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Sylvia Dematteis Cátedra de Inmunología Dpto. de Biociencias Facultad de Química Modulación de la respuesta de las células T-CD4 + en las infecciones por.

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1 Sylvia Dematteis Cátedra de Inmunología Dpto. de Biociencias Facultad de Química Modulación de la respuesta de las células T-CD4 + en las infecciones por parásitos Unidad de Biología Parasitaria 2008 Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo

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

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 T IL-2 Efectos autócrinos Efectos parácrinos locales B T

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

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 Parásito Intracelular Parásito Extracelular Th1 Th2 Infecciones parasitarias inducen respuestas polarizadas

9 Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas de citoquinas tipo Th1 / tipo 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 C57Bl/6 C3H Balb/c CBA Resistentes Susceptibles Características genéticas del hospedador Th1 Th2

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

12 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 - Citoquinas (DC y otras células) - nivel de estimulación por el TCR - tipo de señales co-estimuladoras

13 Cambios epigenéticos Adaptado de Murphy, 2002

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 En T-CD4 + vírgenes están a niveles basales bajos.

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

16 NFAT: nuclear factor of activated T cells; STAT: signal transducer and activator of transcription; T-bet: T-box expressed in T cells Señales que llevan a la diferenciación Th1 Induce IL-12R 2 e IFN- inducido por STAT1 induce IL-12R 2 e IFN- activo une GATA-3 y lo secuestra Adaptado de Rautajoki, 2008

17 La diferenciación Th1 está mediada por T-bet T-bet: inducido por STAT1 induce IL-12R 2 e IFN- activo une GATA-3 y lo secuestra Induce: IL-12R 2 e IFN-

18 Señales que guían la diferenciación Th1 Adaptado de Weaver, 2007

19 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 e IL-18 (STAT4) estabilizan el fenotipo

20 Th1 T-CD4+ vírgen Ag IFN Célula B Ag IgG2a, IgG3 opsonizan, fijan complemento Mecanismos efectores activados por células Th1 Opsonización y fagocitosis IFN Activación de macrófagos IL-2, IFN T-CD8+ virgen Ag T-CD8+ citotóxica

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

22 NFAT: nuclear factor of activated T cells; STAT: signal transducer and activator of transcription; Señales que dirigen la diferenciación Th2 Induce GATA3 Potencia transcripción en locus citoquinas Th2 Inhibe expresión de STAT4 Adaptado de Rautajoki, 2008

23 La diferenciación Th2 está mediada por GATA3 Induce GATA3 Potencia transcripción en locus citoquinas Th2 Inhibe expresión de STAT4

24 Adaptado de Weaver, 2007

25 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

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

27 Th1 Th2 IL-4 IL-10 IFN Promueve la diferenciación Th1 + + Inhibe la proliferación Th2 _ _ Inhibe la activación Th1 _ _ Promueve la diferenciación Th2 + + Interregulación negativa entre subpoblaciones Th1 y Th2

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

29 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.

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

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32 Th1 Th2 IL-4 IL-10 IFN Promueve la diferenciación Th1 + + Inhibe la proliferación Th2 _ _ Inhibe la activación Th1 _ _ Promueve la diferenciación Th2 + + Interregulación negativa entre subpoblaciones Th1 y Th2

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

34 El desarrollo de Schistosomiasis murina severa se correlaciona con altos niveles de IL-17 Es la primera evidencia del rol patogénico de Th17 en enfermedades parasitarias

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

36 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 Adaptado de Weaver, 2007

38 TGF DCreg TGF - inducción de T-reg en la periferia -secretado por Treg para limitar el desarrollo y función de las poblaciones Th efectoras: -Th1 y 2 (Th17??) Homeostásis: TGF IL-6 Interrelación con T-reg

39 HOMEOSTASIS TGF Treg INFLAMACIÓN TGF Th17 En respuesta a una infección: IL-6 dispara las respuestas Th17 IL-6 inhibe la expresión de FoxP3

40 Infección tardía – reclutamiento de Th1/Th2 - inhibición de Th17 (IFN o IL-4): ( Treg/ Th17) T-reg dependientes de TGF- vuelven a dominar: HOMEOSTASIS Resolución de la infección IFN

41 Th1 Th2 Th17 T-reg IFN- IL-4 IL-17 IL-10 IL-6 IL-4 IFN- TGF- Interregulación entre las diferentes subpoblaciones de células T-CD4+

