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Echappement des Virus au système immunitaire [email protected] Les hôtes de virus incluent toutes les classes d’organismes décrits à ce jour: Prokaryotes: Archae Mycoplasma Spiroplasma Algae/Plants Protozoa, Fungi Invertebrates Vertebrates Eukaryotes: Certaines familles /groupes de virus dépassent les limites du « règne » ou du phylum. Inter-règnes Inter-phyla Bunyaviridae (animaux et plantes) (insectes + vertébrés): Partitiviridae (plantes et champignons) Flaviridae Reoviridae (animaux et plantes) Iridoviridae Rhabdoviridae (vertébrés+invertébrés et plantes+invertébrés) Parvoviridae Phycodnaviridae (protozoaires et plantes) Poxviridae Picornaviridae (animaux et plantes – peut-être) Togaviridae Totiviridae (protozoaires / champignons et insectes - peut-être) 1 Size diversity for dsDNA viruses infecting diverse organisms 1.8 kbp 30-40 kbp (Circoviridae, 3 genes) (lambda () phage and Adenoviridae) 200 kbp (Baculoviridae) 300 kbp (Herpes- and Pox- , Irido- and Phycodnaviridae) 1260 kbp (Pithovirus sibericum, >2500 genes) 2 Regulatory genes: « Accessory » genes Trans-Activator of viral Transcription: enhances transcr. (TAR) REgulator of Viral expression: transport and splicing(RRE) NEgative Factor: de CD4, MHCI, binds kinases Viral Protein Unknown: negative regulation ofMHCI, CD4 (HIV-I) Virion Infectivity Factor: maturation Viral Protein Regulatory: stops host-cells proliferation Viral Protein X: infection of Mphages et dissemination (HIV 2) Réponses immunitaires Barrières Invasion & infection + Peau et membranes Surfaces rapidement régénérées, mouvements péristaltiques, mouvements ciliaires, mucines, flux d’urine/larmes, toux Immunité naturelle Inflammation Défenses cellulaires et humorales lysozyme, secrétions, acidité de l’estomac, organismes commensaux, protéines du complément, phagocytose, cellules NK + Immunité acquise Défenses cellulaires et humorales Anticorps, cellules T auxilliaires, T cytotoxiques, cytokines 3 NK Cytokines Symptoms T cells Viral titer 4 Caractéristiques du SI adaptatif: 1. Spécificité 2. Diversité / répertoire 3. Mémoire 4. Réponses transitoires et autorégulées 5. Discrimination entre soi et non-soi Titre Anticorps 2ème réponse antigène A 1ère réponse Antigène A 4 8 A prolifération lymphocytes Dirigés / A 12 16 1ère réponse Antigène B 20 64 A B Apoptose des lymphocytes 68 72 jours prolifération lymphocytes Dirigés / B La sélection clonale induit la prolifération et accroît la fréquence des cellules effectrices No. de cellules spécifiques Niveau de protection par fonction effectrice Nombre de divisions cellulaires 5 Cellules du SI Lymphocyte immunité acquise Macrophage Monocyte Neutrophile PMN cellule souche hématopoïétique pluripotente Eosinophile Basophile Mastocyte Lymphocytes CELLULES T CELLULES B précurseur T CTL B Th PC Tue cellules infectées par un virus LYMPHOCYTES T CYTOTOXIQUES (CTL) CD8+ Activateur cellules B et macrophages T HELPERS CD4+ Production anticorps PLASMOCYTES 6 Récepteurs antigéniques Les cellules T and B sont essentiellement inactives jusqu’à ce qu’elles rencontrent un antigène. Les cellules T and B expriment un RECEPTEUR ANTIGENIQUE Le récepteur des cellules B est un anticorps membranaire B IMMUNOGLOBULINE DE SURFACE Le récepteur des cellules T n’est pas un anticorps