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Inmunidad innata en infecciones parasitarias
2010
Alvaro DíazCátedra de InmunologíaFacultad de Química/DepBio y Facultad de Ciencias/IQB
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
El sistema inmune innato constituye los “cimientos” del sistema inmune
Células presentadoras
Células T CD4+
Células efectoras
Células no inmunes
Patógenos potenciales (y otros elementos del
medio ambiente)
PRRs
PRRs
PAMPs
Otra forma de representar la rama instructiva del SI
Respuestas de tipo 1
Macrófagos clásicamente activados
DC1s
Células Th1IFN-g
Respuestas de tipo 2
Macrófagos alternativamente activados
DC2s
Eosinófilos, mastocitos, basófilos
Células Th2IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, IL-25, IL-33
IgE
Los perfiles clásicos de respuesta adaptativa
La decisión entre estos perfiles está determinada desde el sistema inmune innato
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
Las señales de “instrucción” y de “potenciación” no son todas iguales
El SI innato da señales de “polarización” de respueta al SI adaptativo
Esta clase…
¿Cómo “ve” el sistema inmune innato a los parásitos?
• ¿Qué PAMPs?• ¿Qué PRRs?
• ¿Qué respuestas?
Preguntas difíciles…
Puede ser mejor encararlas “ de arriba hacia abajo”:
Tipos de respuestas (incluyendo adaptativas)
Tipos de señales instructivas desde la inmunidad innata
PRRs y PAMPs
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
nosotros
nosotrosVeámos los “parásitos” en el árbol de la vida
“protozoarios”
“helmintos”
Todos los “parásitos” son todos eucariotas…. (como también lo son los hongos, y los artrópodos ectoparásitos…)
Y se dividen en protozoarios (unicelulares) y helmintos (multicelulares).
Los dos grandes grupos de helmintos (nematodos y platelmintos) están muy alejados entre sí.
Todos los “parásitos” establecen infecciones crónicas, evadiendo la inmunidad…
(cosa que también hacen ciertas bacterias y hongos)
Todos son todos parásitos obligados (en contraste con los patógenos fúngicos)
Se replican por mitosis…si no se les controla, terminan con el hospedero
Han sin duda dejado una huella evolutiva importante sobre el sistema inmune
Empecemos por los protozoarios…
Tienen estadíos intracelulares, incluyendo intra-macrófago
Su control necesita de la activación (clásica) de macrófagos
Las respuestas contra protozoarios suelen ser de tipo 1
de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002)
Inmunización y reestimulación de esplenocitos in vitro
Y la protección contra infecciones por protozoarios depende de las respuestas de tipo 1
de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002)
Infección por T. gondii en
ratones
Los PRRs canónicos: los TLR (con sus proteínas adaptadoras)
Dominio TIR
- Los TLRs se han estudiado sobre todo con agonistas bacterianos (LPS, flagelina, CpG) y virales (ARN dh)
- Todos los TLRs dependen de MyD88 y/o de TRIF para señalizar
Se conocen PAMPs de protozoarios
Dan señales a través de TLRs e inducen respuestas de tipo 1
Anclas glicosilfosfaditil inositol de Trypanosoma, Leishmania, (Toxoplasma, Plasmodium) TLR2
Ceramidas con glicosilinositol fosfolípido de Trypanosoma TLR4
Proteína Tc52 de Trypanosoma cruzi TLR2
Profilina de Toxoplasma y otros apicomplexa TLR11
Peroxiredoxina de Plasmodium TLR4
HSP70 de Toxoplasma TLR4
…………..
De Scanga et al (2002) J Immunol 168:5997
Como esperaríamos, el adaptador de TLRs más importante, MyD88, es esencial para la respuesta de tipo 1 y para la protección
Infección por T. gondii en
ratones
Curvas de supervivencia de ratones wt, MyD88 KO e IL-12p40 KO
La respuesta “Th17” también es necesaria para protección frente a Toxoplasma gondii en ratones
De Kelly et al (2005) Infect Immun 73: 617
Supervivencia luego de infección: ratones wt e IL-17 KO
Reclutamiento de neutrófilos
Pero por supuesto los protozoarios logran establecer infecciones crónicas…
Ahora se sabe que esto se debe a la inducción en el hospedero de respuestas reguladoras
La infección crónica por Leishmania es hecha posible por células T reguladoras (CD4+/CD25+) secretoras de IL-10
Ratones RAG-/- transplantados con células T y desafiados con el parásito. Cargas parasitarias a las 3.5 y 17 semanas
De: Belkaid et al., Nature 420:502 (2002)
También: Suffia et al., (2006) J Exp Med 203: 777
Las Treg expandidas en los sitios de infección son específicas para el parásito.