42 Gusanos parásitos Nematodes Plathelmintos Trematodes Cestodes Ascaridas Filarias Parásitos Helmintos

43 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

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

45 Inmunobiología de estos parásitos observaciones conservadas entre todas las especies: 1.- las infeccciones con estos parásitos inducen una respuesta de citoquinas tipo Th 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

46 El resultado de estas observaciones: la infección por helmintos Fenotipo tipo Th2 Rol en la protección??

47 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)

48 Infecciones experimentales (modelo ratón)

49 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 Características del sistema hospedador-parásito condicionan la inducción y el establecimiento de respuestas de citoquinas tipo Th1 / tipo Th2

50 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)

51 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 Balb/c o C57Bl/6 Infección crónica Inducción de T-reg.

52 Nipostrongylus brasiliensis Es de corta vida en la dosis estandar usada (alta) Estimula una fuerte respuesta Th2, protectora Sin embargo a dosis bajas, induce una infección crónica Nipostrogylus brasiliensis Todas las cepas Fuertes respuestas Th2 (a dosis alta: expulsión a dosis bajas: cronicidad)

53 Trichuris muris La suceptibilidad está asociada con una fuerte respuesta Th1. Los ratones fallan en desarrollar una respuesta Th2 Desarrollan una infección crónica con fuertes respuestas Th1 Trichuris muris AKR Inducción de respuestas Th1 que favorecen la cronicidad de la infección

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

55 NES induce una respuesta tipo Th2 sin el requerimiento del parásito vivo. Genera una respuesta tipo Th2, ya sea si es administrado soluble o en adjuvante completo de Freund (el cual normalmente favorece respuestas Th1). la respuesta tipo Th2, en esta parasitosis, no se da simplemente por defecto de una respuesta tipo Th1

56 Características de la respuesta tipo Th2 en este sistema: Utilizando diferentes aproximaciones experimentales (ej. ratones deficientes en células B, knockout IL-5, etc.) -Eosinófilos -Células T-NK -Células B NO tienen un rol central en la iniciación de la respuesta tipo Th2 en esta parasitosis.

57 IL- 4 por si misma tampoco sería escencial para iniciar una respuesta Th2 (ej. knockout en IL-4R) Otras señales serían necesarias para iniciar la diferenciación Th2.

58 Si bien NES comparte algunas características con antígenos de otros helmintos, tiene muchas diferencias importantes Diferentes parásitos han desarrollado diferentes mecanismos que producen un efecto similar

59 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.

60 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 CD80 y CD86 (coestimuladores).

61 Cómo las DCs inducen respuestas Th2 es más controversial: Hay una particular secreción de citoquinas junto con ligandos de superficie que las DCs expresan para iniciar una respuesta Th2? O es la falta de suficientes moléculas que guien la diferenciación Th1, y por defecto, se induce una respuesta Th2?

62 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

63 Modelo del desarrollo de las células Th1 / Th2

64 Tanto para la diferenciación Th1 o Th2 el antígeno es presentado por DCs a las células TCD4+ virgenes. Interacción de moléculas coestimuladoras: CD40-CD40L, OX40-OX40L, CD80-CTLA4/CD28 citoquinas del microambiente promueven : diferenciación a Th1 secretoras de IFN- o la diferenciación células Th2 secretoras de IL-4.

65 Se ha propuesto que diferentes subpoblaciones de DCs denominadas DC1s y DC2s podrían dirigir las vías de diferenciación Th1 / Th2 (A)Ciertos patógenos o patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs) dispararían a la APC a través de Toll-like receptors (TLRs) a secretar IL-12 la cual induciría la diferenciación Th1. Señales de traducción y activación de factores de transcripción como (STAT 4) y STAT 1 son activados por la IL-12 y el IFN- respectivamente. T-bet, es un factor de transcripción específico del linage Th1

66 (B) En el desarrollo Th2, la inhabilidad del antígeno de activar DCs a producir IL-12, resultaría en una vía por defecto de la diferenciación Th2. Además, el antígeno o el microambiente específico del tejido puede activar a las DCs a producir IL- 4 o IL-10, las cuales podrían guiar la diferenciación Th2. STAT 6 es activado especialmente por la unión al IL- 4R. El factor de transcripción, linaje específico Th2, GATA 3 se une a sitios de unión GATA (AGATG).

67 Th2-cell functions during helminth infection Adaptado de Anthony, 2007

68 Protective Th2-type response during intestinal nematode infection Adaptado de Anthony, 2007

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

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