membranaire mais une (des) molécule(s) distincte(s) (un complexe) T T CELL RECEPTOR (TCR) Chaque récepteur antigénique se lie à differents antigènes Chaque cellule possède une seule spécificité antigénique Communication intercellulaire: CONTACT CELLULE-CELLULE •Les cellules présentatrices d’Ag sont immobilisées dans les ganglions lymphatiques. •La concentration des différents partenaires cellulaires du SI au niveau des ganglions favorise l’interaction entre cellules. •Le contact cellule à cellule se produit à différentes étapes de la réponse immunitaire. CTL Destruction cellule cible T Y Présentation antigenique B Production d’anticorps T Cellule présentatrice d’antigène (cellule dendritique, Macrophage) 7 Réponses cellulaires aux antigènes « microbiens » Reconnaisance innée INVARIANTE Reconnaisance adaptative VARIABLE ET FLEXIBLE Co-évolution au cours des millénaires entre les virus et leurs hôtes. Interactions virus/ hôte reflètent la dynamique évolutive du vivant. « But » du parasite: persister le plus longtemps possible dans un individu d’une population = • Garantie de pouvoir se multiplier et infecter d’autres individus, la population. • La réponse immunitaire représente un défi aux virus qui ont développé des mécanismes innombrables (car pas tous élucidés) pour échapper aux systèmes immunitaires de l’hôte et, plus largement, aux systèmes défensifs contre le non-soi. DIVERSITE STRATEGIQUE: NECESSITE DE SIMPLIFIER 8 Virus à fort potentiel codant, Gros virus à ADN Virus à faible potentiel codant, virus à ARN Camouflage Vitesse Site Plus toutes les exceptions ! Sabotage Changement de forme Stratégies contre les défenses immunitaires de l’hôte: •Mécanismes passifs •Latence/ auto-répression de la synthèse des protéines virales, réplication dans tissus « immunodéprimé »: glandes salivaires, neurones (HSV) •Variation antigénique: Virus à ARN: Grippe, HIV, HCV,… •Mécanismes actifs Protéines virales (immuno-modulateurs) pouvant altérer ou mimer les fonctions de l’hôte •Mécanismes agressifs Infection et destruction de certaines cellules essentielles au SI Ex: HIV / CD4 + 9 Neutralisation des virus par les anticorps Déterminants antigéniques Anticorps 10 Mutation Réassortiment Glissement (drift)Cassure (shift) Réassortiment Mutation 11 Les lymphocytes T TCR Présentation reconnaissent un antigène (peptide) présenté par une exocytose CD8 molécule du complexe majeur d’histocompatibilité HLAI +Ub (CMH/HLA) protéasome Antigénique Ag Calréticuline Transporter Antigen Processing Calnexine Beta2-m associated with Tapasine N CMH-I / CTL ; CD8+. antigène origine intracellulaire CMH-II / Th ; CD4+. antigène origine extracellulaire • • • La reconnaissance de l’antigène par le lymphocyte T se fait via le TCR Reconnaissance (liaison faible) = activation lymphocyte Lymphocytes reconnaissant les peptides du soi, éliminés lors de maturation dans le Thymus Overall structure of MHC class II molecules Overall structure of MHC class I molecules a2 a1 b1 a1 a3 b2m b2 a2 MHC-encoded a-chain of 43kDa a-chain anchored to the cell membrane Peptide antigen in a groove formed from a pair of a-helicies on a floor of anti-parallel b strands b2-microglobulin, 12kDa, non-MHC encoded, non-transmembrane, non covalently bound to a-chain a3 domain & b2m have structural & amino acid sequence homology with