Sylvia Dematteis C átedra de Inmunología Dpto. de Biociencias Facultad de Química

1. Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo Unidad de Biología Parasitaria 2013 Modulación de la respuesta de las células T-CD4+ en las infecciones por parásitos Sylvia Dematteis Cátedra de Inmunología Dpto. de Biociencias Facultad de Química

2. Función del sistema inmune : PROTEGER AL INDIVIDUO DE LAS INFECCIONES Sistema inmune reacciona frente a la infección Respuesta Respuesta Innata adaptativa - actúan interreguladamente - defasaje cronológico

3. Regulación de la respuesta inmune por citoquinas Las citoquinas son proteínas secretadas por células que actúan como un sistema integrado de señales entre las células, permitiendo una respuesta inmune integrada. • Regulan importantes • funciones biológicas: • proliferación • activación • sobrevida • muerte • diferenciación celular Citoquinas Receptores para Citoquinas Célula blanco

4. Hígado Efectos parácrinos sistémicos Autocrinos Paracrinos : Efectos Locales Sistémicos IL-2 Síntesis Proteínas : Hepatocitos T -Fase aguda -Sistema Complemento Efectos autocrinos IL-6 Efectos paracrinos locales

5. Numerosas poblaciones celulares pueden secretar • citoquinas en respuesta a un estímulo dado • Las células T-CD4+ (Th) frente a cualquier tipo de estímulo, secretan siempre el mismo tipo de citoquinas?

6. Mosmann TR Coffman RL Mosmann TR,Cherwinski H,Bond MW,Giedlin MA,Coffman RL. “Two types of murine helper T cell clone. I. Definition according to profiles of lymphokine activities and secreted proteins.” J Immunol.1986 Apr 1;136(7):2348-57. IL-2, IFN-γ ,TNF-β Th1 Th IL- 4, IL-5, IL-10 T-CD4+ vírgenes Th2

7. Factores de transcripción específicos Subpoblaciones de células T-CD4+ Traductores de señales y activadores de la transcripción (STATs) T-bet Th1 STAT-4 Ag/MHC II TCR T-CD4+ Th2 GATA-3 STAT-6 Naive APC Fox-p3 Treg STAT-5 Th17 RORγt STAT-3

8. Inflamación patológica • Infecciones por • bacterias y hongos • Inflamación patológica • Protección/susceptibilidad • a infecciones por parásitos? Th1 IFN-γ IL-17 IL-22 T-CD4+ naive Th2 IL-4 IL-5 IL-10 IL-13 Treg IL-10 TGF-β • Reguladoras de la • respuesta inmune • Control inflamación (Th1 o Th17) • Protección/susceptibilidad a • infecciones por parásitos? Th17 Interacción: TCR / Pep-MHC II

9. La activación selectiva de los diferentes subset de células Th tiene un papel importante: • la respuesta inmune contra patógenos Víasyredes regulatorias que llevan al desarrollo de una determinado subset de células T-CD4+

10. La polarización de los subsets de células T esta acompañada por cambios en reguladores transcripcionales claves (maestros) Se requieren cambios en la estructura de la cromatina para hacer que los genes específicos de las citoquinas sean accesibles a los factores transcripcionales • De dos tipos: • El regulador transcripcional NFAT (nuclear factor of activated T cells) que es activado por la señalización vía TCR y que participa en la activación de varios genes importantes para las funciones T. • Reguladores transcripcionales (Factores de Transcripción) que son linaje específicos (diferencialmente expresados en los subsets de células T) . • T-bet (T-box expressed in T cells): Th1 • GATA-3 (GATA-binding protein 3) : Th2

11. Diferenciación subpoblaciones de células T-CD4+ está mediada por factores de transcripción claves La diferenciación ocurre cuando un regulador transcripcional predomina sobre el otro llevando a la expresión de genes que promueven un subset y reprimiendo aquellos que promueven el otro subset. T-CD4+ vírgenes : niveles basales bajos

12. La diferenciación Th1 es mediada por la inducción de T-bet IL-12 IL-12Rβ2

13. Señales que guían la diferenciación Th1 Parásitos IFNγ IL-12 IFNγ STAT1 IFNγ IL-12Rβ2 APC STAT4 T-bet IL-12Rβ1 IL-12Rβ2 IL-12Rβ1 IL-12

