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 2010 Bases Inmunológicas, Bioquímicas y Moleculares del Parasitismo

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

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

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

T IL-2 Efectos autócrinos Efectos parácrinos locales B T

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

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

Parásito Intracelular Parásito Extracelular Th1 Th2 Infecciones parasitarias inducen respuestas polarizadas

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 polarizadas Th1 o Th2

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

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 vías y redes regulatorias que llevan al desarrollo de una determinado subset de células T-CD4+

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

La polarización de los subsets de células T esta acompañada por cambios en reguladores transcripcionales claves 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. Se requieren cambios en la estructura de la cromatina para hacer que los genes específicos de las citoquinas sean accesibles a los factores transcripcionales

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

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

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

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

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

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

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

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

Señales que guían la diferenciación Th2

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

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

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

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

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

- 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

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

TGF-  IL-6 Th17 STAT-3 IL-17 Bacterias extracelulares Autoinmunidad 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

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

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

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

Gusanos parásitos Nematodes Plathelmintos Trematodes Cestodes Ascaridas Filarias Parásitos Helmintos

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

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

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

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

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)

Infecciones experimentales

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 polarizadas Th1 o Th2

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)

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.

Nipostrongylus brasiliensis Expulsión del parasito a : dosis estandar 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)

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

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.

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).

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 ???? O es la falta de suficientes moléculas que guíen la diferenciación Th1, y por defecto, se induce una respuesta Th2? ??

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

PAMPs TLRs MHC II-p TCR B7-CD28 CD40-CD40L IL-12R Modelo del desarrollo de las células Th1

MHC II-p -TCR B7 – CD28 OX40L – OX40 IL-4 R Modelo del desarrollo de las células Th2

Reguladoras de la respuesta inmune Inflamación patológica Protección/susceptibilidad a infecciones por parásitos? Control inflamación (Th1 o Th17) Protección/susceptibilidad a infecciones por parásitos? Inflamación patológica

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 con protección, con la patología o a mecanismos inmunomoduladores del parásito