Post on 16-Oct-2021
Difese dell’organismo Gli organismi hanno diversi tipi di difese, disposte
“sequenzialmente”, che il patogeno deve superare:
Barriere anatomiche (fisiche)
Difese intrinseche
Immunità innata
Immunità adattativa
Barriere fisiche
La cute è una barriera quasi impenetrabile per un virus, a causa della
presenza dello strato cheratinizzato, formato da cellule morte.
Molti virus invece riscono a passare le barriere mucosali (respiratoria,
digestiva, riproduttiva), che sono costituite da poche strati di cellule vive.
Mucosa respiratoria: presenza di muco, che ricopre le cellule, ed impedisce
l’attacco al recettore
M. digestiva: i virus devono sopravvivere alla saliva (contiene sostanze
antivirali), le condizioni acide dello stomaco, la degradazione da parte degli
enzimi digestivi. Inoltre i sali biliari prodotti dal fegato distruggono
l’envelope.
M. riproduttiva: la vagina è protetta da un epitelio stratificato di cellule
non proliferanti – i virus replicano meglio in cellule attive. In realtà i virus
che infettano per questa via sfruttano piccole lesioni che consentono di
raggiungere le cellule proliferanti degli strati inferiori. inoltre i batteri
presenti acidificano l’ambiente (~pH5), e molti virus sono pH-sensibili
Barriere Intrinseche
Sono sempre presenti nella cellula infettata
es: apoptosi, autofagia, silenziamento RNA, proteine antivirali
Siccome l'apoptosi è un importante meccanismo di difesa intrinseca (se la cellula muore,
il virus non può replicare), molti virus hanno sviluppato contromisure che inibiscono
l'apoptosi
Interferenza da RNA (in piante e invertebrati)
E’ il processo con cui una molecola di RNA a
doppia elica provoca la degradazione degli
mRNA con sequenze nucleotidiche omologhe.
Le cellule eucariote hanno una RNAsi (“dicer”) che
taglia il dsRNA in corti oligonucleotidi di 19-25 basi.
Gli oligo prodotti agiscono come small interfering
RNAs (siRNAs). I siRNAs vengono srotolati e ridotti a
ss, si legano all’RNA virale, viene sintetizzato dsRNA,
che viene degradato.
I siRNA formano complessi con
molecole di mRNA omologo (virale),
e lo degradano.
Questo fenomeno sembra confinato in larga misura
alle piante ed ai virus vegetali. Recenti controversi
studi indicano che anche i linfociti T applicano
l’interferenza da RNA per proteggersi contro
l’infezione da HIV.
L’applicazione dei siRNA mediante
biotecnologia è attualmente molto usata per
silenziare geni eucariotici
In seguito all’infezione virale l’ospite sviluppa risposte immuni, che si
dividono in due grandi categori:
L’immunità innata (I.I.), o costitutiva, è invece un meccanismo di difesa preesistente
all’incontro con l’antigene. L’I.I. rappresenta la prima linea di difesa dell’organismo e
viene attivata da molecole espresse solo dal patogeno (e non dall’ospite) e da segnali di
stress. E’ caratterizzata da:
-assenza di specificità, in quanto è attiva contro un largo spettro di microorganismi;
-assenza di memoria;
-velocità di risposta;
-assenza di un meccanismo del riconoscimento del "self“.
L’immunità acquisita, o inducibile, è l’espressione della risposta dell’individuo
all’azione di agenti estranei (antigeni) che si sviluppa in seguito al loro contatto. Le sue
caratteristiche fondamentali sono la specificità, dovuta agli anticorpi prodotti dalle
plasmacellule, e la memoria, dovuto al clone di cellule memoria che serve a prevenire
successive infezioni, rendendo la risposta più forte e rapida.
La risposta dell’ospite all’infezione virale
Nota: Ci limitiamo a fornire un’idea generica delle risposte importanti per il controllo dei virus, la trattazione
completa dei fenomeni verrà svolta nel corso di Immunologia
Risposta dell’ospite
L’I.I. è importante non solo per combattere l’infezione, ma anche
perchè innesca e prepara molte risposte dell’immunità adattativa.
PAMPs e TLRs L’I.I. viene innescata da PAMPs (pathogen associated molecular pattern,
assenti nelle cellule dell’ospite), che si legano ai TLRs (Toll-like receptor),
specifici recettori espressi sulla membrana delle cellule effettrici dell’I.I.
