Inmunidad frente a Bacterias intracelulares

1. 1 Inmunidad frente a Bacterias intracelulares Alfredo Prieto Mart�n Coordinador del programa de doctorado en Inmunolog�a de la UAH Menci�n de calidad del MECD. Universidad de Alcal� alfredo.prieto@uah.es http://www.alfredoprieto.tk http://www2.uah.es/problembasedlearning/

2. 2 Bacterias intracelulares Coexisten con las c�lulas que infectan abusan de ellas pero sin eliminarlasCoexisten con las c�lulas que infectan abusan de ellas pero sin eliminarlas

3. 3 Infecciones por bacterias intracelulares Afectan a especies especificas Entrada Mordiscos de insectos Ritketsia Mucosa respiratoria M tuberculosis y Legionella pneumophilla Mucosa intestinal Salmonella enterica y Listeria monocytogenes Incubaci�n suele ser larga Sistema inmune puede abortar infecci�n antes de que produzca enfermedad o eliminarla completamente, pero lo mas frecuente con estas bacterias es que se produzcan infecciones cr�nicas por un equilibrio entre la proliferaci�n del pat�geno y su eliminaci�n. La enfermedad la causa la interacci�n SI pat�geno Capacidad para producir enfermedadCapacidad para producir enfermedad

4. 4 Obligadas Rickettsiae Chlamydiae C. trachomatis C. Pneumoniae Tipos de Bacterias Intracelulares Tuberculosis, lepra, Tifus y tracoma afectan a m�s de 600 millones de personas Cpneumoniae se ha asociado con la etiologia de enfermedades cardiovasculares M avium y M intracellulare afectan a pacientes inmunodeprimidosTuberculosis, lepra, Tifus y tracoma afectan a m�s de 600 millones de personas Cpneumoniae se ha asociado con la etiologia de enfermedades cardiovasculares M avium y M intracellulare afectan a pacientes inmunodeprimidos

5. 5 Inmunidad frente a bacterias intracelulares.

6. 6 Patogenicidad de bacterias intracelulares La infecci�n esta separada de la enfermedad cl�nica. La infecci�n persiste frente a la respuesta inmune. El pat�geno esta adaptado para coexistir con el hu�sped enfermo La infecci�n potencialmente puede producir da�os acumulativos y m�s severos en estadios tard�os La patog�nesis es fuertemente dependiente de la respuesta inmune

7. 7 La infecci�n por una bacteria intracelular ideal Caracter�sticas esenciales: Estilo de vida intracelular Las c�lulas T protegen interaccionando con c�lulas infectadas no directamente con los microbios. Estas infecciones estimulan hipersensibilidad de tipo retardado por linfocitos T y macr�fagos. Provocan reacciones tisulares granulomatosas, su ruptura provoca la diseminaci�n de las bacterias. Caracter�sticas condicionales: 5. No son directamente t�xicas y la patolog�a es resultado de las reacciones inmunes. 6. Las bacterias intracelulares coexisten con sus habitat celulares durante largos periodos. M tuberculosi es un buen ejemplo aunque puede crecer extracelularmente en detritus celularesM tuberculosi es un buen ejemplo aunque puede crecer extracelularmente en detritus celulares

8. 8 Tipos de bacterias intracelulares: facultativas y obligadas Facultativas Mycobacterium, Salmonella, Brucella, Legionella, Listeria, Francisella infectan fagocitos mononucleares pero tambi�n otras c�lulas Tienen estrategias de supervivencia intracelular Obligadas Rickettsia y Chlamidiae No sobreviven fuera de c�lulas y prefieren fagocitos no profesionales como las c�lulas endoteliales. Tienen mol�culas de invasi�n que les facilitan entrar en fagocitos no profesionales en los que es m�s f�cil sobrevivir

9. 9 Modelos de infecci�n intracelular: 1. Tuberculosis 8 millones de nuevos casos, 2 millones de muertes, 2000 millones de infectados (90% permanecen sanos 10% desarrollan enfermedad) Es un bacillo aerobio obligado prefiere tejidos con alta presi�n de oxigeno Llega en aerosoles infecta pulmones de donde puede diseminarse a otros tejidos Son reconocidos por c�lulas T no convencionales Incubaci�n larga infecci�n durmiente persisten en granulomas y larga duraci�n