Ig C domains Ig GENE SUPERFAMILY MHC-encoded, a-chain of 34kDa and a b-chain of 29kDa a- and b chains anchored to the cell membrane •No b-2 microglobulin •Peptide antigen in a groove formed from a pair of ahelices on a floor of anti-parallel b strands a2 & b2 domains have structural & amino acid sequence homology with Ig C domains Ig GENE SUPERFAMILY 12 Echappement par le HCMV pp65 US6 US2/11 N US3 Echappement par d’autres virus Nef (HIV) EBNA-1 (EBV) Nef (HIV) E19 E19 ICP47 Endos. (Adeno) (HSV) Lys. N Vpu (HIV) Y21 COOH Dégradation ICP47 13 PRÉSENTATION DES ANTIGÈNES EXOGÈNES PAR LES MOLÉCULES HLA DE CLASSE II Ags Endo Précoce ab-peptide Voie Alterne ab-Ii Voie Classique TGN ab-CLIP MIIC HLA-DM RE Endo Tardif CHAÎNE INVARIANTE • Stabilisation des dimères ab dans RE. • Occupation du site peptidique. • Ciblage des molécules ab vers endosomes. MOLÉCULES HLA-DM • Dé“clipage” des dimères ab dans MIIC. • Stabilisation des dimères ab vides. • Edition des peptides antigéniques. MIIC US2 pCMV US2 Voie JAK/STAT Dégradation IFN Echappement du CMV au CMH DE CLASSE II 14 E6 AP-1 (HPV) Pompe E5 (HPV) MIIC E1A (Ad) Tat (HIV) Voie JAK/STAT CIITA P-TEFb Promoteur IFN HLA-II Echappement des AUTRES VIRUS au CMH DE CLASSE II Interconnexion immunité innée - immunité adaptative Immunité naturelle Structure et fonction des Toll-like receptors, Y. Delneste, et al., MEDECINE/SCIENCES 2007 ; 23 : 67-73 15 Kolev M. et al., Nature Rev. Immunol. 2014, 14, pp. 811-820. T. Dupressoir 2015 Le système du complément •Cascade protéolytique -> lyse cell. •Plusieurs voies d’activation -> dépôt C3b surface des cellules, formation pores Mb oMécanisme initié par les anticorps (IgMs et certains IgGs) oMécanismes indépendants des anticorps (lectines/cassure) •Cell. hôte, mécanismes inactivation •Système du complément: élément essentiel du SI car très précoce si infection. •Beaucoup de virus inhibent l’activation du complément Virus complement evasion strategies H.W. Favoreel, et al., J Gen Virol (2003), 84, 1–15 Complement and viral pathogenesisolume K. A. Stoermer, T. E. Morrison, Virology, 2011, 411, 362–373 16 Factor H C3bH CD46 CR1 CD46 CR1 Factor I Factor I C4d+C4c (inactive) iC3b C3c (inactive) DAF CD59 Fc R mimicry IMP VCP SPICE CCPH VCP SPICE CCPH gC EBV VCP SPICE EBV VCP SPICE gC gC IMP CD59 DAF HIV HCMV HTLV-1 17 HIV-1 gp41/gp120 EBV gp350/220 rougeole Picornavirus + numerous bacteria Human complement regulators Lindahl et al., 2000, 12:44–51 Kolev M. et al., Nature Rev. Immunol. 2014, 14, pp. 811-820. T. Dupressoir 2015 18 Mécanismes antiviraux innés Cellules NK et Interférons a et b Interférons a et b Interférons a et b Induits dans de nombreuses cellules par l’infection (dsARN, TollR) Produits par les T activés TcR et les NK Interférons a et b Se lient à un récepteur commun Induisent résistance au virus par induction d’inhibiteurs de la réplication Activent les cellules NK Les cellules NK épargnent les cellules qui expriment le MHC-I à niveau élevé Cytokine & Growth Factor Reviews 12 (2001) 143–156 19 La CYTOTOXICITÉ Natural Killer : le “Missing-Self” ou “Soi manquant” CYTOTOXICITÉ + + NK STOP ITAM S S CD16 (FcgRIII) KIR S S S S KAR S S (NKR-P1 Ly49) NKG2D/ DAP12 Killer cell Activatory Receptor •type FcR -> ADCC •NKR-P1, ligand ? •NKG2D •séquences ImmunoreceptorTyrosine-basedActivatoryMotives ADCC Res. CarboH. ? Ag MICA/B HLA-I Cellule cible Killer cell Inhibitory Receptor • • • ImmunoreceptorTyrosine-basedInhibitoryMotives cytoplasmique. superfamille des Ig (2 à 4 domaines, p58, NKB1), soit famille des lectines de type C (CD94/ NKG2A). reconnaissent les molécules HLA-I exprimées à la surface des cellules cibles. