Physiopathologie des infections virales : interactions virus-hôte et réponses immunes
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Physiopathologie des infections virales : interactions virus-hôte et réponses immunes Dr J. Gozlan, Virologie, Hôpital Saint-Antoine 13 novembre 2012 Virus « bad news wrapped into proteins »… Peter Medawar (prix Nobel 1960) … signifie « poison » en latin parasite intracellulaire obligatoire Pourquoi ? un seul acide nucléïque (ADN ou ARN) pas de machinerie autorisant la production d’énergie la synthèse protéique la réplication du génome viral l’assemblage pas de multiplication autonome par division binaire parasite intracellulaire obligatoire Pourquoi ? un seul acide nucléïque (ADN ou ARN) pas de machinerie autorisant la production d’énergie la synthèse protéique la réplication du génome viral l’assemblage pas de multiplication autonome par division binaire détournement de la machinerie de la cellule infectée Hôte : notion cruciale en Virologie interactions virus-cellules bi-directionnelles retentissement des infections dépend de l’hôte infecté maladies virales opportunistes développement d’une immunité antivirale… … et de mécanismes d’échappement à cette immunité ….un virus est un programme génétique qui véhicule d’une cellule à une autre deux messages simples : reproduisez moi ! acceptez moi ! ….un virus est un programme génétique qui véhicule d’une cellule à une autre deux messages simples : reproduisez moi ! acceptez moi ! Multiplication d’un virus dans la cellule fonction de la sensibilité et permissivité de la cellule spectre d’hôte et tropisme cellulaire sensibilité capacité à être infectée pénétration permissivité capacité à « fabriquer » des virions réplication Sensibilité d’une cellule à l’infection expression de récepteurs viraux « spécifiques » … parfois pas suffisants pour autoriser l’infection … Sensibilité d’une cellule à l’infection expression de récepteurs viraux « spécifiques » … parfois pas suffisants pour autoriser l’infection … autres facteurs cellulaires, co-récepteurs Sensibilité d’une cellule à l’infection expression de récepteurs viraux « spécifiques » … ni indispensables… utilisation de structures annexes Sensibilité d’une cellule à l’infection expression de récepteurs viraux « spécifiques » … ni indispensables… utilisation de structures annexes ou via anticorps « facilitants » Sensibilité d’une cellule à l’infection expression de récepteurs viraux « spécifiques » … ni spécifiques utilisation de la même structure par différents virus interaction protéine virale/ récepteur message à la cellule phénotype cellulaire modifié parfois sans infection +++ ex : interaction HIV env et CXCR4 apoptose du lymphocyte T récepteurs et ligants : cibles thérapeutiques +++ ex : anti-CCR5 et inhibiteurs de la fusion fixation, puis internalisation du virus phénomènes dynamiques impliquant différentes molécules de surface. pinocytose : virus nus ou enveloppés fusion : virus enveloppés libération des acides nucléiques viraux transcription et réplication virale grande diversité des génomes viraux et de leur réplication +++ Cf cours de C. Deback… fixation, puis internalisation du virus phénomènes dynamiques impliquant différentes molécules de surface. pinocytose : virus nus ou enveloppés fusion : virus enveloppés libération des acides nucléiques viraux transcription et réplication virale grande diversité des génomes viraux et de leur réplication +++ implique machinerie cellulaire + enzymes virales cibles d’une chimiothérapie anti-virale spécifique Permissivité d’une cellule pour un virus capacité de subir un cycle replicatif complet production de virions néo-formés +++ toute cellule sensible n’est pas permissive infection abortive infection transformante infection latente Permissivité d’une cellule pour un virus capacité de subir un cycle replicatif complet production de virions néo-formés +++ toute cellule sensible n’est pas permissive infection abortive infection transformante infection latente l’état de la cellule hôte peut influencer sa permissivité et donc l’étendue du cycle viral Phénotype cellulaire et expression virale Exemple 1 : activation des mononucléés et VIH modulation infectabilité TNF IL-1 expression M-CSF HMGB-1 Phénotype cellulaire et