10. 10 Glicol�pidos de Mycobaterium Contienen abundantes glicol�pidos que les hacen resistentes al complemento y a pH extremos. Son reconocidos por el SI innato y hacen de el Mycobacterium un buen adyuvante en inmunizaci�n (Adyuvante de Freund aceite/agua + BCG) Adyuvante secuestra el material antig�nico y lo lleva a los fagocitos a los que estimula para que inicien la activaci�n de c�lulas T ant�geno- espec�ficas. Calmette y Guerin desarrollaron una cepa atenuada de M bovis llamada Baccillus CalmetteGuerin (BCG) Protocolo e inmunizaci�n primero con adyuvante completo despu�s dosis de recuerdo con adyuvante incompleto Adjuvants are nonspecific stimulators of the immune response. When mixed with an antigen or immunogen, they help to deposit or sequester the injected material. In addition, they cause a dramatic increase in the resultant antibody response. An adjuvant is not the same thing as a carrier protein. A hapten will become immunogenic when conjugated covalently to a carrier protein. The hapten will not become immunogenic if it is merely added to an adjuvant. Consequently, an adjuvant ehances the immune response to immunogens, but it cannot render haptens immunogenic. Freund�s Adjuvants are used to form stable water-in-oil emulsions which continuously present the antigen to the immune system, resulting in high and long-lasting antibody response. AdjuLite� Complete Freund�s Adjuvant is used for the first immunization in a production protocol. AdjuLite� Incomplete Freund�s Adjuvant is used for all subsequent immunizations. �Adjuvants are nonspecific stimulators of the immune response. When mixed with an antigen or immunogen, they help to deposit or sequester the injected material. In addition, they cause a dramatic increase in the resultant antibody response. An adjuvant is not the same thing as a carrier protein. A hapten will become immunogenic when conjugated covalently to a carrier protein. The hapten will not become immunogenic if it is merely added to an adjuvant. Consequently, an adjuvant ehances the immune response to immunogens, but it cannot render haptens immunogenic. Freund�s Adjuvants are used to form stable water-in-oil emulsions which continuously present the antigen to the immune system, resulting in high and long-lasting antibody response. AdjuLite� Complete Freund�s Adjuvant is used for the first immunization in a production protocol. AdjuLite� Incomplete Freund�s Adjuvant is used for all subsequent immunizations. �

11. 11 Vacuna BCG cepa atenuada de M. bovis llamada Baccillus Calmette-Guerin (BCG) que es utilizada como una vacuna viable: previene la tuberculosis miliar en ni�os la que por diseminaci�n hemat�gena produce innumerables n�dulos. No protege de modo completo contra la tuberculosis pulmonar en los adultos

12. 12 Listeriosis L. monocytogenes Anaerobio facultativo gram+ Afecta al ganado y raramente al humano. Para investigar se usa un modelo experimental en rat�n. Factores de virulencia: listeriolisina promueve escape del fagosoma al citoplasma Sobrevive en macr�fagos en reposo pero es eliminada r�pidamente en los activados Provoca una infecci�n aguda que termina tras la activaci�n de los linfocitos T

13. 13 Salmonellosis 16 millones nuevos casos, 600.000 muertes S. enterica incluye unas 2000 serovariedades S. enterica typhi restringida a humanos S. enterica typhimurium en rat�n (modelo animal) Se transmite a trav�s de comida provocando diarrea Pueden atravesar pared intestinal y provocar bacteriemia que provoca fiebre y tifus Halcones y palomasHalcones y palomas

14. 14 Entrada y supervivencia en las c�lulas del hu�sped Invasi�n es entrada (fagocitosis) inducida por el pat�geno Destino Fagocitos no profesionales tienen escasa actividad antibacteriana son el h�bitat ideal para el microbio que usa receptores de superficie celular para invadir sus c�lulas hu�sped. Granulocitos polimorfonucleares C�lulas efectoras antibacterianas. Son muy destructivos para los microbios. tienen actividad antibacteriana constitutiva. son de vida corta. Deben ser continuamente reemplazados. su falta (netropenia) es un factor de susceptibilidad a estas infecciones Fagocitos mononucleares su actividad antibacteriana depende de su estado de activaci�n que es controlado por receptores PAMP_ y c�lulas T. Son H�bitat de infecci�n y c�lula efectora antibacteriana