No se conocen los mecanismos de su inducción
En otros modelos de protozoarios, la regulación es por IL-10 producida por las propias células T efectoras
En suma:
El reconocimiento de los protozoarios por TLR induce respuestas Th1 (y algo de Th17)
Pero estos parásitos consiguen superponerles respuestas reguladoras.
Estas respuestas incluyen la expansión de células Treg, y también la secreción de citoquinas supresoras por las propias
T efectoras. No se conocen sus mecanismos de inducción.
En general no se replican dentro de cada hospedero individual En general causan morbilidad más que mortalidad
Y ahora seguimos con los helmintos …
(otro hospedero)
Los estadíos infectantes de los helmintos causan al menos cierta respuesta inflamatoria
En cambio, los estadíos establecidos en general controlan la inflamación
Inflamación temprana: ¿mecanismos de reconocimiento?
Activación de complemento
¿TLRs..? ¿Otros PRRs..?
Las respuestas contra helmintos son de tipo 2
de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002)
Inmunización y reestimulación de esplenocitos in vitro
Ha habido sus dudas sobre la capacidad protectora de las respuestas de tipo 2…
El asunto está en cómo las definimos
Las respuestas de “tipo 2 modificadas”
filariasis
De Maizels et al., Immunol Rev 201:89 (2004)
IL-4
IL-10TGF-b
IL-5, IL-13
Control de la inflamaciónInmunosupresión específica
Las células y moléculas responsables de la respuesta tipo 2 modificada
Células T reguladoras
IL-10TGF-b
CTLA-4
Células T efectoras hiporespondedoras/anergizadasCélulas T efectoras productoras de IL-10
¿Células mieloides supresoras?
¿Células B-1…?
¿Otras ….?
De Wilson et al., J. Exp. Med. 202:1199 (2005)
Sensibilización con OVA o Derp-1, seguida de desafío intratraqueal con alergeno, en ratones control e infectados con H. polygirus. Células en lavado broncoalveolar
Tipo 2 modificado no es lo mismo que tipo 2
De Wilson et al., J. Exp. Med. 202:1199 (2005)
Citoquinas en lavado
broncoalveolar
Tipo 2 modificado no es lo mismo que tipo 2 (cont.)
La hipótesis de la higiene original (o un espacio monodimensional)
Tipo 1 Tipo 2alergiasInfecciones (bacterianas)
La infección por S. haematobium se correlaciona inversamente con la alergia
De van der Biggelaar et al., Lancet 356:1723 (2000)
Infecciones por helmintos
Tipo 1 Tipo 2
Inflamatorio
Regulatorio
Autoinmunidad
Infecciones bacterianas agudas
Alergias
Infecciones crónicas por protozoarios y micobacterias
Fibrosis
La hipótesis de la higiene modificada(o un espacio bidimensional)
También: Taylor et al. 2005 J. Immunol. 174:4924
2007 J. Immunol. 179:4626
Las células T reguladoras favorecen la infección crónica por un helminto
Infección por L. sigmodontis
De Taylor et al. 2009 Eur. J. Immunol. 39:192
Microfilarias en sangre
Carga parasitaria al día 60
Depleción de Treg CD25+ al momento de infección
Sin embargo, en ciertos modelos, lo que hace posible la infección crónica parece ser la IL-10 producida por las propias células Th2.