(es. cell. dendritiche)
Risposta dell’ospite
TLRs e loro ligandi
Recentemente, sono
stati scoperti nel
topo 2 nuovi TLRs,
di cui ancora non si
sa niente
TLRs e PAMPs
Quando il TLR lega un PAMP si verificano molte risposte:
Fagocitosi
Chemiotassi e infiammazione
Secrezione di citochine (IL-1, -6, -8, -12, TNFa, ecc.)
Attivazione di cellule dendritiche
upregolazione di molecole costimolatorie necessarie per
l’attivazione di cellule T (CD80, CD86)
Risposta dell’ospite
TLRs importanti per le infezioni virali:
TLR9: riconosce motivi CpG non metilati (es. DNA di herpesvirus)
TLR3: riconosce dsRNA (intermedio replicativo virus a RNA)
TLR7, 8: riconoscono ssRNA tipici virali
Mentre i TLRs che riconoscono batteri e miceti sono all’esterno della membrana,
quelli che riconoscono gli acidi nucleici virali sono sulle membrane intracellulari
Risposta dell’ospite
Cellule dell’Immunità Innata
L’I.I. è effettuata
principalmente da
macrofagi e cellule
dendritiche (entrambe
esprimono TLRs), e da
cellule NK
Risposta dell’ospite
Schema del ruolo delle cellule dendritiche nell’I.I.
Le cellule dendritiche
agiscono sia direttamente
(producendo citochine e
interferon), che
indirettamente (attivando
le cellule T nell’immunità
adattativa)
Cellule NK
Le cellule NK hanno recettori che riconoscono il "self"
Risposta dell’ospite
Le cellule NK hanno recettori attivatori (che reagiscono a proteine virali, o stress
cellulare) e recettori inibitori che, se occupati, le inibiscono (KIRs). I KIR riconoscono
molecole MHC di classe I, e non lisano le cellule che esprimono questi antigeni self.
Cellule con bassi livelli di MHC-I non attivano i KIR, e quindi sono lisate (NK attive
rilasciano granuli che contengono perforina). Molti virus (come difesa all'immunità
adattativa) downregolano MHC I, ma questo causa la loro lisi da parte delle NK. Però
alcuni virus codificano proteine che mimano MHC I, e quindi inibiscono le NK
Cellule dell’Immunità Innata
La risposta delle NK dipende da un complesso equilibrio fra segnali attivatori (che
inducono il rilascio di segnali che innescano la citotossicità verso cellule infettate o
dannggiate) e segnali inibitori (che proteggono dal lisare cellule normali). Alcuni
virus sono in grado di attivare i segnali inibitori per evadere l’attivazione delle
cellule NK
Risposta dell’ospite
Fields fig 9.4 II
parte
+
-
Schematizzando:
MHC classe I inibisce le NK, ma se presenta un Ag non self,
attiva il killing
Ma ci sono virus che downregolano MHC-I, ed in questo caso
non ci sarebbe attivazione del killing
Però le NK vedono l’assenza di MHC-I, non sono inibite e si
attivano
Alcuni virus codificano proteine che mimano MHC-I (es.
citomegalovirus umano e animali)
Risposta dell’ospite
Interferon
Componente fondamentale dell’immunità innata
(tipo I) e dell’immunità adattativa (tipo II).
Viene descritto nelle diapositive successive
Risposta dell’ospite
Defensine Corti peptidi antimicrobici prodotti da leucociti, NK, neutrofili e
cell. epiteliali, in seguito a vari stimoli (fra cui anche attivazione di
TLR). Hanno diversi ruoli nelle difese antivirali, agendo sia sul
virus che sulla cellula.
Inattivano virus
con inviluppo,
rompendo le
membrane o
interagendo con
le glicoproteine
(es. gp120 di HIV)
Interagiscono con recettori
di membrana delle cellule ed
alterano il signaling
intracellulare. Causano
diversi effetti, es. bloccano la
trascrizione dell’RNA virale o
il trasferimento dell’ac.
nucleico virale nel nucleo
In diversi virus (es
influenza) bloccano
il processo di
spoliazione negli
endosomi
Risposta dell’ospite
Complemento Fra tutte le proteine di questo sistema, ha particolare importanza la
componente C3b. Diverse componenti (C3b, C1q) si possono legare alla
superficie del virus, con vari effetti:
1) “opsonizzazione”: i fagociti hanno recettori per il C, ed i virus legati al C
vengono fagocitati più facilmente
2) Per i virus con inviluppo, il legame di C3b innesca reazioni biochimiche che
portano alla formazione di pori sulla membrana, inattivando il virus
(“virolisi”).
