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SEIMC, Bilbao, 2012 Replicación del Citomegalovirus (CMV) y dinámica de la respuesta inmunitaria frente al virus en el paciente trasplantado David Navarro Servicio de Microbiología Hospital Clínico Universitario. Departamento de Microbiología, Facultad de Medicina, Valencia.

Replicación*del*Citomegalovirus*(CMV)*y*dinámica*de*la ... · Quinnan et al. N Engl J Med, 1982 Reusser et al. Blood, 1991 Riddell et al. Science, 1992 Li et al.Blood, 1994 Walter

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SEIMC, Bilbao, 2012

Replicación  del  Citomegalovirus  (CMV)  y  dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al  virus  en  el  paciente  trasplantado  

                           David  Navarro    Servicio  de  Microbiología  Hospital  Clínico  Universitario.  Departamento  de  

Microbiología,  Facultad  de  Medicina,  Valencia.  

 Replicación  del  CMV  y  dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al  virus  en  el  paciente  trasplantado  

SEIMC, Bilbao, 2012

• Implicaciones  patogénicas  de  la  ciné@ca  replica@va,  variabilidad  y  complejidad  genómicas  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado    • Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  en  el  paciente  trasplantado      • Ciné@ca  de  las  respuestas  T  y  NK  frente  al  CMV  durante  los  episodios  de  replicación  viral  en  el  Alo-­‐TPH  

• Rate of increase in CMV load in the blood of 18 bone marrow transplant recipients after allogeneic transplantation

J  Exp  Med  1999;190:177-­‐182  

 Ciné@ca  replica@va  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

dt:  median  1.5  days  (0.38-­‐4.7)  

SEIMC, Bilbao, 2012

TPH  

 Ciné@ca  replica@va  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

SEIMC, Bilbao, 2012

dt:  median  1.72  days  (0.60-­‐12.8)  

Type  of  episode0   Doubling  @me  (dt)  

Treated  episodes   2.18  (1.04-­‐8.65)  

Type  A  episodes  (rapid  response)   4.45  (1.20-­‐8.76)  

Type  B  episodes  (delayed  response)   2.01  (1.04-­‐3.10)  

M/DCs    

Fibroblasts  Endothelial  cells  Epithelial  cells  

 Ciné@ca  replica@va  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

Virus   Dissemina@on   Doubling  @me  (dt)  

Intracellular  delay  

R0  

CMV   Cell-­‐associated  virions   1-­‐3  d   18  h   0.83-­‐1.5  

HCV   Cell-­‐free  virions   0.4-­‐1.5  d   6-­‐12  h   >2.2  

Low-­‐level    non-­‐ly@c  replica@on  

High-­‐level    ly@c  replica@on  Long  intracellular-­‐delay  

High-­‐level    ly@c  replica@on  Short  intracellular-­‐delay  

Funk  et  al.,  Lancet  Infect  Dis,  2007  

 Ciné@ca  replica@va  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

SEIMC, Bilbao, 2012

Factores  dependientes  del  virus  

 Amplia  variabilidad  en  la  ciné@ca  replica@va  del  CMV  

• ¿Virulencia  específica  de  cepa?  • Complejidad  genómica  viral  

Factores  dependientes  del  hospedador  

• Ciné@ca  de  la  respuesta  inmunitaria  

 Variabilidad  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

SEIMC, Bilbao, 2012

gps  (UL55,UL73,UL74,  UL139)  TNF-­‐α  receptor  (UL144)  α-­‐Chemokines  (UL33,  UL  146-­‐147)  Puta@ve  gps  (UL4-­‐UL11)  

235  Kb  165  ORF  45  ORF  esenciales  

SEIMC, Bilbao, 2012

•   No  existe  una  asociación  consistente  entre  geno@pos    y  patogenicidad  

•   Geno@pos  gB,  gN,  gH,  UL144//ciné@ca  replica@va  del  CMV  y  riesgo  de  enfermedad  orgánica  en  TPX  

• Geno@pificación  no  es@ma  con  precisión  la  diversidad    del  CMV  • No  hay  estudios  de  segregación  de  polimorfismos  (polymorphisms  linkage)  

Secuenciación  del  genoma  completo  necesaria  en  estudios  de  patogenicidad  

 Variabilidad  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

High  throughput  or  ultra-­‐deep  sequencing  methods  

Trans-­‐complementa@on  within  co-­‐infected  cells  increases  virus  fitness  and  pathogenic  poten@al  

SEIMC, Bilbao, 2012

Mixed  infec@on  (genotypes)  as  a  marker  for  pathogenicity  

Do  mixed  infec@ons      “challenge”  the  immune  system?  