Infección de ratones por H. polygirus. Ratones WT y DEREG (al tratar con toxina diftérica se
eliminan las células Treg Foxp3+)
Cargas parasitarias
Inflamación intestinal
La eliminación de Treg da lugar a aumento en la respuesta Th2 y de IL-10
Rausch et al 2009 Eur J Immunol 39: 3066
Dewals et al 2010 Eur J Immunol 40:1
Infección de ratones por S. mansoni. Ratones WT y KO para el receptor de IL-4. % de células Foxp3+ (Treg), IL-10+ en el hígado (asociadas con los
granulomas inducidos por los huevos del parásito). El CD103 es un marcador de células Treg en algunos sistemas, pero acá parece ser
expresado por células Th2 condicionadas a la regulación.
Proponen distinción entre Th2 reguladoras (CD103+) y efectoras (CD103-)
En infección por S. mansoni, la señalización por IL-4 inhibe la expansión de Treg
Pero en cambio es necesaria para la expansión de células T que producen IL-10 y controlan la inflamación
Parece haber diferentes “capas” de respuesta reguladora: expansión de Treg, instrucción de células Th2 para producir IL-10…
T efectoras
Th2 productoras de IL-10
Treg
Parecería que:
• Las respuestas de tipo 2 evolucionaron para controlar a los helmintos
• La capacidad de protección de las respuestas de tipo 2 suele estar escondida debajo de las fuertes respuestas reguladoras que inducen los gusanos
• Las respuestas reguladoras no se han seleccionado negativamente en los hospederos vertebrados debido a que son necesarias para las funciones “no inflamatorias” del sistema inmune
• “Respuesta reguladora” incluye a las Treg y a células efectoras (Th2) condicionadas para regulación.
¿Cuáles son los PAMPs/PRR que determinan las respuestas de tipo 2 frente
a helmintos?
¿Y las respuestas de tipo 2 modificadas?
¿Qué pasa con los TLRs en las infecciones helmínticas?
Los ratones KO en MyD88 infectados con S. mansoni
tienen respuestas más sesgadas a tipo 2
De Layland et al, 2005 EJI 35:3248
IFN-g
IL-4
IL-10
Células de bazo de ratones
infectados, estimuladas in vitro con SEA
Esto seguramente refleja la presencia de PAMPs de tipo 1, detectados a través de TLRs.
La respuesta a Schistosoma, y a otros platelmintos, tiene un pequeño componente tipo 1.
Los agonistas de TLR podrían ser del parásito, o endógenos (DAMPs)
Globalmente, la señalización a través de TLR/MyD88 no contribuiría a la respuesta de tipo 2.
Los ratones TLR2 KO infectados con S. mansoni tienen impedidas las respuestas reguladoras y Th2
De Layland et al, 2007 EJI 37:2174
IFN-g IL-10Células T de ratones infectados, estimuladas in vitro con
células presentadoras normales y SEA
Un lípido de Schistosoma induce Treg productoras de IL-10 a través de TLR2 van der Kleij et al., 2002 J. Biol. Chem. 277:48122
Otro lípido de Schistosoma potencia respuestas tipo 2 y activacion de eosinófilos a través de TLR2Magalhaes et al 2010 J Inf Dis 202:1369
En ratones NOD, la inducción de Treg invitro por SEA depende parcialmente de TLR2Burton et al 2010 Eur J Immunol 40:1
IL-13
Efecto de falta de TLR2 ≠ efecto de falta de MyD88
Hay muchas evidencias de que “otros” PRRs (“no TLR”) deben participar en la respuesta a los
helmintos
La modulación de DC (en contra de la respuesta tipo 1) por antígeno soluble de huevo de Schistosoma (SEA) es
independiente de MyD88 (y de TLR2, TLR4)
Respuestas in vitro de DC WT y MyD88 KO estimuladas
con SEA y/o LPS (el LPS tiene efectos independientes
de MyD88)
De Kane et al 2008 IAI 76: 5754
WT MyD88 KO
Y SEA puede inducir respuesta Th2 in vivo en forma independiente de TLR2 y TLR4
Inmunización con DC
pulsadas con SEA.