expression virale exemple 2 : différenciation des monocytes et CMV Cellules endothéliales sang Macrophages tissulaires: infection CMV replicative Monocytes circulants: infection CMV abortive ou latente tissu Lien entre phénotype cellulaire et expression virale régulation essentiellement trancriptionnelle mettant en jeu des facteurs de transcriptions agissant sur certains promoteurs de gènes viraux +++ Transmission d’une infection virale a. horizontale DIRECTE fonction de la voie d’excrétion virale aérienne, foeco-orale, sexuelle INDIRECTE fonction de la robustesse ou du cycle biologique de l’élément infectieux aliments, eau, seringues, produits biologiques, vecteurs animaux Transmission d’une infection virale b. verticale : transmission « de la mère à l’enfant » Voie transplacentaire VIH, VHB, HSV rubéole, CMV, B19 Voie périnatale Maternage et allaitement VIH, HTLV1 Dissémination de l’infection virale Infection localisée multiplication restreinte au site d’entrée ex : infections respiratoires, gastro-entérites virales Pourquoi l’infection reste-t-elle localisée ? -thermo-sensibilité -polarisation des cellules épithéliales -non-permissivité des cellules plus profondes - réaction immune locale efficace Infection disséminée Dissémination sanguine par voie capillaire ou lymphoide virémie +++ Peau Capillaire Organe cible Infection épithélium VIREMIE SNC γγ lymphe Muqueuse γγ endothélium nerf dissémination tissulaire secondaire possible par infection des cellules endothéliales et/ou via leucocytes infectés et/ou par transcytose de virions libres Dissémination par voie nerveuse utilisée par certains virus neurotropes rage HSV, VZV encéphale ganglion sensoriel (latence) cellules épithéliales: i. productive Une propagation inverse (centre neurone (ganglion sensitif): latence périphérie) est ensuite possible lors des réactivations HSV ou VZV. ….un virus est un programme génétique qui véhicule d’une cellule à une autre deux messages simples : reproduisez moi ! acceptez moi ! Défenses anti-infectieuses Infection Limiter la dissémination Barrières physiques Réaction inflammatoire Détruire le pathogène Immunité naturelle (innée) Immunité spécifique et adaptative Défenses anti-infectieuses Infection Limiter la dissémination Barrières physique Détruire le pathogène Réaction inflammatoire Immunité naturelle (innée) Immunité spécifique et adaptative Guérison +/- acquisition d’une protection Infections persistantes Immunité anti-virale Immunité innée : mn, heures Immunité adaptative : jours, sem facteurs solubles facteurs solubles Cellules Dendritiques Ly CD4 auxiliaires +++ CPA Macrophages Lymphocytes CD8 +++ Cellules NK +++ Lymphocytes B Immunité innée Immunité innée : les acteurs Les PRR : pattern-recognition receptors Les cellules Lyse cellules infectées NK Les médiateurs solubles monocytes/macrophages cellules dendritiques Présentation de l’Ag et initiation de l’immunité spécifique alarmines cytokines (interférons +++) complément Les PRR récepteurs qui détectent des composants microbiens : les PAMPs++ ADN CpG, ssARN, dsARN, LPS, protéines de paroi, de flagelles 3 classes de PRR RLR TLR NLR (Retinoic acid inducible gene I (RIG-I) like receptor) (Toll like receptor) (Nucleotide oligomerisation domain (NOD) like receptor) Activation MAPK et NFkB Synthèse IFNs type 1 et cytokines pro-inflammatoires activation d’une caspase Maturation IL-1β β Les interférons de type I (IFN-α α et IFN-β β) Induits précocément par les ARNm viraux, dans cellules infectées et cellules dendritiques, via certains TLRs activité anti-virale: . Inhibition synthèse protéines virales . Inhibition pénétration, bourgeonnement et libération AN viraux activité immuno-modulatrice . Stimulation activité NK . Stimulation synthèse et expression des molécules du CMH Cl I résistance à l’infection Complément : multi-complexe enzymatique, s’activant en cascade activité anti-virale virions complexes d’attaque membranaire cellules infectées différentes voies d’activation, dont la reconnaissance des complexes Ag/Ac Immunité cellulaire : Cellules NK (1) CYTOTOXICITE naturelle NON RESTREINTE par le CMH mais REGULEE NEGATIVEMENT par le CMH Lyse « spontanée » des cellules infectées par un virus sans activation antigénique ni immunisation préalable Rôle