 Complejidad  genómica  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

SEIMC, Bilbao, 2012

D+/R+  >  D+/R-­‐  

 Complejidad  genómica  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

Kidney:  186  Heart:  19  Liver:  19  Lung:  15  

SEIMC, Bilbao, 2012

• Complejidad  genómica  no  inferible  por    métodos  convencionales  de  geno@pificación  

 Complejidad  genómica  del  CMV  en  el  paciente  trasplantado  

Detectan    variantes  presentes  en  frecuencias  entre    0,1-­‐5%  

Detectan  variantes  presentes  en  frecuencias  >5-­‐10%  

Quinnan et al. N Engl J Med, 1982 Reusser et al. Blood, 1991 Riddell et al. Science, 1992 Li et al. Blood, 1994 Walter et al. N Engl J Med,1995

Evidences  based  on  studies  employing  CTL  assays  

Func@onal  CD8+  T-­‐cell    responses  protect  against  CMV  viremia  and  CMV  end-­‐organ  disease    Adop@ve  transfer  of  CMV-­‐specific  CD8+  T  cells  protects  from  CMV  end-­‐organ  disease  and  mediates  resolu@on  of  episodes  of  CMV  replica@on  refractory  to  an@viral  therapy    

Evidences  based  on  studies  using  Tetramer  /ELISPOT/ICS  assays  

Cwynarski et al. Blood, 2001 Aubert et al. J Infect Dis 2001 Hebart et al. Blood, 2002 Ohnishi et al. Br J Hematol, 2005 Lacey et al. J Infect Dis 2006 Lilleri et al Haematologica, 2008

Evidences  based  on  adop@ve  T-­‐cell  transfer  treatments  

Koehne et al. Blood, 2000 Szmania et al. Blood, 2001 Kondo et al. J Immunol, 2002 Kleihauer et al Br J Haematol, 2001 Vannucchi et al. Br J Haematol, 2001 Peggs et al, Blood, 2001 Keenan et al. Br J Haematol, 2001 Rauser et al. Blood, 2004 Cobbold et al J Exp Med, 2005 Micklehwaite et al. Biol Blood Marrow Transplant, 2007 Zhong et al. Plos ONE, 2008

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  

CD8+  T  cells  are  cri@cal  in  the  control  of  CMV  infec@on  in  the  TPX  semng  

RLLQTGIHV  

NLVPMVATV  LMNGQQIFL  RIFAELEGV  ILARNLVPM  

IGDQYVKVY  TVQGQKLEY  

YSEHPTFTSQY  

40  epitopes  restricted  by  HLA-­‐  A    (1,2,24,11,68)  HLA-­‐B  (7,15,40,44,51,35,38,51,52)  HLA-­‐Cw  (1,4,8,12,15)  

pp65  

HLA-­‐  A2  

HLA-­‐  A1  

SLLSEFCRV  VLAELVKQI  VLEETSVML  

YILEETSVM  CLQNALDIL  YIGADPLRV  

IKEHMLKKY  DEEEAIVAY  CVETMCNEY  

15  epitopes  restricted  by  HLA  –A  (1,2,23,24,)  HLA-­‐B    (7,8,27)  

IE-­‐1  

CD8+  T-­‐cell  responses  to  pp65  (UL83)  and  IE-­‐1  (UL123)    are    immunodominant  and  confer  protec@on  against  CMV  infec@on  

McLaughlin-Taylor et al. J Med Virol ,1994 Wills et al. J Virol ,1996 Kern et al. J Virol ,1999 Kern et al. J Infect Dis, 2002 Sylwester et al. J Exp Med, 2005

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  

Indirect:  crucial  for  adequate  ac@va@on  and  expansion  of  CD8+  T  cells    

Direct:  lysis  of  CMV-­‐infected  cells  expressing  HLA-­‐II  molecules    

Li  et  al.  Blood  ,1994    Walter  et  al.  N  Engl  J  Med,  1995    Krause  et  al.  Bone  Marrow  Transplant,  1997    Aubert  et  al.  J  Infect  Dis,  2001    Hebart  et  al.  Blood,  2002    Einsele  et  al.  Blood,  2002    