15. 15 Adhesi�n e invasi�n Las bacterias intracelulares tienen mol�culas inductoras de la invasi�n Mecanismo Zipper Se�alizaci�n y endocitosis del receptor al que se han adherido Yersinia (integrina) y Listeria (internalina-e-cadherina de la c�lulas epitelial humana) murina no por mutaci�n en posici�n 16 M leprae se une a la laminina de los nervios perif�ricos y c�lulas de Schwan. MecanismoTriger mecanismos no dirigidos a un receptor especifico S. enterica y Shigella sp. inducen reorganizaci�n de la actina del citoesqueleto causa rufling e incorporaci�n indiscriminada de otras part�culas (macropinocitosis). No solo tienen adhesinas como la extracelularesNo solo tienen adhesinas como la extracelulares

16. 16 Receptores para el reconocimiento de microbios Los fagocitos profesionales expresan receptores para reconocer para estructuras conservadas de pat�genos que normalmente no est�n presentes en el hu�sped. patrones moleculares asociados a pat�genos (PAMP). Receptores para reconocimiento de patrones Inducen fagocitosis y liberaci�n de mediadores proinflamatorios.

17. 17 Tipos de estos receptores Familia del receptor toll diferencia distintas estructuras �nicas de los microbios: glicol�pidos, lipoprote�nas, hsp, flagelina y oligonucleotidos raros que inducen se�alizaci�n intracelular y activaci�n celular. Glicoprote�nas tipo lectina C con especificidad frente a azucares com�nmente expresados superficie bacteriana y que inducen fagocitosis Mol�culas de superficie CD14 con especificidad por gliocopl�pidos como el LPS de gram- y los lipoarabinomananos (LAM) de las mycobacterias.

18. 18 Receptores de reconocimiento de patrones Que median la uni�n microbiana y su fagocitosis Receptores lectina tipo C Tipo manosa reconoce Nacetilglicosamina, manosa (LAM con manosa terminal) glucosa y L-fucosa Tipo fucosa une Lfucosa Lipoarabinomananos terminados en arabinosa se reconocen por medio de CD14 Que reconocen mol�culas del hu�sped Igs C C3R reconoce varios ligandos C3d, secuencia RGD ?-glucanos no estimula secrecci�n de radicales oxidantes. Fibronectina FnR se une a secuencia RGD Micobacterium tuberculosi tiene proteinas que sse unen a fibronectivna Micobacterium tuberculosi tiene proteinas que sse unen a fibronectivna

19. 19 Funciones de los receptores Union y endocitosis receptores basureros, CD14 y receptores de manosa. Activan a la c�lula TLR y FcR Celulas endoteliales y epteliales intestinales tienen Tlr

20. 20 Ligandos de los TLR TLR2 LAM y lipoprote�nas de Mycobacterium TLR3 RNA bicatenario TLR4 LPS de muchas bacterias gram- y hsp TLR5 flagelina bacteriana de g+ Listeria y g- Salmonella TLR6 peptidoglicano zymosan TLR9 oligonucleotidos CPG dinucleotidos sin metilar caracteristicos del DNA bacteriano Generalmente interaccionan con sus ligandos en el fagosoma

21. 21 Fagocitosis Fagosoma temprano pH neutro o ligeramente b�sico actividad de defensinas (bactericidas para algunas cepas de Salmonella y Listeria) y prote�nas b�sicas Fagosoma tardio pH �cido d�bil por acci�n bomba de protones Fagolisosoma ph �cido fuerte enzimas lisosomales degradan bacterias previamente lisadas Patogenos (Mycobacterium, Legionella Salmonella y Clamydia) detienen maduraci�n y viven en fagosomas en un estadio entre 1 y 2

22. 22 Interferencia de maduraci�n del fagosoma Glicolipidos de mycobacteria inmpiden la fusi�n fagolisosomal aunque los anticuerpos antipared revierten esta capacidad Su pared celular rica en l�pidos les hace muy resistentes contra el ataque enzim�tico Detienen la maduraci�n del fagosoma excluyendo la bomba de protones del fagosoma Secretan ureasa que produce NH4 que tampona el pH del fagosoma