important démontré par les infections sévères associées à l’absence d’activité NK chez l’homme : herpès +++ (EBV, VZV, CMV) Cellules NK activation Signal “ON” NK RA Cellule cible + STRESS Cellule NK activée (virus) Nécrose +/- Apoptose Lyse sécrétoire GRANULES Perforine, granzymes Cellules NK Signal “ON” NK RA NK activée Cellule cible Apoptose FasL CD95 Lyse non sécrétoire : apoptose via FAS/ FASL Cellules NK activation Signal “OFF” NK RA NK Cellule cible KIR CMH Cl-I Régulation négative par récepteurs inhibiteurs (KIR) et le CMH-1 Le « zip » NK-cellule cible - signaux d’inhibition (bleu) - signaux d’activation (vert) + rôle des cytokines, chimiokines dans régulation fonction NK Immunité adaptative CPA Lymphocyte T CD4 Lymphocyte B lympho T CD4 (activation/prolifération) cytokines plasmocyte Anticorps Lympho T CD8+ (cytotoxicité) et ADCC (antibody dependant cytotoxicity) Cellules NK (cytotoxicité) macrophage LT CD4+ : Organisateur et régulateur de la réponse immune…. Activation Prolifération Production cytokine TCR CD4 Ag CMH cl II Cellule présentatrice d’Ag Cellules CD4 : profil Th1 et Th2 IFNα α IL12, IFNγγ, TGFβ Th1 immunité cellulaire IFNγγ, IL2, IL3, IL12, TNFα Th0 IL4, IL10 cellule T CD4 immature Th2 immunité humorale IL4, IL5, IL6, IL9, IL10, IL13 IL10 LT CD8+: rôle majeur dans le contrôle de l’infection … mais sous le contrôle des CD4… CD4 IL2 IFN γ β chimiokines TCR Ag CMH cl I Cellule infectée CD8 Cytotoxicité perforine granzyme apoptose Rôle du CMH dans la présentation de l’antigène aux cellules T Lympho Antigène Molécule CD4 exogène endocyté ou adsorbé 15 AA CD8 endogène « apprêté » 9 AA Cellule Présentatrice / Cible Fonctions CMH II Cell. Dendritique Macrophage Initiation Régulation CMH I Toute cellule infectée Cytotoxicité Immunité humorale Rôle des Ac Induction Induction d’un d’un profil profil Th2 Th2 des des CD4 CD4 par par les les cellules cellules dendritiques dendritiques et et les les pathogènes pathogènes activation activation des des Ly Ly B B dans dans les les ganglions ganglions PRR IL-4 Plasmo. Plasmo. B B B B B B CD40L CD40 Th2 Th2 CMH TCR B B B B B B B B IL-5 IL-10 IL-10 IL-6 Plasmo. Plasmo. Plasmo. B B Plasmo. Plasmo. Cellule présentatrice T CD4 LB immunité humorale immunité humorale Lymphocyte B plasmocyte « sérologie » anticorps - Ac facilitants - Ac neutralisants - ADCC (antibody dependant cell) cytotoxicity Anticorps sériques : caractéristiques - Destruction des virus circulants, extra-cellulaires - Importance surtout en immunité de ré-infection : rôle préventif +++ - Rôle nocif possible : * pathologies liées aux « immuns complexes » * Ac facilitants Anticorps sériques: Mécanismes d’action Neutralisation/exclusion immune receptors Host cell virus Anticorps sériques: Mécanismes d’action Opsonisation Phagocytose des complexes Ag/Ac par macrophages phagosome Fc receptor Anticorps sériques: autre mécanisme d’action Cytotoxicité Cellulaire Dépendante des anticorps (ADCC) spécificité : anticorps Cellule infectée par des virus pontage : récepteur Fc Activation et Lyse NK, Mφ φ, PNn Améliore l’efficacité et la spécificité de la lyse Immunité anti-virale Infection Limiter la dissémination Barrières physique Détruire le pathogène Réaction inflammatoire Réponse immune naturelle (innée) Réponse immune spécifique et adaptative Guérison +/- acquisition d’une protection Infections persistantes ….un virus est un programme génétique qui véhicule d’une cellule à une autre deux messages simples : reproduisez moi ! acceptez moi ! destruction de l’hôte : pas le meilleur « objectif » pour un virus sélection de virus à pathogénicité faible ou nulle phénomènes de symbiose « hôte-virus » infections virales persistantes infections virales persistantes 3 conditions sont + nécessaires 1. infection de la cellule, sans destruction 2. maintien du génome dans la cellule, y compris après division cellulaire 3. échappement à la réponse immunitaire de l’hôte : évasion immune 1. infecter la cellule sans la détruire… L’absence de cyto-pathogénicité peut résulter * d’une infection de cellules non permissives * d’une infection productive sans destruction … ou renouveler les cibles infection lytique compensée 2. maintenir son génome dans la cellule infection de cellules ne se divisant pas. HSV dans