IFN-­‐γ  

At  least,  60%  of  the  CMV  proteome  is  targeted  by  CD4+  T  cells  Sylwester et al. J Exp Med, 2005

IE  (10%)/E  (20%)/L  (70%)  

Frec

uenc

y (%

)

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  

gB pp65

CD4+  T  cells  are  cri@cal  in  the  control  of  CMV  infec@on  in  the  TPX  semng  

Autores   Recuento/feno@po   Ensayo   Anpgeno   Protección  

Cwynarski  et  al.    Blood,  2001   >10/µL   Tetrámeros   pp65  495-­‐503  (A02)  pp65  417-­‐426  (B07)  

DNAemia/  Andgenemia/E.O.  

Aubert  et  al.  JID,  2001    Hassan-­‐Walker  et  al.  JID,  2001  

≥20/µL     Tetrámeros   pp65  495-­‐503  (A02)   DNAemia  

Hebart  et  al.  Blood  ,2002   >5/µL     IFN  γELISPOT  /ICS  

pp65  varios  pépddos  (A01/A02/B07)  

DNAemia    

Ohnishi  et  al.  BJH  ,  2005   >10/µL    

>1/µL    Tetrámeros  IFN  γELISPOT  

pp65  495-­‐503  (A02)  pp65  varios  pépddos  

Andgenemia  

Lilleri  et  al.  Haematologica,  2008  

>3/µL     IFNγ/TNFα  ICS   Células  dendrídcas  Infectadas  VR1814  

DNAemia/  Andgenemia  

Solano  et  al  Haematologica,  2008  Tormo  et  al.  BMT,  2009  Tormo  et  al.  BBMT,2009  Tormo  et  al.  J  Med  Virol,  2010  Tormo  et  al.,  BMT,  2011  

>1/µL    

 IFNγ  ICS   Pepmix  pp65+IE-­‐1   DNAemia/  

Andgenemia  

Moins-­‐Teisserenc  et    al.  JID  ,  2008  

>1/µL  T  CD8+/  CD27-­‐/CD28-­‐/CD45RA+  

 

Tetrámeros+IFNγ  ICS/fenodpo  membrana    

pp65  495-­‐503  (A02)  pp65  417-­‐426  (B07)    

DNAemia  

Solano  y  Navarro,  Future  Virology,  2010   SEIMC,  Bilbao,  2012  

Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  

Valores  umbral  T  CD8+  que  confieren  protección  frente  al  CMV  en  TPH  

PPV:100%  NPV:65%  

Solano  y  Navarro,  Future  Virology,  2010  

Autores   Recuento/  feno@po  

Ensayo   Anpgeno   Protección  

 Lilleri  et  al.    Haematologica,  2008  

 >1/µL    

 IFNγ/TNFα  ICS  

 Células  dendrídcas  Infectadas  VR1814  

 DNAemia/  Andgenemia  

Solano  et  al.  Haematologica,  2008  Tormo  et  al.  BMT,  2009  Tormo  et  al.  J  Med  Virol,  2010  Tormo  et  al.,  BMT,  2011  

>1,2/µL     IFNγ  ICS   Pepmix    pp65+IE-­‐1  

DNAemia/  Andgenemia  

Valores  umbral  T  CD4+  que  confieren  protección  frente  al  CMV  en  TPH  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  

PPV:100%  NPV:60%  

T r a s p l a n t e / C M V  receptor  

Método   Población  T   Anpgeno   Protección  frente  

Referencia  

Corazón/Pulmón/+   ICS   CD8+  IFNγ   p é p d d o s  solapados  IE-­‐1  

Enfermedad  orgánica    

Bunde  et  al.,  2005  

C o r a z ó n / P u lm ó n /    Riñón/+  

ICS   CD8+  IFNγ  0.4  cel/µL  

C é l u l a s  d e n d r í d c a s  i n f e c t a d a s  CMV-­‐VR1814  

I n f e c c i ó n  acdva  

Gerna,  et  al.,  2006;  Lilleri  et  

al.,  2007  

Hígado/  +  o  -­‐   ICS   CD8+  IFNγ   P é p d d o s  solapados  pp65  

I n f e c c i ó n  acdva  

Nebbia  et  al.,  2008  

Riñón/+  o  -­‐   ICS    TET  

CD8+IFNγ  CD8+  

P é p d d o s  solapados  pp65  Pépddo  NLV  

I n f e c c i ó n  acdva  

Maoes  et  al.,  2008  

Pulmón/+   Quan@ferónCMV   CD8+IFNγ   P é p d d o s  (pp65/IE-­‐1/gB/pp50)  