Risposta dell’ospite
Schema delle cellule associate all’immunità innata e a
quella adattativa
Risposta dell’ospite
Le cellule dendritiche sono "sentinelle" che "pattugliano" tutto l'organismo.
Sono il collegamento fra risposta innata ed adattativa. Quando trovano
qualcosa di estraneo, vanno nei linfonodi, presentano il materiale
estraneo ai linfociti B e T, attivando le loro risposte
Risposta dell’ospite
La cellula dendritica immatura ha recettori TLR e per citochine, e MHC-II
negli endosomi. Se viene attivata, prende le proteine estranee, e grazie a
MHC-II le presenta alle cellule T
Risposta dell’ospite
Decorso di una tipica infezione virale acuta
Risposta dell’ospite
Paragone fra
immunità innata
ed acquisita
DC = cellule dendritiche
Risposta dell’ospite
Cinetica delle
risposte immunitarie
all’infezione virale
Risposta dell’ospite
Le risposte innate non specifiche
precedono l’induzione delle
risposte antigene-specifiche. Le
due risposte agiscono in modo
sinergico e complementare
Il diagramma mostra la sequenza
della comparsa di Interferoni, attività
NK, CTL virus-specifici e anticorpi
nell’infezione col virus murino della
coriomeningite linfocitaria.
Immunità Adattativa Umorale
Legano il virione e lo “neutralizzano” rendendolo non
infettante con diverse modalità
Risposta dell’ospite
Gli anticorpi antivirali specifici hanno diverse funzioni:
Un piccolo
virus è di poco
più grande
delle molecole
di anticorpo
Immunità Adattativa Umorale
Non tutti gli anticorpi sono neutralizzanti, non sempre l’attività neutralizzante
in vitro correla con quella in vivo, e anche gli anticorpi non neutralizzanti sono
importanti:
Legano complemento (C1q), attivando la cascata e causando la lisi del virione
Legano i recettori Fc presenti sui macrofagi, aumentando la fagocitosi dei
complessi ATG/ATC
Mediano la ADCC (Antibody dependent cell-mediated citolysis) operata dalle
NK, che distruggono cellule che esprimono antigeni virali
Risposta dell’ospite
Gli anticorpi antivirali specifici hanno diverse funzioni:
Immunità Adattativa cellulo-mediata
I linfociti T CD8 sono cellule effettrici che
lisano le cellule bersaglio e secernono
citochine. Quando i CD8 sono attivati
(mediante interazione con le antigen-
presenting cells), rilasciano perforina, che
produce pori nelle cellule bersaglio (=che
esprimono l’Ag presentato alle CD8)
Secernono anche serin esterasi che innesca
l’apoptosi della cellula bersaglio.
Producono citochine (IFNg, TNFa, IL2)
che possono indurre apoptosi, mediare
riposte infiammatorie,
Risposta dell’ospite
Schema semplificato dell’induzione dei CD8 citotossici. Una APC (antigen presenting
cell) espone sulla superficie l’antigene presentato da MHC classe I. Il CD8 “naive” lega
il peptide attraverso il T cell receptor e, attraverso ulteriori segnali, prolifera. Poi
differenzia in CD8 maturo capace di riconoscere e uccidere le cellule che espongono
lo stesso antigene esposto originariamente dalla APC
Essenziale per eliminare la
maggior parte delle infezioni virali
Risposta dell’ospite
Ruoli delle cellule T verso i microorganismi intracellulari.
a) attivano meccanismi di uccisione intracellulare mediante la secrezione di citochine; b)
uccidono direttamente cellula e patogeno; c) nell'uccidere il patogeno distruggono
tessuto vitale; d) mediante lisi cellulare, consentono la disseminazione dei patogeni
sopravvissuti; e) i patogeni rilasciati possono essere fagocitati da cellule ospiti più
efficaci nella lisi
Immunità
mucosale
Le mucose contengono anche cellule CD4 e CD8, in grado di montare riposta cellulo-
mediata con diversa distribuzione di attività CTL rispetto alla presentazione
sistemica, che sembra proteggere meglio
Particolarmente importante, visto che le mucose sono uno dei
migliori siti di entrata per i virus. E’ importante soprattutto nelle
reinfezioni, e utilizza sia le risposte umorali che cellulo-mediate. Le
mucose contengono molte plasmacellule, che secernono IgA. Sono
presenti anche IgG, che escono per diffusione dai capillari.
