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Inmunidad innata en infecciones parasitarias
Alvaro DíazCátedra de InmunologíaFacultad de Química/DepBio y Facultad de Ciencias/IQB
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
El sistema inmune innato constituye los “cimientos” del sistema inmune
Los PRRs canónicos: los TLR (con sus proteínas adaptadoras)
Dominio TIR
:
Respuestas de tipo 1
Macrófagos clásicamente activados
DC1s
Células Th1IFN-
Respuestas de tipo 2
Macrófagos alternativamente activados
DC2s
Eosinófilos, mastocitos, basófilos
Células Th2IL-4, IL-5, IL-9, IL-13 (IL-10)
IgE
Los perfiles de respuesta adaptativa
La decisión entre estos perfiles está determinada desde el sistema inmune innato
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
Las señales de “instrucción” y de “potenciación” no son todas iguales
Esta clase…
¿Cómo “ve” el sistema inmune innato a los parásitos?
• ¿Qué PAMPs?• ¿Qué PRRs?
• ¿Qué respuestas?
¿Existen PRR/PAMPs/respuestas comunes a los parásitos??¿O al menos comunes a los protozoarios, o a los helmintos??
Preguntas difíciles…
Puede ser mejor encararlas “ de arriba hacia abajo”:
Tipos de respuestas (incluyendo adaptativas)
Tipos de señales instructivas desde la inmunidad innata
PRRs y PAMPs
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
Antes de entrar de lleno en las preguntas…
¿Qué tienen en común los “parásitos”..?
nosotros
nosotrosVeámoslos en el árbol de la vida
Son todos eucariotas….
(pero también lo son los hongos, y los artrópodos ectoparásitos…)
Establecen infecciones crónicas, evadiendo la inmunidad…
(cosa que también hacen ciertas bacterias y hongos)
Son todos parásitos obligados (en contraste con los patógenos fúngicos)
Se replican por mitosis…si no se les controla, terminan con el hospedero
Han sin duda dejado una huella evolutiva importante sobre el sistema inmune
Empecemos por los protozoarios…
Tienen estadíos intracelulares, incluyendo intra-macrófago
Su control necesita de la activación (clásica) de macrófagos
Las respuestas contra protozoarios suelen ser de tipo 1
de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002)
Inmunización y reestimulación de esplenocitos in vitro
Y la protección contra infecciones por protozoarios depende de las respuestas de tipo 1
de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002)
Infección por T. gondii en
ratones
Se conocen PAMPs de protozoarios
Dan señales a través de TLRs e inducen respuestas de tipo 1
Anclas glicofosfaditil inositol de Trypanosoma, Leishmania, (Toxoplasma, Plasmodium) TLR2
Ceramidas con glicoinositol fosfolípido de Trypanosoma TLR4
Proteína Tc52 de Trypanosoma cruzi TLR2
Profilina de Toxoplasma y otros apicomplexa TLR11
Peroxiredoxina de Plasmodium TLR4
HSP70 de Toxoplasma TLR4
…………..
De Scanga et al (2002) J Immunol 168:5997
Como esperaríamos, el adaptador de TLRs más importante, MyD88, es esencial para la respuesta de tipo 1 y para la protección
Infección por T. gondii en
ratones
Thp
IL-6 + TGF
Th17IL-23R IL-23
RORt
IL-17, IL-17F, TNFIL-21
neutrophils
Y las respuestas Th17…………
Highly inflammatory macrophage phenotyhpes?
La respuesta Th17 es necesaria para protección frente a Toxoplasma gondii en ratones
De Kelly et al (2005) Infect Immun 73: 617
Pero por supuesto los protozoarios logran establecer infecciones crónicas…
La infección crónica por Leishmania es hecha posible por células T reguladoras (CD4+/CD25+) secretoras de IL-10
Ratones RAG-/- transplantados con células T y desafiados con el parásito. Cargas parasitarias a las 3.5 y 17 semanas
De Belkaid et al., Nature 420:502 (2002)
Las células T reguladoras expandidas en los sitios de infección por Leishmania son específicas para el parásito
Proliferación ex vivo de células
T, por CFSE
De Suffia et al., (2006) J Exp Med 203: 777
(sigue sin estar claro si estas Treg
son naturales o inducidas)
También hay regulación por IL-10 producidas por las propias células T efectoras (Leishmania)
Y de regulación por células T reguladoras FoxP3- (inducidas) (malaria)
En suma:
El reconocimiento de los protozoarios por TLR induce respuestas Th1 (y algo de Th17)
Pero estos parásitos consiguen superponerles diferentes respuestas
reguladoras
Deberíamos comenzar a preguntarnos cuáles son los determinantes innatos de las respuestas T reguladoras
(y también de las respuestas Th17…)
PATÓGENOS
RECONOCIMIENTO INNATO
RESPUESTAS INNATAS INDUCIDAS
RESPUESTAS ADAPTATIVAS
DEFENSAS INNATAS CONST.