14. Ag Mecanismosefectores activadospor células Th1 T-CD4+ vírgen T-CD8+ virgen Célula B IFN IL-2, IFN Ag Ag Th1 IgG2a, IgG3 opsonizan, fijan complemento IFN T-CD8+ citotóxica Activación de macrófagos Opsonización y fagocitosis

15. ICOS: coestimulador inducible ICOS receptor ICOS IL-4 La diferenciación Th2 está mediada por GATA-3 Promotor GATA-3 Segundo factor de transcripción No se conoce completamente

16. Señales que guían la diferenciación Th2 Parásitos (helmintos) APC

17. Etapas de la diferenciación Th2 iniciada por señales vía TCR GATA-3 (STAT-5) GATA-3 y otros IL-4 STAT-6 T-CD4+ Naive Th2 Ag/MHC II TCR Inducción Diferenciación IL-4 IL-5 IL-13 APC Independiente de IL-4 (14-24 hs) Dependiente de IL-4 (> 24 hs)

19. Ag Mecanismos efectores activados por las células Th2 T-CD4+ vírgen Célula B Inhibición de respuestas inflamatorias IL-4, IL-10 IL-4 Th2 IL-5 Activación, diferenciación de eosinófilos IgE IgG1 Ac neutralizantes Desgranulación de mastocitos

20. _ _ _ _ + + + + Promueve la diferenciación Th1 Inhibe la activación Th1 Inhibe la proliferación Th2 _ _ _ _ Interregulación negativa entre subpoblaciones Th1 y Th2 Th1 IFNg IL- 4 IL-10 Promueve la diferenciación Th2 + + + + Th2

23. El desarrollo de Schistosomiasismurina severa se correlaciona con altos niveles de IL-17 Es la primera evidencia del rol patogénico de Th17 en enfermedades parasitarias

24. Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas polarizadas Th1 o Th2 1- citoquinas secretadas tempranamente 2- características genéticas del hospedador 3- tipo de parásito y estadío 4- vías de entrada del parásito 5- participación de células no-T en la respuesta al parásito 6- interregulación negativa entre subpoblaciones T-CD4+ 7- Fuerza de las señales inducidas por la interacción TCR-MHCII-pep

25. Características genéticas del hospedador : Leishmania Balb/c Susceptibles -Leishmania es parásito protozoario intracelular obligatorio. -Macrófagos tisulares Th2 C57Bl/6; C3H; CBA Resistentes Expresión del gen Slc11a1 producto funcional Th1 Control del crecimiento temprano del parásito Resistencia o susceptibilidad : factor genético (Stanley A.C. & Engwerda C.R., 2007) Resistentes La Resistencia Natural Asociada a la Proteína 1, es codificada por el gen Slc11a1, en macrófagos Expresión del gen Slc11a1 mutado producto NO funcional Crecimiento del parásito desenfrenado Susceptibles

26. Parásitos Helmintos Ascaridas Nematodes Filarias Gusanos parásitos Trematodes Plathelmintos Cestodes

27. Entre todos hay diferencias: • Estructurales • Formas de transmisión • Localización en el hospedador, etc. Gusanos parásitos: -muy heterogéneo de organismos, -gran multiplicidad de mecanismos, Estudiar habilidad de modular la respuesta inmune del hospedador

28. Parasitosis: infecciones crónicas refleja una inmunomodulación exitosa Cronicidad - Mecanismo modulación compartido

29. Inmunobiología de estos parásitos observaciones conservadas entre todas las especies: 1.- las infeccciones con estos parásitos inducen una respuesta de citoquinas tipo Th2. 2.- asociadas con alta producción de anticuerpos de isotipo IgE e IgG4 3.- secreción de citoquinas anti-inflamatorias (IL-10) 4.-asociadas con inmunosupresión (ej. No respuestas de linfocitos a Ags o mitógenos) 5.- Evidencias: infecciónes están asociadas a la inducción de células Treg o Th17