Le immunità
mucosale e
sistemica
inducono diverse
distribuzioni di
CTL, e diversa
protezione
Topi sono stati immunizzati con un peptide virale per via sottocutanea o intrarettale. La
milza aveva CTL specifici in entrambi i casi, ma nei siti mucosali erano presenti solo con
l’immunizzazione rettale. Quando poi i topi sono stati infettati per via rettale con un virus
che partava lo stesso Ag, il titolo virale era significativamente più basso con
l’immunizzazione rettale Risposta dell’ospite
Immunopatogenesi virale
Infatti sintomi di molte malattie sono la conseguenza dell’azione di citochine o
di una risposta immune troppo intensa. I sintomi tipici dell’influenza e di molte
altre infezioni virali sono il riultato dell’azione dell’IFN e di altre citochine
indotte dal virus.
L’interazione fra Ab e grandi quantità di virus presenti nel sangue può causare
malattie da immunocomplesso. L’esantema del morbillo e il danno tissutale
dell’epatite B sono il risultato della risposta immune cellulo-mediata.
Quello che può sembrare un paradosso riflette semplicemente
l’equilibrio dinamico fra virus e ospite:
Se la risposta immune elimina l’infezione distruggendo un piccolo
numero di cellule infettate, i sintomi sono assenti o molto lievi, e l’ospite
guarisce senza danni. e invece prima dall’attivazione immune sono
infettate un gran numero di cellule, la distruzione stessa delle cellule
infettate può causare gravi conseguenze.
Le risposte immunitarie che servono per difenderci, contenendo
ed eliminando l’infezione virale, a volte possono essere
responsabili della patologia
Risposta dell’ospite
Elusione virale delle risposte immunitarie - 1
Un fattore importante della virulenza di un virus è la sua capacità
di sfuggire all’eliminazione da parte del sistema immunitario
Risposta dell’ospite
Blocco della produzione V. influenzale Proteina NS1 lega dsRNA e lo rende
irriconoscibile a PKR
Elusione virale delle risposte immunitarie - 2
Risposta dell’ospite
Scoperta dell’interferone
Interferon
Virus
dell’influenza
inattivato al
calore
Virus
attivo
Fattore che “interferisce” con la replicazione virale, costituisce la
prima difesa attiva dell’organismo contro le infezioni virali, ha anche
azione antitumorale
Interferon Il sistema degli interferoni (IFNs)
è una delle più importanti difese
antivirali. Sono un gruppo di
proteine sintetizzate in risposta
all’infez. virale ed a altri stimoli.
Hanno un effetto transiente,
anche in presenza continua dello
stimolo induttore. Gli IFNs non
producono il loro effetto
direttamente, ma sono secreti sia
localmente che sistemicamente, ed
inducono le cellule a produrre
una serie di proteine (anche più di
1000) che causano molteplici
effetti (blocco replicazione virale,
inibizione crescita cellulare – specie
tumorale -, attivazione macrofagi,
linfociti, NK, upregolazione molecole
istocomptibilità, ecc.)
Interferon
caratteristiche dell’IFN
Gli IFNs sono specie-specifici, ma non virus specifici. Il loro effetto è limitato nel
tempo (1-2 giorni). Spesso sono responsabili dei sintomi aspeifici che associamo
alle malattie virali (febbre, dolori muscolari, malessere, ecc.)
Oltre che dai virus, gli IFNs
sono indotti da:
morganismi intracellulari (batteri, miceti, protozoi)
Attivatori dei TLRs o mitogeni
Polimeri sintetici (polifosfati, ecc.)
Antibiotici (es kanamicina)
vari composti sintetici a basso
PM
Interferon
Ci sono due tipi di IFN, fra loro non correlati, con funzioni diverse:
il tipo 1, antivirale, stimolato dall’infezione virale, viene prodotto da molti
tipi cellulari all’inizio dell’infezione, è può essere indotto anche da batteri e
parassiti; i più importanti sono a e b
il tipo 2, o IFN-g “immune” fa parte sia delle risposte innate che adattative,
è prodotto da linf T e NK, in risposta a citochine, soprattutto IL-12, ed
attiva la risposta immunitaria e aumenta il riconoscimento della cellula
infetta da parte dei linf T
Interferon
IFN umani ed alcune delle loro proprietà. IFN di tipo 1 di solito sono secreti in risposta ad
infezione virale. IFN tipo 2 è secreto da linf T e NK dopo stimolazione con IL-12 che, a sua
volta, è secreta da macrofagi e cellule dendritiche in seguito alla presentazione dell’Ag
Caratteristiche essenziali degli IFN
Interferon
Recentemente è stato scoperto IFN tipo III (IFN l), che usa recettori diversi da
quelli usati da tipo I e II, ma che ha, in parte, effetti simili al tipo I
Azione antivirale dell'interferone
Interferon
Gli IFNs di tipo 1 inducono oltre 1000 proteine (la cui funzione è per lo
più tuttora ignota), ed hanno molti effetti.
