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Inmunidad innata en infecciones parasitarias
2013
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
ILC1
Células Th1IFN-g
Respuestas de tipo 2
Macrófagos alternativamente activados
DC2s
ILC2
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
IL-6 + TGF
Th17
IL-23R IL-23
RORt
IL-17, IL-17F, TNFIL-21
neutrophilshighly inflammatory
macrophage phenotypes?
IFN
IL-12RIL-12
T-betHlxIFN
LT
classicallyactivatedmacrophages
IL-4
Th2
IL-4RGATA-3C-Maf
IL-4IL-5IL-9IL-13IL-21IL-25
alternativelyactivated
macrophages
eosinophils
TGF-Retinoic acid
FoxP3iTregTr1 nTreg
(expansion)
IL-10 TGF- Other mechanisms
“deactivated”/”suppressor”macrophages?
suppression of the other 3 response arms
FoxP3
IL-4
Thp
IL-10Th1
IL-6 + TGF
Th17
IL-23R IL-23
RORt
IL-17, IL-17F, TNFIL-21
neutrophilshighly inflammatory
macrophage phenotypes?
IFN
IL-12RIL-12
T-betHlxIFN
LT
classicallyactivatedmacrophages
IL-4
Th2
IL-4RGATA-3C-Maf
IL-4IL-5IL-9IL-13IL-21IL-25
alternativelyactivated
macrophages
eosinophils
TGF-Retinoic acid
FoxP3iTregTr1 nTreg
(expansion)
IL-10 TGF- Other mechanisms
“deactivated”/”suppressor”macrophages?
suppression of the other 3 response arms
FoxP3
IL-4
Thp
IL-10Th1
De: Díaz & Allen 2007 EJI 37:3319
Y hay que agregar la rama Th17, y la respuesta reguladora
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
“protozoario
s”
“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 y virales
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
Los PRR citosólicos: NLRs e inflamasomas
De: Rathinam et al 2012 Nat Immunol 13:333
Franchi et al 2012 Nat Immunol 13:325
NLRP3
ASC
caspasa-1
El inflamasoma NLRP3 es importante en infección por Leishmania
Los ratones KO para ASC tienen mayor mortalidad y carga parasitaria en infección por T. cruzi.Silva et al. 2013 J Immunol 191:3373
Infección con promastigotas metacíclicos de L. amazonesis
De: Lima-Junior DS et al 2013 Nature Medicine 19: 909
Infección in vitro de macrófagos (wt y KO para ASC, Casp-1 o NLRP3) con L. amazonesis de fase estacionaria
ASC
La respuesta “Th17” también es necesaria para protección frente a Toxoplasma gondii en ratones
De Kelly et al (2005) Infect Immun 73: 617Supervivencia luego de infección: ratones wt e IL-17 KO
La infección de monocitos humanos in vitro por T. gondii induce IL-1b dependiente de ASC y caspasa-1. Gov et al. 2013 mBio 4: e00255
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
IgG4 (humanos)
Control de la inflamaciónInmunosupresión específica
Las células y moléculas responsables de la respuesta tipo 2 modificada
Células T reguladoras (en particular, FoxP3+)
IL-10TGF-bCTLA-4
PD-1/PD-L1/2
Células T efectoras hipo-respondedoras/anergizadasCélulas T efectoras productoras de IL-10
¿Células mieloides supresoras?
¿Células B reguladoras…?
¿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
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)
De: Díaz & Allen 2007 EJI 37:3319
Huevo de Trichuris suis
Se viene la “terapia helmíntica” para enfermedades inflamatorias ….
Para una revisión muy buena, ver: Jouvin y Kinet, 2012, J Allergy Clin Immunol 130: 3
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
La depleción de Treg en etapas más tardías de infección en general no afecta la carga parasitaria
En otros modelos, la infección crónica la hacen posible células Th2 productoras de IL-10
Un componente muy importante parece ser la presencia, en infección crónica, de células Th2 “hipo-respondedoras”
Las células Treg podrían jugar su papel tempranamente en la infección, condicionando otros mecanismos de regulación que operarían
independientemente de las Treg en la infección crónica
Taylor et al. 2005 J. Immunol. 174:4924Taylor et al. 2007 J. Immunol. 179:4626Taylor et al. PLOS Path 9: e1003215
Rausch et al 2009 Eur J Immunol 39: 3066
Dewals et al 2010 Eur J Immunol 40:1
Taylor et al 2012 Trends in Immunol 33:181 (revisión)
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-10
Células 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
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Rec
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C-2
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Grupo VID
C-S
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Grupo II Grupo V
Y
Y
FcgR
Los receptores lectina de tipo C
R
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FcgR
Y
Y
FcgR
Y otros …
De: Everts et al 2012 J Exp Med 209:1753 Y: Everts et al 2009 J Exp Med 206:1673Steinfelder et al 2009 J Exp Med 206:1681
El componente principal de SEA inductor de Th2 es la glicoproteína Ω -1.
La polarización a Th2 es independiente de TLRs.
La polarización depende de internalización por el receptor de manosa, y de actividad ribonucleasa de Ω -1 sobre ARNm y ARNr dentro de la célula dendrítica.
% d
e cé
lula
s C
D4+
pr
oduc
tora
s de
IL-
4
Inyección de SEA u omega-1 en ratones reporteros para IL-4. % de células CD4+ efectoras productoras de IL-4 en dLN
Inyección de omega-1 y re-estimulación ex-vivo con antígeno o PHA
Sin glicanos Sin act. ribonucleasa
SEA de Schistosoma mansoni, a través de dectina-2, activa el inflamasoma NLRP3
En la infección, el inflamasoma NLRP3 participa en inducción de respuestas Th1 y Th7
De: Layland et al 2010 PNAS 107:20459
BMDC wt o KO para dectina-2 pre-condicionadas
con agonista de TLR2 y estimuladas con SEA
Ratones wt o KO para NLRP3 o ASC,
infectados con S. mansoni durante 8
semanas
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)
De: Licona-Limón et al. 2013 Nat Immunol 14: 536
Más en general, el daño tisular, detectado por células no inmunes, induce Th2
Las células linfoides innatas tipo 2 (ILC2) participan en amplificar las señales asociadas
Loke et al 2007 JI 179: 3926Mishra et al 2011 JI 187: 6491Nussbaum et al 2013 Nature epub ahead of print
IL-12 Th1
TLRs
IL-12 Th1IL-12 Th1
TLRsPRRs?
IL-4
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?
???
Entonces..
PRRs para Th2:No sabemos casi nada. Probablemente PARs, detección de actividad ribonucleasa, lectinas, 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 Th17) que existe en respuesta a helmintos
Células que comienzan inducción de Th2:DCs, basófilos, células epiteliales. Amplificación por ILC2
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).
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, ribonucleasas, ciertos glúcidos y ciertos lípidos.
Están por identificarse los receptores que instruyen respuestas reguladoras. TLR2 podría participar (en infección por Schistosoma).
FINFIN
PENSAR QUE SOY “TIPO 2”…