30. Hay evidencias utilizando modelos experimentales: 1.- los componentes de la respuesta tipo Th2 pueden facilitar la expulsión de nematodes gastrointestinales. 2.-previenen al hospedero de la patología mediada por respuestas tipo Th1 (ej. en la schistosomiasis murina la deposición de huevos en el hígado asociado a Th1)

31. Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas polarizadas Th1 o Th2 1- citoquinas secretadas tempranamente 2- tipo de parásito y estadío 3- características genéticas del hospedador 4- vías de entrada del parásito 5- participación de células no-T en la respuesta al parásito 6- interregulación negativa entre citoquinas tipo Th1 / tipo Th2 7- dosis de parásitos a la que se expone el hospedador

32. Nematodes • Ocupan diferentes nichos en su hospedero : • tracto gastrointestinal • Algunos de estos parásitos en modelos experimentales: • Son expulsados • Otros producen infecciones crónicas Asociado con la cepa de ratón (genotipo del hospedero)

33. Nematodes gastrointestinales que actúan en muy diferente forma: • Heligmosomoides polygyrus • Establece infecciones crónicas • Induce un distintivo fenotipo inmunosupresor • Inhibe la expulsión de otros parásitos, convirtiendo por • ej. la infección por N. brasiliensis en infección crónica • A nivel celular la infección con H.polygyrus estimula las células Treg Heligmosomoides polygirus Infección crónica Inducción de T-reg. Balb/c o C57Bl/6

34. Fuertes respuestas Th2 (a dosis alta: expulsión a dosis bajas: cronicidad) Nipostrogylus brasiliensis Todas las cepas Nipostrongylus brasiliensis • Expulsión del parasito a : dosis estandar alta • Estimula una fuerte respuesta Th2, protectora • Sin embargo a dosis bajas, induce una infección crónica

35. Trichuris muris • La susceptibilidad y cronicidad está asociada con una fuerte respuesta Th1 Inducción de respuestas Th1 que favorecen la cronicidad de la infección Trichuris muris AKR

36. Helmintos: gran diversidad de moléculas que estimulan respuestas tipo Th2: 1.- diferentes helmintos han desarrollado independientemente una variedad de vías que estimulan las respuestas Th2 2.- esto ha sido seleccionado positivamente durante la evolución para conferir una ventaja biológica a cada especie de parásito.

37. Para las respuestas Th1: • se ha establecido claramente que las células dendríticas • presentan antígenos de bacterias o protozoarios, • secretar IL-12 • aumentar la expresión de B7 (coestimuladores).

38. Cómo las DCs inducen respuestas Th2 es más controversial • Hay una particular secreción de citoquinas junto con • ligandos de superficie que expresan las DCs para iniciar una • respuesta Th2 ???? • Es la falta de suficientes moléculas que guíen la diferenciación Th1, y por defecto, se induce una respuesta Th2? ?? • Depende de la fuerza de las señales vía interacción • TCR-MHC II-péptido ???

39. Muchos sistemas experimentales han mostrado que la inducción Th2 puede se reproducir in vitro simplemente por exposición de las DCs a antígenos de helmintos y luego transfiriendo las DCs pulsadas a recipientes vivos. • Entre esos antígenos tenemos: • ES-62 de la filaria Acanthcheilomena vitese • SEA, el antígeno soluble de huevo de • Schistosoma mansoni • El glicano lacto N-fucopentosa III de S. mansoni • NES de N. brasiliensis

40. N.brasiliensis es la infección en ratón que induce una clásica respuesta tipo Th2 NES NES

41. Funciones de las células Th2 en la infección por parásitos intestinales

42. Respuesta protectivaTh2 frente a la infecciónpor nematodes intestinales

43. RESUMEN • Los parásitos generan infecciones crónicas que inducen respuestas polarizadas T-CD4+ • Varios factores del hospedador, parásito y condicionesde la infección condicionan el tipo de respuesta inducida • En general los parásitos intracelulares inducen respuestastipo Th1 que se asocian con protección • Los parásitos extracelulares inducen respuestas Th2 que podrían asociarse con protección, con la patología o a mecanismos inmunomoduladores inducidos por antígenos parasitarios.