la cellule nerveuse VIH et macrophages 2. maintenir son génome dans la cellule infection de cellules ne se divisant pas. intégration au chromosome cellulaire. Rétrovirus (VIH+++) 2. maintenir son génome dans la cellule infection de cellules ne se divisant pas. intégration au chromosome cellulaire. épisomes viraux fixés au chromosome, avec réplication simultanée des génomes viraux et cellulaires EBV HHV8 3. Échapper au système immunitaire Complément LB et anticorps Phagocytes et « CPA » ADCC fièvre et inflammation LT CD4+ NK +++ cytokines : les IFNs +++ cytokines +++ Apoptose +++ CTL : LT CD8 + 3. Échapper au système immunitaire Complément LB et anticorps Phagocytes et « CPA » ADCC fièvre et inflammation LT CD4+ NK +++ cytokines : les IFNs +++ cytokines +++ Apoptose +++ CTL : LT CD8 + multiples stratégie d’échappement immunitaires développées par les virus +++ 3. Échapper au système immunitaire a. ne pas se faire reconnaître 1. expression nulle ou restreinte d’antigènes viraux * latence virale (HSV, VZV) 3. Échapper au système immunitaire a. ne pas se faire reconnaître 1. expression nulle ou restreinte d’antigènes viraux * latence virale (HSV, VZV) 2. variabilité génétique et antigénique * mutations des virus à ARN * recombinaisons (virus de la grippe, rotavirus) 3. Échapper au système immunitaire a. ne pas se faire reconnaître 1. expression nulle ou restreinte d’antigènes viraux * latence virale (HSV, VZV) 2. variabilité génétique et antigénique * mutations des virus à ARN * recombinaisons (virus de la grippe, rotavirus) 3. Régulation négative des récepteurs « de danger » (PRR) * VHB, virus du groupe Herpès 3. Échapper au système immunitaire a. ne pas se faire reconnaître 1. expression nulle ou restreinte d’antigènes viraux * latence virale (HSV, VZV) 2. variabilité génétique et antigénique * mutations des virus à ARN * recombinaisons (virus de la grippe, rotavirus) 3. Régulation négative des récepteurs « de danger » (PRR) * VHB, virus du groupe Herpès 4. interférence avec présentation des antigènes viraux a. ne pas se faire reconnaître 4. Interférence avec présentation des antigènes viraux +++ a. ne pas se faire reconnaître 3. Interférence avec présentation des antigènes viraux … gare aux VIPRs* !! * « viral proteins interferring with antigen presentation »… « Processing » du CMH et des antigènes viraux HLA interférence avec présentation inhibition du « processing » des ag viraux inhibition de l’expression du CMH Mécanismes fréquemment utilisées par les virus du groupe Herpès +++ interférence avec présentation inhibition du « processing » des ag viraux inhibition de l’expression du CMH Mécanismes fréquemment utilisées par les virus du groupe Herpès +++ répétition gly-ala de EBV EBNA 1 inhibition des molécules type TAP: HSV ICP 47, CMV US6 endocytose ou rétention CMH dans le RE ADV CMV : US3 HIV : nef et vpu EBV (vIL10) destruction des protéines du CMH CMV : US2, US11 c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 1. activité anti-NK des virus (herpes virus +++) Viral MHC class I analog NK inhibitory receptor 1 (CMV +++) NK activating receptor 3 NK inhibitory receptor Infected cell 2 NK 4 c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 1. activité anti-NK des virus (herpes virus +++) MHC class I analog NK activating receptor (CD2, NKG2D…) NK activating activating receptor ligant antagonist (CMV UL16) 1 NK inhibitory receptor 2 (CMV, HHV8, HIV) signal inhibition (HIV tat) 3 NK inhibitory receptor Infected cell NK 4 c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 1. activité anti-NK des virus (herpes virus +++) MHC class I analog 1 NK inhibitory receptor 2 NK activating receptor NK activating ligant activating receptor antagonist signal inhibition 3 NK inhibitory receptor Infected cell cytokines anti NK (vIL10…) (EBV, CMV) NK 4 c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 1. activité anti-NK des virus (herpes virus +++) MHC class I analog 1 NK inhibitory receptor 2 NK activating receptor NK activating ligant activating receptor antagonist signal inhibition 3 NK inhibitory receptor Infected cell cytokines anti NK NK 4 infection NK (HSV, HIV influenza) c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 2. atteinte directe des cellules de l’immunité adaptative