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

1. Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo Unidad de Biología Parasitaria 2010 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 Receptores para Citoquinas Citoquinas Célula blanco

4. Efectos autócrinos • parácrinos : locales • sistémicos • Reguladores de la respuesta innata y adaptativa • Regulación inhibidores proliferación celular • estimuladores secreción citoquinas • secreción moléculas tóxicas • diferenciación celular

5. IL-2 Efectos autócrinos T B T Efectos parácrinos locales

6. Hígado Hepatocito Efectos parácrinos sistémicos Síntesis Proteínas del Complemento IL-6

7. En 1986, Mosman y Coffman decriben la existencia dos subpoblaciones de células T-CD4+ : Th1 y Th2 Th1 Th2 IL-2 IFN- TNF- IL- 4 IL-5 IL-10

8. Infecciones parasitarias inducen respuestas polarizadas Parásito Intracelular Parásito Extracelular Th1 Th2

9. Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas polarizadas Th1 o Th2 1- tipo de parásito y estadío 2- características genéticas del hospedador 3- citoquinas secretadas tempranamente 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

10. Leishmania major Características genéticas del hospedador C57Bl/6 C3H Balb/c CBA Resistentes Susceptibles Th1 Th2

11. La activación selectiva de los diferentes subset de células Th tiene un papel importante: • la respuesta inmune contra patógenos • la patogénesis de enfermedades inflamatorias. Para entender esto: es bien importante poder disecar: las víasyredes regulatorias que llevan al desarrollo de una determinado subset de células T-CD4+

12. - Citoquinas (DC y otras células) - nivel de estimulación por el TCR - tipo de señales co-estimuladoras Integración de cascadas de señalización • - activación de la expresión de factores de transcripción • específicos de cada subset de células T-CD4+ • - COMPROMISO con un fenotipo • - ESTABILIZACIÓN del fenotipo adquirido

13. La polarización de los subsets de células T esta acompañada por cambios en reguladores transcripcionales claves 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 que son altamente especificos para genes que • son diferencialmente expresados en los diferentes subsets de células T. • T-bet (T-box expressed in T cells): Th1 • GATA-3 : Th2 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.

14. Polarización Th1/Th2 está mediada por factores de transcripción claves 1- NFAT: activados por la interacción del TCR. 2- Factores de Transcripción Linage Específicos: T-bet GATA-3 T-CD4+ vírgenes : niveles basales bajos

15. Th2 Gusanos Parásitos (helmintos) GATA-3 STAT-6 IL-4 Célula T-CD4+ no diferenciada IL-4 IFN- IL-12 Th1 Parásitos intracelulares T-bet STAT-4 IFN-

16. La diferenciación Th1 es mediada por la inducción de T-bet IL-12 IFNγ IL-12Rβ1 IL-12Rβ2 Impide interacción GATA-3 con locus IL-4

17. Señales que guían la diferenciación Th1 Virus Bacterias Parásitos IFNγ IL-12 IFNγ STAT1 IFNγ IL-12Rβ2 STAT4 T-bet IL-12Rβ1 IL-12Rβ2 IL-12Rβ1 IL-12

18. Resumen: • En la diferenciación a Th1 • El compromiso inicial con el subset de células T-CD4+ depende de citoquinas que están en el microambiente en donde las célula Th es activada y que son producidas por células del sistema innato • (NK ) IFN /STAT1 • El factor de transcripción específico que dirige la diferenciación es: • T-betIFN/IL12R2 • Las señales a partir de IL-12 (STAT4) estabilizan el fenotipo

19. 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

20. Th2 Parásitos extracelulares (helmintos) GATA-3 STAT-6 IL-4 Célula T-CD4+ no diferenciada IL-4 IL-12 Th1 Parásitos intracelulares T-bet STAT-4 IFN-

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

22. Señales que guían la diferenciación Th2

23. Resumen: • En la diferenciación Th2: • El compromiso inicial con el linaje depende de citoquinas que están en el microambiente en donde la células Th es activada y son producidas por células del sistema innato • (basófilos) IL-4/STAT6 • El factor de transcripción específico del subset Th2 que dirige la diferenciación es GATA3IL-4/IL-5/IL-13 • Señales autócrinas (IL-4) estabilizan el fenotipo

24. 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

25. _ _ _ _ + + + + 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

26. Th2 Parásitos extracelulares (helmintos) IL-4 GATA-3 STAT-6 Célula T-CD4+ no diferenciada IL-4 Th1 IFN-; IL-12 Parásitos intracelulares T-bet STAT-4 IFN- TGF- Treg Foxp3 Inmunosupresión TGF- IL-10

27. Polarización de células Th está mediada por factores de transcripción claves 1- NFAT: activados por la interacción del TCR. 2- Factores de Transcripción Linage Específicos: T-bet GATA-3 Foxp3 En T-CD4+ vírgenes están a niveles basales bajos.

29. CélulasT-CD4+ reguladoras (Treg) • - Proporción estable y funcional (5-10%) de las células T-CD4+, • - expresan CD25, • factor de transcripción FoxP3, • - Secretan IL-10 y/o TGF- • Principal función de IL-10 : • control de la inflamación, • limita la inmunopatología

31. _ _ _ _ + + + + 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

32. Th2 Parásitos extracelulares (helmintos) IL-4 GATA-3 STAT-6 Célula T-CD4+ no diferenciada IL-4 Th1 Parásitos intracelulares IFN- IL-12 T-bet STAT-4 IFN- Th17 TGF- Bacterias extracelulares Autoinmunidad IL-6 IL-17 STAT-3 TGF- Treg Foxp3 Inmunosupresión TGF- IL-10

33. 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

34. Diferenciación de células Th17 Diferenciación (IL-6+TGF-) Estabilización IL-23 (células dendríticas) IL-17 IL-17 IL-22 IL-21 Adaptado de Bettelli, 2007 Amplificación

35. La diferenciación Th17 está mediada por ROR-t STAT3 induce ROR-t, y este a las citoquinas Th17 efectoras (IL-17 e IL-22)

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

38. 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

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

40. 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

41. El resultado de estas observaciones: • la infección por helmintos • Respuestas Th2 Rol en la protección??

42. 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)

43. Infecciones experimentales

44. Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas polarizadas Th1 o Th2 1- tipo de parásito y estadío 2- características genéticas del hospedador 3- citoquinas secretadas tempranamente 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

45. 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)

46. Nematodes gastrointestinales que actúan en muy diferente forma: • Heligmosomoides polyyrus • 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

47. 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

48. Trichuris muris • La susceptibilidad está asociada con una fuerte respuesta Th1 • Desarrollan una infección crónica con fuertes respuestas Th1 Inducción de respuestas Th1 que favorecen la cronicidad de la infección Trichuris muris AKR

49. La 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.

50. La inducción de respuestas Th2, requiere un involucramiento inicial de las células dendríticas. Para las respuestas Th1, se ha establecido claramente que las células dendríticas presentan antígenos de bacterias o protozoarios, secretan IL-12 y aumentan la expresión de B7 (coestimuladores).