Respuestas ex-vivo de
esplenocitos reestimulados
con SEA
De Kane et al 2008 IAI 76: 5754
De: van Liempt et al 2007, Mol Immunol 44:2605
Varios receptores lectina tipo C interaccionan con SEA
Los carbohidratos han sido implicados la inducción de Th2 por SEA y por otras preparaciones de helmintos
El componente principal de SEA inductor de Th2 es una glicoproteína con actividad ribonucleasa.
La polarización a Th2 es independiente de MyD88 y TRIF, es decir de TLRs
Polarización in vitro de células T DO.11.10, específicas para OVA en presencia de DCs pulsadas con SEA u omega-1, con o sin inhibición de actividad ribonucleasa (DEPC)
De: Steinfelder et al 2009 J Exp Med 8:1681
Se discute qué es lo que detectan las DC en omega-1
La actividad proteolítica extracelular debe ser un “PAMP” para Th2
Muchos alergenos ambientales tienen actividad proteolítica
Muchos helmintos usan proteasas para invadir tejidos
Existen en células del sistema inmune innato y de tejidos receptores activados por proteasas (PARs)
La administración de ovalbúmina junto con la activación de PAR-2 en ratones causa sensibilización alérgica a este antígeno(Ebeling et al 2007 JI 179:2910)
Las proteasas inducen la secreción de la citoquina tipo 2 TSLP en células de epitelio respiratorio, en forma dependiente de PAR-2 (Kouzaki et al 2009 JI 183:1427)
IL-12 Th1
TLRs
IL-12 Th1IL-12 Th1
TLRsPRRs?
IL-4
Otros misterios en relación a la respuesta tipo 2….
- ¿De dónde sale la IL-4 inicial?
- ¿Cuál es la respuesta fenotípica (señales de coestimulación inducidas) a nivel de la DC?
???
Datos nuevos DC y basófilos
De: Paul y Zhu 2010 Nat Rev Immunol 10:225
La hora del basófilo…..
Entonces..
PRRs para Th2:No sabemos casi nada. Probablemente PARs, lectinas no identificadas, TLR2, otros ..?
PRRs para respuestas reguladoras: No sabemos casi nada. Probablemente TLR2, otros..?
Los (otros) TLRs deben contribuir al pequeño componente de tipo 1 (y posiblemente Th17) que existe en respuesta a helmintos
Células que comienzan inducción de Th2:DCs, basófilos, células epiteliales
Células que comienzan inducción de respuesta reguladoras: DCs (tDCs).
Señales de la DC a la célula T para Th2:???
Señales de la DC a la célula T para respuestas reguladoras:TGF-b, IL-10, moléculas coestimuladoras negativas (PD-L1, PD-L2).
La idea del “embudo”:
BasófiloDC Mac Célula epitelial
RESPUESTA TIPO 2 MODIFICADA
HABRÍA MUCHOS, DIFERENTES, PAMPs DE HELMINTOS
QUE SE UNIRÍAN A UN CONJUNTO LIMITADO DE RECEPTORES
EXPRESADOS EN VARIOS TIPOS CELULARES
E INDUCIRÍAN UN TIPO RESPUESTA
+ ¿Eos, MC, PMN, ...?
¿TLRs, CLRs, PARs,...?
Entonces:• ¿Cómo “ve” el sistema inmune los parásitos?
• ¿Qué PAMPs?• ¿Qué PRRs?• ¿Qué respuestas?
Las respuestas:
Comunes a todos los parásitos: Respuestas reguladoras/anti-inflamatorias (en común con los
demás patógenos que establecen infecciones crónicas)
Comunes a los protozoarios: Respuestas de tipo 1, modificadas por respuestas reguladoras
Comunes a los helmintos:Respuestas de tipo 2, modificadas por respuestas reguladoras
Los PRRs y PAMPs
Los TLRs instruyen respuestas de tipo 1 frente a protozoarios. Varios PAMPs ya se conocen.
Están por identificarse los PRR que instruyen las respuestas de tipo 2 frente a helmintos. Los PAMPs incluyen proteasas, ciertos glúcidos y ciertos lípidos.
TLR2 podría participar (en infección por Schistosoma).
Están por identificarse los receptores que instruyen respuestas reguladoras. TLR2 podría participar (en infección por Schistosoma).
FIN
PENSAR QUE SOY “TIPO 2”…