23. 23 Hierro Se produce una competici�n por el hierro entre la bacteria y el hu�sped Extracelular en transferrina y lactoferrina Transferina es captada por el CD71 TFrR El hierro se libera de la transferrina en las condiciones reductoras del fagosoma temprano en el que les gusta vivir a estas bacterias Tienen prote�nas de uni�n a hierrro sideroforos, prote�nas de uni�n a transferrina, prote�na similares al grupo hemo Los macr�fagos inactivados educen su expresi�n de receptor de transferrina esto es suficiente para matar Legionela por deprivaci�n de hierro pero insuficiente para matar Mycobacterium que tiene un sistema muy eficiente de obtenci�n de hierro con exoquelinas y mycobactinas

24. 24 Mol�culas efectoras t�xicas La destrucci�n de las bacterias se consigue por mol�culas t�xicas altamente reactivas ROI (superoxido peroxido de hidrogeno) son muy activos contra bacterias extracelulares Da�an DNA, prote�nas y l�pidos de membrana. Contra intracelulares son m�s importantes los RNI la iNOS inducida por IFNg produce oxido n�trico NO� y peroxinitrito ONOO- Granulocitos y monocitos pero no macr�fagos tienen mieloperoxidasa que produce �cido hipocloroso KO de iNOS son susceptibles a Listeriosis y tuberculosis

25. 25 Evasi�n de la destrucci�n por radicales Uni�n a CR1/CR3 no induce el estallido respiratorio Glicolipido fenolico de M leprae consume radicales oxidantes S. enterica con SPI2 excluye NADPH oxidasa de la membrana del fagosoma Bacterias intracelulares producen sueroxido dismutasa y catalasa que detoxifican O2 y H2O2

26. 26 Otras adaptaciones: Evasi�n al citoplasma, invasi�n de c�lulas adyacentes e inducci�n de apoptosis Evasi�n estrategia de supervivencia muy exitosa pues la lisis bacteriana se limita al fagolisosoma para evitar da�os colaterales en el macr�fago Listeria virulenta produce listeriolisina. La deleci�n del gen responsable la vuelve avirulenta La evasi�n es reducida en macr�fagos activados por el IFNg Invasi�n de c�lulas adyacentes Desde c�lulas de Kupffer a hepatocitos adyacentes induciendo formaci�n de seud�podos y fusi�n de membranas. Pueden invadir otras c�lulas sin exponerse M. tuberculosis, S. enterica L. monocytogenes inducen apoptosis de c�lulas diana tras su incorporaci�n

27. 27 Inmunidad natural Fagocitosis por neutr�filos y macr�fagos. Algunas resisten degradaci�n por macr�fagos. C�lulas NK y NKT.

28. 28 Cinetica de la respuesta Estadio inicial Atracci�n de fagocitos a lugares de replicai�n bacteriana por citocinas proinflamatorias y citocinas fagocitosis y muerte intracelular Monocitos se diferencian en DC y producen IL-12 Estadio intermediointervienen NK, y T no convencionales NKT y gd que producen IFNg Tardio c�lulas T convencionales antigeno especificas expandidas estimulan formaci�n de granulomas que controlan Estos clones expandidos son responsables de la memoria inmune

29. 29 Citocinas Reclutamiento leucocitario Formaci�n del granuloma Activaci�n de macr�fagos Inducci�n de respuesta protectora de c�lulas T Regulaci�n negativa de la respuesta

30. 30 Inmunidad innata

31. 31 Fagocitos profesionales Metchnikoff distingui� los: Micr�fagos de aparici�n temprana y vida corta (granulocitos polimorfonucleares) Macrofagos de aparici�n mas tardia y vida m�s larga Activaci�n del macrofago esta bajo el control de linfocitos T mediante citocinas IFN y ml�culas de membrana

32. 32 Granulocitos polimorfonucleares Importantes en respuesta temprana reducen la carga bacteriana Ratones deficientes en neutrofilos son susceptibles a Listeria y Salmonella pero no para M t Elastasa destruye prote�nas de virulencia de Shigella Salmonela y Yersinia Acido hipocloroso inactiva los inhibidores de las proteasas y licua tejidos es producido por PNG pero no por MP

33. 33 Respuesta adaptativa

34. 34 Repaso presentaci�n antig�nica y restricci�n de la presentaci�n MHC Ia (cl�sicas) ant�genos pept�dico citos�licos MHC II ant�genos pept�dicos vesiculares MHC I like MHC Ib p�ptidos con formil metionina CD1 ant�genos glicolip�dicos CD1 Tipo 1captan sus ligandos en distintos compartimentos CD1a superficie celular y fagosoma temprano CD1b en fagosoma tard�o y fagolisosoma CD1c superficie celular y fagosomas en distintos estadios de maduraci�n CD1 tipo2 CD1d