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 33 (2001) 1147–1150 (KAR) CD16 (FcRIII) ADCC or Ag 20 Les CMV disposent de plus d’un tour pour abuser NK gpUL40 (HLA-E) gpUL18, m144 P. Tomasec et al., 2000, SCIENCE VOL 287, 1031 H.E. Farrel et al., 1999, Immunol. Rev., 168, 187 Réponse générale aux interférons Bouttier et al., Virologie, 2008, 12, 159-173 21 dsRNA dsRNA binding proteins E3L Vaccinia Virus NS1 Influenza Virus 3 Réovirus NSP3 Rotavirus OV20.8L Orf virus Active kinase Translationally Active eiF2a PKRP PKRP PKR Inactive kinase PKR binding proteins NS5A HCV E2 HCV PK2 baculovirus Tat HIV K3L Vaccinia US11 HSV P68 IPK dsRNA RNA analogues VAI RNA Adenovirus EBER RNA EBV Tat HIV Mediators of apoptosis ICP34 HSV Translationally Inactive eiF2aP Translational rescue T Ag SV40 Mécanisme du blocage transcriptionnel par la protéine kinase activée par l’ARNdb (PKR) et son inhibition par différents virus. Rouge: produits viraux connus pour interférer avec PKR. HSV, herpes simplex virus; EBV, EpsteinBarr virus; HIV, human immunodeficiency virus; SV40, simian virus 40. 2-5(A) Synthetases dsRNA Inactive enzyme RNAaseL dsRNA binding proteins ATP 2-5(A) RL i induction (EMCV, HIV) 2-5(A) synthetase derivatives (HSV) RNAaseL Active enzyme RNAaseL RNA DEGRADATION The 2’/5’ oligo adenylate synthetase (OAS)/RNase L antiviral pathway and its inhibition by different viruses. Examples of virus-encoded dsRNA binding proteins are shown. 2-5(A), 2,5-oligoadenylates; EMCV, encephalomyocarditis virus; HIV, human immunodeficiency virus; HSV, herpes simplex virus. 22 IFN IFNa Jak2 Jak1 P Jak1 P Stat 1 Cytoplasm Stat 2 P P Stat 1Stat 1 P P Stat 3Stat 3 GAS Tyk2 P Stat 2 P Stat 1 IRF9 GAS P P Stat 3 } ISGF3 ISRE Stat 3Stat 1 Nucleus GAS JAK–SignalTransd.Activ.Transc. signaling by P IFNR. Dimeric IFN-a/b (Type I) and IFN- (Type II) R activate associated Janus kinases following ligand binding, leading to tyrosine phosphorylation of STAT proteins which multimerize, translocate to the nucleus, and bind distinct promoter regulatory elements. IFN- Rs activate mainly STAT1 dimers which bind (ifn)GammaActivatedSequ. elements. IFN- a/b receptors activate STAT1, STAT2, and STAT3, resulting in GAS-binding STAT1 and STAT3 homo- and heterodimers as well as STAT1–STAT2 heterodimers. STAT1–STAT2 heterodimers associate with the DNA binding protein IfnRespFact IRF9 to form the transcription factor ISGF3 (IfnStimGeneFact.) which binds to ISRE (IfnStimResp.Elmt.) sequences in the promoters of IFN- a/b stimulated genes. 