I n f e c c i ó n  acdva  

Westall  et  al.,  2008  

Pulmón/Riñón/Hígado/  Páncreas/+  o  -­‐  

Quan@ferón  CMV   CD8+IFNγ   P é p d d o s  (pp65/IE-­‐1/gB/pp50)  

Enfermedad  orgánica  

Kumar  et  al.,  2009  

Riñón/Corazón/    Pulmón/+  o  -­‐  

ELISPOT   CD8+IFNγ   P é p d d o s  solapados  pp65  

S í n d r o m e  C M V /  Enfermedad  orgánica  

Crough  et  al.,  2007  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Marcadores  inmunológicos  de  protección  frente  al  CMV  en  TOS  

UCL, March 2012

Kinedcs  of  CMV-­‐specific  T  cells  during  episodes  of  acdve  CMV  infecdon  in  TPH  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

pepmix  pp65  and  IE-­‐1  (1  µg/mL/pep@de)  +  CD28/CD49d    

Staining  (CD3+/CD4+    or  CD8+/CD69+/IFNγ+)  

ICS  

UCL, March 2012

• La dinámica de expansión de T CD8+ y T CD4+ frente a pp65/IE-1 determina la cinética replicativa del CMV en el Alo-TPH

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

• 24  episodes  (14  A  and  10  B)  •   Median,  46  days  (24-­‐310)    • 16  Inidal  and  6  relapsing  

9  days   10.5  days  

Type  A   Type  B  

16.5  days   13.5  days  

12-fold increase 6.8-fold increase

Tormo  et  al.,  BMT,  2010  

Immunological  monitoring  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Cor@costeroid  therapy  (2  mg/Kg/day)  Lack  of  control  during  the  study  period  

Eventual  control  of  ac@ve  CMV  infec@on  

Eventual  control  of  ac@ve  CMV  infec@on  

Type  B  episodes  

CMV  DNAemia  clearance  

CMV  DNAemia  clearance  

Persistent  CMV  DNAemia  

T-­‐cell  expansion  

T-­‐cell  expansion  

Tormo  et  al.,  BMT,  2010  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Lack  of  consistent  T-­‐cell  expansion  

Clearance  of  CMV  DNAemia  without  therapeu@c  interven@on  in  Allo-­‐SCT  depends  on  the    expansion  of  func@onal  CMV-­‐specific  CD8+  T  cells  above  the  protec@ve  threshold  (1  cell/μL)  

UCL, March 2012 Solano et al., Transplantation, 2011

Recurrent

Recurrent

Initial

Initial

+14  

+22  

+15  

+12  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Clearance  of  CMV  DNAemia  with  therapeu@c  interven@on  (pre-­‐emp@ve  therapy)  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Rapid  expansion    above  protec@ve  thresholds  (>1  cell/μL)  within  the  first    week  aver  ini@a@on  of  pre-­‐emp@ve  an@viral  therapy  

0 7 32 61 78 85 92

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Day  aqer  initadon  of  pre-­‐empdve  therapy  

cells

/µL

Interrrupdon  P-­‐T  

Early  and  late  episodes  

First  detected  response  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Delayed  expansion  above  protec@ve  thresholds  (>1  cell/μL)  associated  with  resolu@on  of  ac@ve  CMV  infec@on  

Day after initation of pre-emptive therapy

cells

/µL

0 7 14 21 28 33 47 51 56 64 70 74 78 83 90 94 101

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

Interruption P-T

CM

V D

Aem

ia (copies/mL)

GvHD  

GvHD  

Early  episodes  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Inconsistent  or  lack  of  expansion  above  protec@ve  levels  thresholds  (>1  cell/μL)    are  associated  with  persistent  CMV  DNAemia  

Day  aqer  initadon  of  pre-­‐empdve  therapy  

cells

/µL

CM

V D

Aem

ia (copies/mL)