35. 35 En la inmunidad contra infecciones por pat�genos intracelulares resistentes intervienen distintas poblaciones T Reconocen ag de distinta naturaleza y de distintos or�genes subcelulares. Tienen distintas cin�ticas de activaci�n unos inmediatas sin expansi�n clonal: gd, NKT y especificas de N-f-met (no desarrollan memoria) Reconocen ag pept�dicos Linfocitos T convencionales ab CD4 restrictos por MHCII espacio ves�cular endosoma CD8 citosol No convencionales Restrictos por MHC1b Restrictos por CD1 (glicolipicdos endosoma) NKT No restrictos

36. 36 Inmunidad por linfocitos T convencionales ab CD4 y CD8 Cd1 presenta acidos micolicos y LAMCd1 presenta acidos micolicos y LAM

37. 37 Linfocitos T no convencionales C�lulas CD8 restrictas por MHC de clase Ib que presentan p�ptidos de prote�nas N formiladas N-f-met C�lulas T ab restrictas por CD1 grupo 1 CD4, CD8 o DN poblaciones especializadas con especificidad por componente muy abundantes en la pared celular de las mycobacterias. Reconocen LAM y �cidos mycolicos cola hidrof�bica y parte azucarada polar. Producen IFNg Macrofagos infectados apoptoticos pueden trransferir glicolipidos de mycobactria a DC C�lulas NKT reconocen glicolipidos bacterianos presentados por mol�culas de CD1 del grupo 2 CD1d Reconocen Nglicosxil ceramidas de plasmodium y fosfatidil inositol tetramanosido mycobacteriano Estas c�lulas est�n implicadas en la formaci�n de granulomas C�lulas T gd reconocen isopentenilpirofosfato y otros fosfo ligandos independientemente de mol�culas de presentaci�n conocidas posiblemente reconocen estas mol�culas directamente Contribuyen a formaci�n de granulomas en respuesta

38. 38 Respuesta espec�fica por linfocitos CD8 citot�xicos

39. 39 La respuesta inmune a bacterias intracelulares esta coordinada por linfocitos T CD4 inflamatorios (Th1) Activa Mata si se ha escapado a citosolActiva Mata si se ha escapado a citosol

40. 40 Cuando el pat�geno intracelular o sus constituyentes no son totalmente eliminados se forman GRANULOMAS Centro de macr�fagos infectados y c�lulas gigantes multinucleadas Rodeado de c�lulas T Ej: sarcoidosis causada por infecci�n con Mycobacterium tuberculosis (pulmones)

41. 41 II.3. Evasi�n de los mecanismos inmunes Resistencia a la eliminaci�n por fagocitosis: Legionella pneumophilla: -Iinhibe fusi�n de fagolisosomas Listeria monocitogenes: -Produce hemolisina que forma poros en la membrana de fagolisosomas -Inhibe la presentaci�n antig�nica M. Leprae: -Inhibe fusi�n de fagolisosomas -El glicol�pido fen�lico antagoniza la acci�n de los radicales oxidantes producidos por los macr�fagos

42. 42 II.3. Efectos perjudiciales de la respuesta inmune

43. 43 2.4 Evasi�n de respuesta inmune: diferentes patrones de respuesta producen distintas manifestaciones cl�nicas En unos pacientes M.leprae estimula la producci�n de IL-4 (IgGE e IgG4) y en otros de IFN (IgG1 e IgG3) Respuesta TH1 es protectora pero Th2 noEn unos pacientes M.leprae estimula la producci�n de IL-4 (IgGE e IgG4) y en otros de IFN (IgG1 e IgG3) Respuesta TH1 es protectora pero Th2 no

44. 44 Hongos

45. 45 Inmunidad innata

46. 46 Respuesta espec�fica Dificultad conseguir vacunasDificultad conseguir vacunas

47. 47 Ejercicio En una tabla resumir diferencias entre infecciones por bacterias Intracelulares y Extra celulares y en otras las caracter�sticas diferenciales de las respuestas inmunes frente a ambos tipos de bacterias