23 Poxviruses (VV,…) Paramyxovirus (Sendaï, oreillons) vIFNR Proteasome degradation E6 E7 HDAC HPV Les voies Toll, Imd et JAK/STAT contrôlent la synthèse des peptides anti microbiens (AMP) dans le corps gras. Les gènes codant les AMP sont régulés par deux voies de transduction: la voie Toll et la voie Imd . (a) Voie Toll: l’infection active une cascade protéolytique (?) qui implique la serpine Necrotic et conduit à la maturation de Spätzle . La liaison de Spätzle sur Toll active la cascade intracellulaire entraînant la dégradation de la protéine IB-like, Cactus, et la translocation nucléaire des protéines rel: Dif et Dorsal. (b) Relish est un transactivateur de type rel/NF-B assimilable à la P105. Dans la voie Imd cette protéine est clivée, suite à l’infection, par la caspase Dredd et le complexe IKK (Ird5 et Kenny) et perd son domaine ANKyrine. La MAP3K dTAK1 interviendrait dans ce processus entre le complexe IKK et Imd.. (c) La voie JAK/STAT (ici Jak/Hopscotch) semble aussi impliquée dans la réponse à l’infection des moustiques et de Drosophila. P Tzou et al., Current Opinion in Microbiology 2002, 5:102–110 24 Parmi les 11-12 TLR connus chez les mammifères, TLR1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 9 sont impliqués dans la reconnaissance de composants microbiens. TLR2 : lipopeptides microbiens. TLR1,TLR6: + TLR2, discriminent les triacyl- des diacyl-lipopeptides. TLR4 reconnaît le LPS. TLR9: récepteur de ADN CpG. TLR3: dsARN viral. TLR5: flagellin. Famille TLR= discrimination de divers composants microbiens. Cellular Microbiology (2003) 5 (3), 143–153 Toll receptors and pathogen resistance Kiyoshi Takeda and Shizuo Akira Les récepteurs Toll-like (TLR) et leurs ligands. L. O’Neill and A. Bowie, Nat. Rev.Immuno., 2007, 7, 353. 25 Innate Sensing of Viruses by Toll-Like Receptors , KW. Boehme and T.Compton, Journal of Virology, 2004, p. 7867-7873, Vol. 78, No. 15 Ligands viraux des TLR TLR1 Lipopeptides TLR2 Protéines HCMV, Oreillons, HSV, LCMV TLR3 dsARN reovirus, rotavirus, MCMV TLR4 protéines MMTV, RSV, Cox-A TLR5 flagelline TLR6 lipopeptides TLR7 ssARN TLR8 «? TLR9 dsADN(CpG) TLR10 ? Influenza, VSV, HIV-1 HSV1, HSV2, HCMV Protéines virales: TLR1,2,4,6 extracell. Acides nucléiques: TLR 3,7,8,9 endosomiques 26 Beutler et al., 2007, NATURE REV. IMMUNOL, 7 , 753 Reconnaissance des virus par les TLR Reconnaissance cytosolique des virus par les RLH et par DAI Bouttier et al., Virologie, 2008, 12, 159-173 27 Revue en français: Bouttier et al., Virologie, 2008, 12, 159-173 28 ? 29 (RNA-induced silencing complex) si ou vi RNA mi RNA pi RNA D. J. Obbard et al.. Evolutionary aspects of RNAi, Phil. Trans. R. Soc. B (2009), 364, 99–115 30 S-W Ding, 2010, Nat. Rev. Immun., 10, 632 T. Dupressoir 2015 31 Hannon, G. RNA interference. Nature 418, 244–251 (2002) Silhavy, D., et al., 2002, The EMBO J., 21, pp. 3070-3080 Tombusvirus p19 ? DNA and histone H3 methylation in yeast and Tetrahymena RNAi roundabout: Double-stranded RNA molecules are processed into small interfering RNAs (siRNAs) by the enzyme Dicer. These siRNAs pass to the RISC (RNA-induced silencing complex), where they become unwound and activated. Gene silencing probably occurs via several mechanisms, including RNA degradation, translational inhibition, and chromatin remodeling. Revue récente: S-W Ding & O. Voinnet, 2007, Cell, 130, 413. Revue récente: S-W Ding & O. Voinnet, 2007, Cell, 130, 413. 