UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

FACULTAD DE MEDICINA

DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGÍA, PARASITOLOGÍA E

INMUNOLOGÍA

Cátedra I

Microbiología I VIROLOGÍA

Seminario 16

Modelos de infecciones virales persistentes

Objetivos generales Comprender mecanismos patogénicos asociados a

infecciones persistentes, y su implicancia para el

diagnóstico, la epidemiología y la profilaxis.

Objetivos particulares

• Discutir las estrategias de persistencia viral.

• Conocer diferentes mecanismos de evasión a la respuesta inmune (una

estrategia diferentes virus; un virus diferentes estrategias).

• Entender cómo se establece y mantiene la latencia viral y qué dispara

la reactivación.

• Reconocer los mecanismos involucrados en la depleción de los

LTCD4+ tras la infección por HIV

• Conocer mecanismos asociados a la transformación celular (EBV,

HCV)

Factores que regulan la mantención de una infección persistente

ORIGEN

EFECTO

VIRAL DEL

HOSPEDERO

DISMINUIR

EL

POTENCIAL

LÍTICO

EVADIR LA

RESPUESTA

INMUNE

Persistente crónica

HBV, HCV, HIV

Pro

ducció

n V

iral

Aguda

Rotavirus, HAV

Rinovirus

Persistente latente

Herpes simplex

Persistente lenta

PEES (Sarampión)

TIPOS DE INFECCIÓN SEGÚN TEMPORALIDAD

Tiempo

Manifestaciones clínicas

INFECCIÓN PERSISTENTE

La presencia del virus perdura por períodos prolongados de

tiempo y puede producir virus continuamente o

intermitentemente.

En algunos casos, persiste el genoma viral sin detección de proteínas.

CRÓNICA

HBV-HCV-

HIV

LATENTE

HCMV-EBV-

Herpes simplex

LENTA PEES

TRANSFORMANTE

HPV

Respuesta inmune innata: PAMPs RRPIFNs acciones antivirales (y moduladoras)

Bowie and Unterholzner. Nat Rev Immunol 2008

Evasión a los TLR (Toll-like receptors)

Bowie and Unterholzner. Nat Rev Immunol 2008

Presentación antigénica defectuosa

2: Herpes

expresan

proteínas que

inhiben las

TAP

(transportador

asociado al

procesamiento

antigénico)

1: HCMV, HHV8 y HIV

disminuyen la

expresión de HLA-I.

3:HCV inhibe

proteasas del

proteasoma

NS4

LATENCIA VIRAL Genoma viral encriptado en la célula hospedadora, con una expresión muy restringida donde pueden producirse algunos antígenos virales pero no se produce progenie viral.

Persistencia Reversibilidad

RN

A n

o c

od

ific

ante

s (L

ATs

)

Pro

teín

as r

egu

lad

ora

s (e

j:E

BN

A)

Au

sen

cia

de

fact

ore

s tr

ansc

rip

ció

n

Latencia viral: Una estrategia utilizada por muchos virus

Flia. Herpesviridae

100 nm

Virus JC

100 nm

Latencia viral: Una estrategia utilizada por muchos virus

Retrovirus humanos (HIV, HTLV)

LT CD4 de memoria

Virus hepatitis B

Hepatocitos (DNAccc) y LB

Virus papiloma humano

100 nm

Células epiteliales ….

SIMILITUDES DIFERENCIAS

Morfología: ME (cápside, tegumento, envoltura) Enfermedades producidas

Estructura: grandes, envueltos, genoma DNA de doble cadena y extenso.

Células blanco de infección productiva vs las de infección latente

Propiedades biológicas: Enzimas p/metabolismo de Ac. nucleicos y síntesis de DNA (DNA polimerasa viral) Síntesis DNA y ensamblado en núcleo Latencia Alteración de la respuesta inmune

Infección productiva lisis celular (a) vs efectos no líticos (en otros)

Infecciones líticas, persistentes latentes y –eventualmente, los g- transformantes

Estado genómico en la latencia (episomal vs proviral)

Infecciones productivas con expresión génica en cascada (IE, E, L)

Estrategias para el establecimiento y mantención de la latencia

En GENERAL las primo-infecciones ocurren en edades tempranas (ej: HSV, CMV, EBV, VZV) infecciones de alta prevalencia en la población

general.