PRRs
PAMPs
MECANISMOS EFECTORES
instrucciónpotenciación
.. 4 colores…
En general no se replican dentro de cada hospedero individual En general causan morbilidad más que mortalidad
Y ahora seguimos con los helmintos …
(otro hospedero)
Los estadíos infectantes de los helmintos causan al menos cierta respuesta inflamatoria
En cambio, los estadíos establecidos en general controlan la inflamación
Inflamación temprana: ¿mecanismos de reconocimiento?
Activación de complemento
¿TLRs..?
Las respuestas contra helmintos son de tipo 2
de Jankovic et al., Immunity 16:429 (2002)
Inmunización y reestimulación de esplenocitos in vitro
Ha habido sus dudas sobre la capacidad protectora de las respuestas de tipo 2…
El asunto está en cómo las definimos
Las respuestas de “tipo 2 modificadas”
filariasis
De Maizels et al., Immunol Rev 201:89 (2004)
IL-4
IL-10TGF-
IL-5, IL-13
Control de la inflamaciónInmunosupresión específica
Las células y moléculas responsables de la respuesta tipo 2 modificada
Células T reguladoras
IL-10
TGF-
CTLA-4
¿Células mieloides supresoras?
¿Células B-1…?
¿Otras ….?
De Wilson et al., J. Exp. Med. 202:1199 (2005)
Sensibilización con OVA o Derp-1, seguida de desafío intratraqueal con alergeno, en ratones control e infectados con H. polygirus
Tipo 2 modificado no es lo mismo que tipo 2
De Wilson et al., J. Exp. Med. 202:1199 (2005)
Citoquinas en lavado
broncoalveolar
Tipo 2 modificado no es lo mismo que tipo 2 (cont.)
La hipótesis de la higiene original (o un espacio monodimensional)
Tipo 1 Tipo 2alergiasInfecciones (bacterianas)
La infección por S. haematobium se correlaciona inversamente con la alergia
De van der Biggelaar et al., Lancet 356:1723 (2000)
Infecciones por helmintos
Tipo 1Tipo 1 Tipo 2Tipo 2
InflamatorioInflamatorio
RegulatorioRegulatorio
Autoinmunidad
Infecciones bacterianas agudas
Alergias
Infecciones crónicas por protozoarios y micobacterias
Fibrosis
La hipótesis de la higiene modificada(o un espacio bidimensional)
Thp
IL-6 + TGF
Th17IL-23R IL-23
RORt
IL-17, IL-17F, TNFIL-21
neutrophils
highly inflammatory macrophage phenotypes?
IFN
Th1
IL-12R IL-12T-betHlxIFN
LT
classically activated macrophages
IL-4
Th2
IL-4R
GATA-3C-Maf
IL-4IL-5IL-9IL-13IL-21IL-25
alternativelyactivated
macrophages
eosinophilsIL-10TGF-
Retinoic acid
Foxp3iTregTr1 nTreg
(expansion)
IL-10 TGF- Other mechanisms
“deactivated”/”suppressor”
macrophages?
Suppression of the other 3 response arms
Foxp3
Cargas parasitarias
La depleción de células Treg CD25+ favorece la eliminación del parásito, pero sólo junto con bloqueo de CTLA-4 o estimulación por GITR
De Taylor et al. 2005 J. Immunol. 174:4924 2007 J. Immunol. 179:4626
Las células T reguladoras permiten la infección crónica por un helminto
Infección por L. sigmodontis
Parecería que:
• Las respuestas de tipo 2 evolucionaron para controlar a los helmintos
• La capacidad de protección de las respuestas de tipo 2 suele estar escondida debajo de las fuertes respuestas reguladoras que inducen los gusanos
• Los helmintos han evolucionado en forma convergente a inducir respuestas reguladoras sobre el “fondo” de tipo 2
• Las respuestas reguladoras no se han seleccionado negativamente en los hospederos vertebrados debido a que son necesarias para las funciones “no inflamatorias” del sistema inmune
¿Cuáles son los PAMPs/PRR que determinan las respuestas de tipo 2?