1) La 2-5A sintetizza delle adenine anomale, che attivano RNAsi che degradano l’mRNA.
2) PKR fosforila e inattiva eIF-2, un importante fattore di inizio ribosomiale.
Viene così bloccata la sintesi proteica (virale e cellulare)
Interferon
Anche se la cellula infettata muore per il blocco della sintesi proteica, l'infezione viene
bloccata. Logicamente, le cellule non infettate non vengono alterate, per l'assenza di
dsRNA (o altre molecole virali) in grado di attivare i due enzimi
I due principali (ma
non unici!) effetti
antivirali sono:
l’induzione di:
2’-5’ oligoadenilato
sintetasi
e di
protein chinasi R.
Interferon
Inoltre gli IFN agiscono anche attraverso le proteine Mx, un gruppo di
GTPasi che interferiscono con la replicazione virale in stadi diversi a
seconda della specie di virus.
es. v. influenza: Mx inibisce il trasporto verso il nucleo del complesso
ribonucleoproteico e la trascrizione,
v epatite B: Mx blocca l'uscita dell'mRNA dal nucleo
Gli IFNs inducono anche l’espressione di una particolare famiglia di
geni (ISG56: P56, P54, P60, ec.) che inibiscono le funzioni di eIF-3, un
importante fattore di inizio della traduzione
Aumentano anche l’espressione di molecole MHC di classe I, con
incremento della capacità della cellula di presentare l’antigene, e quindi
maggiore attività T citotossica
Pathway degli IFNs
Una via importante,
ma non esclusiva, è il
pathway JAK-STAT.
Il legame dell’IFN col
suo recettore causa
un segnale
intracellulare che
attiva una
tirosinkinasi (JAK), la
quale fosforila STAT
(un attivatore
trascrizionale) STAT
fosforilato migra nel
nucleo dove
promuove la
trascrizione di
specifici geni
IFN-g IFN-g è un modesto induttore di attività antivirale (10 volte meno potente degli
IFN a e b), ha un'azione più lente, ma è fondamentale nel potenziare diversi
meccanismi dell’immunità cellulo-mediata
Inoltre attiva le NK, favorisce la proliferazione di precursori linfocitari, attiva
fagocitosi e produzione di citochine
Interferon
Tutti gli IFN hanno azione
antiproliferativa, anche
antitumorale con diverse
applicazioni terapeutiche
Azione sequenziale degli IFNs
IFN-b, prodotto da cellule epiteliali e fibroblasti, diffonde
scarsamente dalla sede di produzione, e raggiunge facilmente alte
concentrazioni locali, efficaci nel proteggere le cellule vicine a
quella infettata. Se l’infezione progredisce e raggiunge il circolo,
può venire in contatto con i diversi tipi leucocitari che producono
IFN-a. IFN-a è molto diffusibile, raggiunge tutti gli organi e
contrasta efficacemente la diffusione dell’inf. Continuando
l’infezione, si attiva la risposta adattativa con la produzione di IFN-
g, che potenzia la risposta cellulo-mediata.
Interferon
Gli IFNs possono essere pericolosi
Interferon
Tutte le nostre cellule hanno recettori per IFN.
IFN inducono oltre 1000 geni, con azione potenzialmente dannosa
Hanno effetti fisiologici importanti: febbre, brividi, dolori muscolari,
malessere, ecc.
Qualsiasi infezione virale stimola la produzione di IFN, per cui i sintomi
influenzali sono così comuni
Riassumendo:
La protezione contro microorganismi infettanti che penetrano attraverso le barriere della
cute e delle membrane mucose è mediata da diversi meccanismi difensivi precoci, che
costituiscono l'immunità innata
Questi meccanismi intervengono più rapidamente, ma sono molto meno specifici rispetto ai
meccanismi adattativi
I meccanismi difensivi precoci comprendono risposte infiammatorie, il sistema del
complemento, gli interferoni, i fagociti, le cellule NK.
L'immunità adattativa impiega giorni/settimane a raggiungere il massimo dell'efficienza
ed è, generalmente, responsabile della guarigione dall'infezione
Nelle infezioni virali, di solito, l'immunità cellulo-mediata è responsabile della guarigione
ee gli anticorpi del mantenimento dell'immunità
La mancata guarigione può dipendere da deficienze dell'immunità dell'ospite o dalle
strategie di evasione dei microorganismi
Risposta dell'ospite
Risposta dell'ospite