Disponibilidad de vacunas y tratamiento antiviral específico

Familia Herpesviridae

Sub-familia Virus Células blanco de la replicación productiva

Células blanco de la latencia

a HSV-1 Epitelial, queratinocito Neurona

HSV-2 Epitelial, queraticonocito Neurona

VZV Epitelial, queratinocito, linfocito T, monocito, endotelial, Langerhans

Neurona

b HCMV Macrófago, dendrítica, endotelial, músculo liso, epitelial, fibroblasto

Célula pluripotencial hematopoyética (Stem cell) CD34+, macrófago

HHV-6 Linfocito T CD4 Célula pluripotencial hematopoyética (Stem cell) CD34+, macrófago

HHV-7 Linfocito T CD4 Linfocito T CD4

g EBV Linfocitos B, epitelial Linfocito B

HHV-8 Linfocitos Linfocitos B

Penkert and Kalejta Herpesviridae 2011, 2:3

Familia Herpesviridae: infección productiva y latente

Algunos herpesvirus humanos de relevancia médica

CLIN MICROBIOL REV, 2009, T Crough & R Khanna

HCMV

Kabanova et al. Nature Microbiology 1: 16082 (2016)

La glicoproteína B (gB) del HCMV media el

ingreso viral a la célula

a través del receptor PDGFRα

CITOMEGALOVIRUS HUMANO

(HCMV = CMVh)

Platelet-derived growth factor receptor α:

receptor (trosina quinasa) α del

factor de crecimiento derivado de plaquetas

Replicación del CMVh

Productiva: Macrófago, dendrítica,

endotelial, músculo liso, epitelial,

fibroblasto

Latencia: Célula pluripotencial

hematopoyética (stem cell) CD34+,

macrófago CLIN MICROBIOL REV, 2009, T Crough & R Khanna

Genes IE, E, y L (inmediato-tempranos,

tempranos, y tardíos)

HCMV

Medical Microbiology. 4th edition. Baron S. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996.

3.a. ENFERMEDAD Post-natal: Mononucleosis Diversa en el hospedador inmunocomprometido

1.a. ENTRADA 4.a. SALIDA

2. DISEMINACIÓN

3.b. ENFERMEDAD Congénita: Hepatoesplenomegalia SNC Coriorretinitis Exantema Trombocitopenia

1.b. ENTRADA 4.b. SALIDA

•Transmisión vertical (Intrauterina y

perinatal, lactancia)

•Sanguínea (incluyendo transfusiones)

•Sexual

•Trasplante de órganos sólido y

hematopoyéticos

•Contacto directo (saliva, lágrimas, orina)

CMVh y enfermedad

Inmunocomprometidos

Infección congénita

Enfermedad vascular

(ateroesclerosis)

Retardo

mental Sordera

?

Infección primaria

Reactivación

Factor contribuyente

Tipo de paciente Hallazgos clínicos

Individuo sano Usualmente asintomática; poco frecuente: mononucleosis (fiebre, adenopatía, faringitis)

Feto/recién nacido Ictericia; hepato-esplenomegalia, petequias, microcefalia, convulsiones, hipotonía, letargia

Trasplante Órgano sólido Enfermedad febril con leucopenia, neumonitis, enterocolitis, esofagitis, gastritis, hepatitis, retinitis, miocarditis, nefritis, cistitis, pancreatitis

Trasplante de células pluripotenciales (stem cells)

Neumonitis, enterocolitis, esofagitis, gastritis. Menos común: retinitis, encefalitis, hepatitis

HIV/sida Retinitis, enterocolitis, esofagitis, gastritis.

Principales hallazgos clínicos en diferentes condiciones

del hospedador

Patogénesis del HCMV: Hallazgos histopatológicos

Neumonitis

Hepatitis

“Ojos de lechuza”

Retinitis

ESCASA ACTIVIDAD

INFLAMATORIA EN

LAS LESIONES

Proteínas del

tegumento :

relación con

tipo de

infección B. LATENCIA A. REPLICACIÓN LÍTICA

Respuesta inmune a la

infección por CMVh

CMVh es capaz de inhibir mecanismos de la respuesta innata y adaptativa en

diferentes niveles

McSharry et al. Viruses. 2012;4:2448-70.

CMVh: diagnóstico por

métodos indirectos (en inmunocompetentes)

Ig M anti-CMVh

Infección 1ria. Ig M anti-CMVh

Infección 2ria.

Tiempo de infección Tiempo CMVh Ig M [+]

(Infección 2ria.)

Avidez de la Ig G específica

por CMVh

Ig G anti-CMVh

Tít

ulo

de A

cs Ig G

/ I

g M

anti-C

MV

h

ó a

vid

ez

1ras. muestras Ig M e Ig G [+]

EBV

VCA

Switch del tropismo del EBV

SALIVA (y otros)

Infección primaria con EBV Infección persistente con EBV

Orofaringe

Epitelio

Tejido

linfoide y

sangre

periférica

LB en

reposo

Progenie

viral

liberada

desde LB

LT

citotóxico LT

citotóxico

NK

LB de memoria

en reposo con

infección latente

LB infectado

con EBV y

reactivado

Progenie viral

liberada desde LB

Proliferación de

LB infectados

Citotoxicidad

Cohen JI .

