesvirinae (malignant catarrhal fever virus) Malattia linfoproliferativa Periodo di latenza nelle cellule linfoidali

Struttura Capside nucleico Involucro Tegumento Glicoproteine (gb, gc gl)

Infezioni produttive e latenti

Ciclo riproduttivo gc gd gb viral DNA DNA virale IE Geni genes IE E Geni genes E Replicazione DNA replication del DNA L Geni genes L vhs tif Corpi inclusi Rilascio di virioni

Periodo di latenza e riattivazione DNA virale Geni IE (regolatori) Geni E (enzimi) Geni L (strutturali) LAT riattivazione stress immunosopressione corticosteroidi camp

Evasione del sistema immunitario: Latenza virale Il virus dell herpes simplex infetta le cellule epiteliali della pelle, poi si espande ai neuroni sensoriali vicini area d infezione. La risposta immunitaria controlla l infezione, ma il virus persiste nel nucleo dei neuroni in stato LATENTE (trascrizione inattiva), fino a quando non viene riattivato. Il virus si sposta lungo l assone del neurone per poi infettare nuovamente le cellule epiteliali. I neuroni hanno un basso contenuto di MHC classe I e quindi non vengono attaccati da CTL. Questo li rende un posto ideale per la persistenza di un infezione virale latente.