32 33 miRNA dans les introns Э des ARNi cellulaires -> virus •Heliothis zea miRs vs. HvAV-3e •T-lymphoma cells vs. MDV infection •Liver specific miR122 ++ HCV, WNV Э aussi des ARNi viraux •EBV miR-BART2 vs. Viral DNApol->latence •HvAVmiR1 vs. DNApol •Late SVmiRs vs. Early mRNAs->lessT Ag •HCMV miR-UL112-1 vs. 3 gènes viraux de réactivation Plutôt destinés à régulation du cycle viral 34 Involvement of autophagy in viral infections: antiviral function and subversion by viruses L. Espert & P. Codogno & M. Biard-Piechaczyk Innate and Adaptive Immunity through Autophagy Dorothee Schmid and Christian Münz (2007), Immunity, 27,11-21 35 36 Autophagy 4:3, 286-289; [ 2008 ] Potential subversion of autophagosomal pathway by picornaviruses Matthew P. Taylor and Karla Kirkegaard Apoptose: mort cellulaire programmée Processus génétiquement contrôlé impliqué dans la régulation de l’homéostasie, le développement et la maturation de la réponse immunitaire à médiation cellulaire. Mise en route aussi lors de l’élimination de cellules « aberrantes », transformées ou infectées. L’apoptose de la cellule infectée constitue l’ultime recours de l’organisme contre l’infection, la transformation, le stress génotoxique. Différence de SENS dans organismes pourvus d’un SI cellulaire sophistiqué: phagocytose par les macrophages et présentation d’antigènes évitent l’inflammation. (Koyama et al, Microbes and Infection, 2, 2000, 1111-1117) 37 Extrinsic: Cell surface Death-Receptors Intrinsic: Mitochondria-associated Modulation of apoptosis during herpes simplex virus infection in human cells Martine Aubert, John A. Blaho, Microbes and Infection, 3, 2001, 859−866 Annu. Rev. Microbiol. 1999. 53:577–628 VIRUSES AND APOPTOSIS Anne Roulston, Richard C. Marcellus, and Philip E. Branton Seminars in Arthritis and Rheumatism, 2003. 32: 345-369, APOPTOSIS, Schultz, D.R. and Harrington, W.J. Jr 38 Adeno RID, E3 14.7K HCV Core SV40 LT Block PLA2, degrade Fas, block TNFR Adeno E1B 55K, E4orf6 HPV E6 HBV HBx HCMV IE2 HCV Core HTLV-1 Tax Adeno E1B Herpès v-FLIPS Inhib. Procaspase activation EBV BHRF1, Adeno E1B 19K HHV-8 KSbcl-2 Mimic .Bcl2 EBV LMP1/EBNA4 HIV Tat Upregul.Bcl2 Vaccinia E3L, K3L Influenza A NS1 HSV-1 gamma1 34.5 Baculo p35 & IAPs Pox Serpins Inhib. Interferon response Suppression of Apoptosis by viral products HHV6/7 ? HTLV TaxHIV1 Tat Upregul. TNFR Upregul. FasL HPV E7 SV40/Py LT HBV HBx Up-regul P53 Adeno E1A B19 HBV Hbx NS1 Py mT Induce sensitivity to TNF HCV core NFkappaB activation EBV EBNA3c Binds pRb Adeno E4orf4 Activates PP2A Pro apoptotic viral factors 39 Cytokines & Growth Factors Protéines secrétées, régulateurs des réponses immunes et inflammatoires. Action positive/négative en fonction de la cellule cible. Agonistes cIL-10 EGF IFN IL-12 ErbB-1 vEGF EBVIL-10 (vaccinia, myxoma, Shope fibroma) Antagonistes IFNs CD46 IFNR VV B18R Mphage IL-12 Hemmaglutinine Du V. des Oreillons Revue dans Alcami et al., Trends in Microbiology (2000), 8, 410-413 Latence virale: Virus Herpès Simplex HSV infecte les cellules épithéliales de la peau, puis se propage aux neurones sensoriels avoisinants. Le SI contrôle l’infection mais le virus persiste dans les ganglions nerveux dans un état latent (pas de transcription virale) Il est réactivé par les UV, une infection, des changements hormonaux, un stress, etc… Alors, le virus voyage le long de l’axone du neurone pour ré-infecter les cellules épithéliales. Les CTLs tuent les cellules épithéliales conduisant aux symptômes visibles. Les neurones qui ne se régénèrent pas expriment peu de CMH-I pour se prémunir contre les CTLs. Ils constituent un site privilégié pour la persistance d’un virus latent. 40 T. Dupressoir 2015 41