NEJM 343, 2001.

Enfermedad en la que EBV es

el agente etiológico

Enfermedad en la que EBV

está significativamente

asociado

Enfermedad en la que la

asociación con EBV es

controversial o ha sido

desacreditada

Mononucleosis infecciosa Linfoma de Burkitt Fatiga crónica

Enfermedad linfoproliferativa

ligada a X

Linfoma de Hodgkin

Tumor mamario

Carcinoma nasofaríngeo Lupus eritematoso sistémico

Linfoma nasal de células NKT Artritis reumatoidea

Linfoma de células B

en pacientes inmunosuprimidos

Esclerosis múltiple

Leiomiosarcoma en pacientes

inmunosuprimidos

Ciclo del EBV, latencia y linfoma (“modelo del Centro Germinal”)

El virus utiliza la biología celular normal de los linfocitos B para su persistencia

Anticuerpos heterófilos

Linfocitos T CD8+ activados

Prueba de Paul-Bunnell, o Monotest

Expresión de VCA (antígeno de la cápside viral)

Oludare et al. Clinical Microbiology Reviews 2011: 193–209

VCA = Viral Capsid Antigen

90%

9%

7%6%

4% 2%

2%

1%

% de casos con síndrome mononucleosiforme en lasinfecciones por...

EBV

HHV-6

CMVh

HSV-1

Strep

HIV

Toxoplasma

Adenovirus

HBV

Transmisión perinatal En adultos

Aguda

2 %

Crónica

98 % Aguda

90-99 %

Crónica

1-10 %

HCV

En adultos

Aguda 15 %

Crónica 85 %

INFECCIONES CRÓNICAS

HIV

En adultos

Crónica

Transmisión perinatal

Virus de hepatitis C (HCV)

Familia Flaviviridae

Género Hepacivirus

Envuelto

RNAsc (+)

Transmisión

transfusiones Compartir agujas UDIs

Transmisión madrehijo

Piercing Tatuajes Sexual

Ciclo de replicación del HCV

Partícula

viral

Entrada/interacción con

receptores

Fusión -

desnudamiento

Liberación

Biogénesis

LVP

Ensamblaje

de HCV

Replicación

del RNA

Traducción y procesamiento de la

poliproteína

Transmisión

célula-célula

Población que evoluciona genéticamente como una distribución compleja de variantes que están

cercanamente relacionadas pero no son idénticas Quarleri

Cuasiespecies virales

El virus evoluciona dentro del hospedador

Tropismo celular: hepatocitos, linfocitos y monocitos

Utilización de diferentes receptores celulares y adecuación de E1/E2 viral

Douam et al J Virol 4:992-1008. 2015

UNION AL

RECEPTOR

DESNUDAMIENTO

ENTRAD

A

TRADUCCION

REPLICACION

?

ENSAMBLADO

?

LIBERACION

?

Historia natural de la infección por HCV

Normal

Hepatitis

crónica

Esteatosis

hepática

Cirrosis

hepática

Carcinoma

hepatocelular

10 – 40 años

10 – 20 años

Órgano / Tejido % Muestras

Positivas*

Hígado 100

Suero 50

Plasma 38

PBMC 86

PBML 83

LB 92

LT 83

Monocitos 75

Dendríticas 100

Médula 80

Granulocitos 100

Órgano / Tejido % Muestras

Positivas

Cavidad oral 100

Carótida 100

Piel 50

Nódulos linfáticos 100

Páncreas 100

Bazo 100

Tiroides 100

Glándula adrenal 100

SNC 50

Músculo 0

NK 0

Detección del intermediario de la replicación del HCV mediante RT-PCR

• % de muestras positivas luego de analizarlas mediante 3 técnicas diferentes de RT-PCR (Revie and Salahuddin, Virology J 2011, 8:346)

Roca B. Enferm Infecc Microbiol Clin 2004;22:467-70

DAÑO INDIRECTO

(INMUNE MEDIADO)

AC: infección aguda que evoluciona a la cronicidad AR: infección aguda que se autolimita

Schulze zur Wiesch et al JEM 2013.