0 7 14 20 25 32 50 80 90 97

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

GvHD

GvHD

GvHD

NO  emergence  of  Ganciclovir  –resistant  strains  during  therapy  

Early  and  late  episodes  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Lacey  et  al.,  JID,  2006  Zhou  et  al..,  Blood,  2009  Makadonas  et  al.,  2010  

Analysis  of    kine@cs  of  polyfunc@onal  CD8+  T  cells  during  episodes  of    ac@ve  CMV  infec@on  

Monofunc@onal    IFN-­‐γ    TNF-­‐α    CD107a  

Bifunc@onal    IFN-­‐γ/  TNF-­‐α    IFN-­‐γ/CD107a    TNF-­‐α/CD107a  

Trifunc@onal    IFN-­‐γ/  TNF-­‐α//CD107a  

IFN-­‐γ  CD4  T  cells  

pp65/IE-­‐1   Ga@ng  strategy  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

*Within  72  h.  following  detecdon  of  CMV  DNAemia  

*

*

*

*

*

Self-­‐resolved  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

No  consistent  expansion  of  any  subset  was  observed  in  unresolved  episodes    

Resolved    aqer  treatment  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

c  

NCR (NKp30,44,46)

KIR

2D S

3D L

ILT (LIR,CD85)

NKG/CD94

CD3/FCRIγ ITIM ITAM

ITIM

ITIM ITAM

ACT ACT/INH INH ACT:NKG2C/D INH:NKG2A

SEIMC,  Bilbao,  2012  

NK  cells  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

CD3- CD16- / CD56+++ NKG2C+

CD3- CD16+ CD56+/- NKG2C+

An@viral  cytokines  (IFN-­‐γ)  

Cytotoxic  poten@al  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

≥4-fold increase

Self-resolving

Treated

No  expansion  in  non-­‐resolved    episodes  

Muñoz-­‐Cobo  et  al.  J.  Med.  Virol.,  2012   SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

1  

2  

3  

UCL, March 2012

Demonstrates expansion of NK cells during episodes of CMV DNAemia

Expansion of NKG2C+ NK cells producing IFN-γ and expressing self-KIR inhibitory receptors

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

DC

IFN-γ

IL-12

Robbins et al., 2007

IFN-α/β

Th1

DC/MΦ

TCD8 pDC

NK

DC/NK  “crosstalk”  Correladon  between  NKG2C+  NK  cells  and  IFN-­‐γ/TNF-­‐α/CD107a  CD8+  T  cells  (Muñoz-­‐Cobo  et  al.,  J  Med  Virol,  2012)  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

Conclusions  

• Definidve   control   of   episodes  of   CMV   replicadon  either   treated  with   andvirals   or   untreated   is   uldmately  dependent  on  the  consistent  expansion  (above  1.0  cell/µL)  of  pp65  and  IE-­‐1  IFN-­‐γ-­‐  producing  CD8+  and  CD4+  T  cells  

SEIMC,  Bilbao,  2012  

Dinámica  de  la  respuesta  inmunitaria  frente  al    CMV  

• Resoludon  of  early  and  late  episodes  of  CMV  DNAemia  in  the  absence  of  andviral  treatment  is  associated  with  a  consistent  expansion  of  both  mono  and  polyfuncdonal  CD8 +  T  cells  

• Resoludon  of  episodes  of  CMV  DNAemia  treated  with  andvirals  is  associated  with  disdnct  funcdonal  paoerns  of  expanding  CD8+  T  cells  

• Expansion  of  muldfuncdonal  CD8+  T  cells  depends  on  adequate  expansion  of    cognate  andgen  CD4 +  T  cells  

• Expansion  of  NKG2C  cells  is  associated  with  resoludon  of  either  treated  or  untreated  episodes  of  acdve  CMV  infecdon  and  may  promote  the  expansion  of  polyfuncdonal  CMV-­‐specific  CD8+  T  cells  

TPH  

Nuria  Tormo  M.  Aª  Clari  Isana  Benet  Carlos  Solano  Mª  José  Remigia  Paula  Amat  Elisa  Costa  Dayana  Bravo  Beatriz  Muñoz-­‐Cobo  

Rafael  de  la  Cámara  Ana  García-­‐Noblejas  Laura  Cardeñoso  

Javier  López  

José  B.  Nieto  

SEIMC,  Bilbao,  2012