¿Y las respuestas de tipo 2 modificadas?
Los alergenos con actividad proteolítica inducen respuestas de tipo 2 a través de los basófilos
De Sokol et al 2008 Nat Immunol 9:310
Basófilos en nódulo linfoide
luego de inoculación de
papaína
Respuesta Th2 a papaína (como
células que activan el gen de IL-4) en combinación con
depleción de basófilos
(Ac MAR-1)
Los basófilos producen IL-4 y TSLP en respuesta a papaína, que condicionan a las DC y/o a los linfocitos T
Y algunas actividades proteolíticas de helmintos también son señales de tipo 2
De O’Neil et al., Parasite Immunol 23:541 (2001)
Inmunización con extractos de B. pertussis (inductor de tipo 1) y de F. hepatica.
IFN- secretador por esplenocitos reestimulados con B. pertussis
¿Qué relación hay entre los TLRs y la instrucción de respuestas de tipo 2,
y de tipo 2 modificadas?
?
Dominio TIR
De Schnare et al., Nature Immunol. 2:947 (2001)
La hipótesis de la inducción de Th2 “por defecto”:Los KO en MyD88 siempre están sesgados hacia Th2
Inmunización con OVA en adyuvante completo de Freund
Citoquinas de células de ganglio reestimuladas con OVA
WT
MyD
88-/
-
WT
MyD
88-/
-
Inmunización con OVA en adyuvante completo de Freund
IgE antes y después de la inmunización
Sin embargo, tiene que haber señales positivas para la respuesta Th2
De Cervi et al., J. Immunol. 172:2016 (2004)
Un producto de filarias puede inhibir las respuestas de tipo 1 en forma dependiente de TLR4
Proteína (“ES-62”) con glicanos terminados en fosforilcolina
De Goodridge et al., J. Immunol. 174:284 (2005)
Macrófagos de médula ósea pretratados con IFN-
induce IL-10 de células B-1 hace madurar las DCs a DC2
Un lípido de Schistosoma, agonista de TLR2, induce respuestas reguladoras
De van der Kleij et al., J. Biol. Chem. 277:48122 (2002)
Células HEK 293 transfectadas con TLRs y sistema
reportero
DCs humanas maduradas en presencia y ausencia de lípido de Schistosoma, y co-cultivadas con céulas T, luego reestimuladas
Lisofosfatidilserina
Los ratones TLR2 KO infectados con S. mansoni
tienen respuestas reguladoras impedidas
WT TLR2 KO
Granuloma exacerbado
De Layland et al, EJI 37:2174
IFN-
IL-13
IL-10Células T de
ratones infectados,
estimuladas in vitro con células
presentadoras normales y SEA
Granuloma “normal”
En cambio:Los ratones MyD88 KO
infectados con S. mansoni tienen respuestas más
sesgadas a tipo 2(como se esperaría)
WT MyD88 KO
Granuloma algo más pequeño
De Layland et al, EJI 35:3248
IFN-
IL-4
IL-10
Células de bazo de ratones
infectados, estimuladas in vitro con SEA
Granuloma “normal”
Infecciones por helmintos
Tipo 1Tipo 1 Tipo 2Tipo 2
InflamatorioInflamatorio
RegulatorioRegulatorio
Autoinmunidad
Infecciones bacterianas agudas
Alergias
Infecciones crónicas por protozoarios y micobacterias
Fibrosis
MyD88 KOT
LR2 K
O
Por lo tanto:
Señalización por TLR2 ≠ señalización por MyD88 global
MyD88 induce siempre respuestas tipo 1
Los TLR inducen respuestas tipo 1 pero (alguno de ellos) también podría inducir, de forma independiente de MyD88, respuestas reguladoras (y quizás tipo 2) …
¿Pero cómo????
Dominio TIR
¿Vías de señalización de los TLRs aún no conocidas?
? ?
¿Señalización combinatoriacon otros PRRs?