La importancia de la respuesta CD4 en la infección por HCV

Días post-infección Días post-infección

NK

1. Inhibición de los mecanismos intracelulares mediados por IFN: IRES / E2 / NS3-4A / NS4B / NS5A

CDi

Rápida cinética de replicación y diseminación

IFN α y β

CDm

2. Inhibición de la activación de las NK y las CD: E2 / core / NS3 / NS4

LT

4. Agotamiento de los LT por alta dosis de antígeno

6. Generación de mutantes de escape

3. Inhibición directa de los LT : E2 / core

5. Sensibilización ineficiente de los LT por las CD

LT

CD4 Th1

LB

LT

CD4 Th2

LT

CD8 CTL

HCV y sus múltiples estrategias para evadir la RI

Fuente: “Virología médica”. Carballal G, Oubiña JR.

4ta. Edición, 2015.

HCV y HCC

Insulina

Receptor de insulina

↑ SOCS-3

↑ SOCS-3

PI·3K

Akt

↑ SOCS-3

JNK

GLU

T-4

GLUT-4

Glucosa GLU

T-4

IRS -1 IRS- 2

core

↑TNF-α

P

HCV → INSULINO–RESISTENCIA

Fuente: “Virología médica”. Carballal G, Oubiña JR.

4ta. Edición, 2015.

Transporte microsomal de TG

Estrés oxidativo mitocondrial

ESTEATOSIS INSULINO -

RESISTENCIA

RESISTENCIA AL INTERFERÓN

TNF α HCV core

SOC -3 / 7

IRS -1 Y 2 GLUT-4 PPAR-γ /

mTOR

Fuente: “Virología médica”. Carballal G, Oubiña JR.

4ta. Edición, 2015.

Virus de la Inmunodeficiencia Humana

Partícula retroviral madura CICLO DE REPLICACIÓN

Genes estructurales

gag: proteínas del core y matriz (p24, p17) pol: transcriptasa inversa, proteasa e integrasa env: glicoproteínas de envoltura (gp41 y gp120)

Principales funciones de las proteínas reguladoras y accesorias

Tat: Transactivador de promotores de HIV y de otros genes virales / celulares. Rev: Transportador de RNA al citoplasma Vpr: Transporte del complejo pre-integración Nef: Internalización y degradación de CD4 y CMH-I. Vif: Inhibición de la actividad de deaminasas celulares (APOBEC) Vpu: Facilitador de la liberación viral por degradación de CD4

2 a 6

ho

ras 3

a 6 d

ías 6

a 25

días

Virus o células infectadas cruzan la barrera mucosa

Propagación local en células T CD4+

Diseminación en ganglios linfáticos

Diseminación sistémica Establecimiento en reservorios T CD4+

Infección aguda por HIV-1

T ½ : 72 hs

Ingreso de la célula dendrítica al ganglio La interacción con la CD con

LT-CD4+ permite la trans-infección y la diseminación viral

SIDA INFECCION ASINTOMATICA

Historia natural de la infección por HIV-1

Deterioro progresivo del sistema inmune

Infecciones oportunistas Neoplasias

• Media 10 años

• 5% 2-3 años

• 19% 5 años

• 20% 20 años

• 5% sin desarrollar enfermedad

Personas infectadas por HIV+ por un período superior a los 15-20 años, que mantienen preservados sus

recuentos de células T CD4+ y CD8+, sin tratamiento anti-retroviral. Ellos pueden dividirse en DOS GRUPOS:

1. NO PROGRESORES DE LARGO PLAZO: Los que exhiben viremia detectable (cargas virales < 5000

HIV-RNA copias/ml).

2. CONTROLADORES DE ELITE: aquellos cuyos niveles de viremia permanecen indetectables (<50

copias/ml) durante el curso de la infección.

CD4 en sangre

CD4 en mucosas

J.Q - 2006 78

Brenchley et al, JEM 200: 749 (2004)

Daño en GALT: evento temprano y persistente

CATÁSTROFE INICIAL EN LA INMUNIDAD T

Douek, Top HIV Med 15:114, 2007

Depleción de células T CD4+ de memoria en mucosas en la infección aguda

sangre Nódulos mesentéricos

Nódulos inguinales yeyuno

Días post-infección

Casi el 70% de los LT CCR5+ CD4+ de

memoria se encuentran aquí !

MUCOSA INTESTINAL

Consecuencias del daño inmune en mucosa intestinal

• Traslocación microbiana • Aumento de inductores de respuesta inflamatoria en plasma (ej. LPS) • Inducción de hiperactividad inmune crónica • Agotamiento inmunológico • “Envejecimiento inflamatorio”

Muerte LT CD4+

infectados y bystander

El 95% de los CD4 mueren tras una infección abortiva

Ciclo celular MUY detenido

[DNA viral]

[IFI16]

HIV reservoirs as obstacles and opportunities for an HIV

cure. Chun, Moir, Fauci. Nature Immunology 16, 584–589

(2015)

Reservorios celulares como obstáculos para la limitación de la infección