Flagelina
TLR5
¿Hay PRR no TLR que participen en elreconocimiento de los helmintos?
Sí
La modulación de DC (en contra de la respuesta tipo 1) por antígeno soluble de huevo de Schistosoma (SEA) es
independiente de MyD88 (y de TLR2, TLR4)
Respuestas in vitro de DC WT y MyD88 KO estimuladas
con SEA y/o LPS (el LPS tiene efectos independientes
de MyD88)
WT MyD88 KO
De Kane et al IAI 2008 (en impresión)
Y la inducción de respuesta Th2 in vivo por SEA es independiente de TLR2 y TLR4
De Kane et al IAI 2008 (en impresión)
Inmunización con DC
pulsadas con SEA.
Respuestas ex-vivo de
esplenocitos reestimulados
con SEA
De: van Liempt et al 2007, Mol Immunol 44:2605
Varios receptores lectina tipo C interaccionan con SEA
La quitina induce respuestas asociadas con Th2 en forma independiente de TLR4 y MyD88
De Reese et al., Nature 2007 447:92
Eosinófilos en pulmón luego de quitina i.n.
(También hay respuestas Th17 por fragmentos de quitina, que dependen de TLR2 y MyD88)
Da Silva et al., 2008 JI 181:4279
No se conocen los receptores
Entonces:
- Las señales iniciales para Th2 son muy variadas: proteasas, glúcidos presentes en SEA, quitina ….
- Quizás los TLR tienen menos importancia para la Th2 que para la Th1 (y MyD88 señaliza siempre en contra de la Th2)
- Probablemente sean centrales en inducción de Th2 receptores no TLR, incluyendo lectinas tipo C, receptores activados por proteasas, y receptores (por ahora desconocidos) para quitina.
- TLR2, seguramente en combinación con receptores no TLR adecuados, puede señalizar para respuestas reguladoras. Y debe haber varios otros PRRs que induzcan respuestas reguladoras.
La idea del “embudo”:
BasófilosDC Mac B
RESPUESTA TIPO 2 MODIFICADA
HABRÍA MUCHOS, DIFERENTES, PAMPs DE HELMINTOS
QUE SE UNIRÍAN A UN CONJUNTO LIMITADO DE RECEPTORES
EXPRESADOS EN VARIOS TIPOS CELULARES
E INDUCIRÍAN UN TIPO RESPUESTA
+ ¿Eos, MC, PMN, ...?
¿TLRs, CLRs, PARs,...?
Entonces:• ¿Cómo “ve” el sistema inmune los parásitos?
• ¿Qué PAMPs?• ¿Qué PRRs?• ¿Qué respuestas?
• ¿Hay PRR/PAMPs/respuestas comunes a los parásitos?• ¿O al menos comunes a los protozoarios, y por otro lado, comunes a
los gusanos?
Las respuestas:
Comunes a todos los parásitos: Respuestas reguladoras/anti-inflamatorias (en común con los
demás patógenos que establecen infecciones crónicas)
Comunes a los protozoarios: Respuestas de tipo 1, modificadas por respuestas reguladoras
Comunes a los helmintos:Respuestas de tipo 2, modificadas por respuestas reguladoras
Los PRRs
Comunes a todos los parásitos:
Puede ser que los TLRs respondan a PAMPs de todos los tipos de parásitos, así como de los patógenos bacterianos, fúngicos y virales
Es probable que los PRRs que instruyen respuestas reguladoras tengan ligandos en todos los patógenos que dan infecciones crónicas
Comunes a los helmintos:
Podría haber PRRs que instruyan respuestas de tipo 2...
Probablemente lectinas tipo C y receptores activados por proteasas
(pero estos PRR también responden a hongos y a otros patógenos)
Los PAMPs
Probablemente sean extremadamente variados, y compartidos sólo entre grupos cercanos de parásitos.
El reconocimiento de PAMPs variados quizás sea canalizado “en forma de embudo” a través de un número limitado de PRRs
Los perfiles de respuesta siguen líneas funcionales, y no filogenéticas
Tipo 1 Tipo 2
La capacidad de inducir respuestas reguladoras seguramente surgió varias veces en la evolución
Tipo 1 Tipo 2
RegulatorioInflamatorio/Th17
FINFIN
PENSAR QUE SOY “TIPO 2”…