ex : VIH destruction des CD4 infectés non infectés perturbation fonctionnelle des cellules présentatrices d’antigènes (CPA) infectées * VIPRs * atteinte fonctionnelle des dendritiques et des macrophages infectés c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles activités anti-IFN * synthèse IFN type 1 ex : HSV2 * inhibition de la signalisation post IFN ex : ADV, grippe , Herpesvirus et HCV +++ * recepteurs solubles (vIFNr) ex : poxV c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles Interférence avec cyto/chimiokines +++ virokines et virorécepteurs : 50 % des protéines codées par « gros » virus ADN comme Herpes ou poxvirus!! détournement de la RI au profit de la persistance/réplication virale vIL10 (CMV, EBV, pox) anti-inf et I-suppressive vTNFr, vIL-1r et v-IL-18r (pox) inhibe activité pro-inf de ces cytokines. vCXC1/2 (CMV), vMIP-1 (HHV-8) perturbation eq Th1/Th2 et du chimiotactisme c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles Virus et complément : 3 stratégies d’inhibition a) mimétisme entre protéines virales et régulateurs négatifs des voies d’activation Ex : virus de la vaccine et protéine VCP (vaccinia virus complement control protein) c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles Virus et complément : 3 stratégies d’inhibition b) synthèse de récepteurs au fragment Fc des Ig perturbation de la reconnaissance des complexes Ag/Ac : étape initiale de l’activation de la voie classique ex : protéines gE/gI du HSV ou gpI et gpIV du VZV ou UL 118/119 du CMV c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles Virus et complément : 3 stratégies d’inhibition C3 b C3 C3a Cascade enzymatique aboutissant à la formation des MACs c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles Virus et complément : 3 stratégies d’inhibition c) synthèse de leurre non fonctionnel pour le C3b ex : protéine gC du HSV C3 b C3 C3a Pas de formation des MACs c. empêcher le bon fonctionnement de l’immunité. 3.interférence avec l’action de facteurs solubles Interférence avec anticorps Fc récepteurs induits par les herpes virus +++ perturbation de opsonisation et de l‘exclusion cellules effectrices protection contre cellules effectrices de ADCC d. inhibition viro-induite de l’apoptose via mécanismes pré-cités ++++ via interférence avec signalisation pro-apoptotique 1. Signalisation « extrinsèque » death ligants, TNF… death receptors death adaptators voies des caspases mort d. inhibition viro-induite de l’apoptose via mécanismes pré-cités ++++ via interférence avec signalisation pro-apoptotique 1. Signalisation « extrinsèque » ADV E3 LMP1 (EBV) vTNFr (poxV) TNF death receptors death adaptators vFLIP (HHV-8) voies des caspases vICA (CMV…) mort d. inhibition viro-induite de l’apoptose via mécanismes pré-cités ++++ via interférence avec signalisation pro-apoptotique 2. Signalisation « intrinsèque » p53 voie bax et casp 9 voie casp 8 Caspase 3 mort d. inhibition viro-induite de l’apoptose via mécanismes pré-cités ++++ via interférence avec signalisation pro-apoptotique 2. Signalisation « intrinsèque » p53 vIMP (CMV) bcl2 homologs (EBV) voie bax et casp 9 Caspase 3 voie casp 8 vIAP (HHV8) mort Différentes modes de la persistance virale Production virale ttt anti-viral temps réplication +, à niveau variable production virale et contagiosité ex : VHB, VHC, VIH infection latente Production virale Infection chronique temps génome viral + mais réplication – réactivations épisodiques production virale et contagiosité intermittente ex : herpesviridae Différentes modes de la persistance virale Production virale ttt anti-viral temps réplication +, à niveau variable production virale et contagiosité ex : VHB, VHC, VIH infection latente Production virale Infection chronique temps génome viral + mais réplication – réactivations épisodiques production virale et contagiosité intermittente ex : herpesviridae Cette distinction n’est pas absolue, et dépend notamment de l’état immunitaire de l’hôte infection transformante Transformation des cellules infectées, en général après des années d’infection persistante ex : VHB, VHC, HTLV, HPV 16 et 18, EBV 15 % des cancers sont associés à des infections virales persistantes +++ Immuno-pathogénicité. La réaction immune n’est pas toujours favorable à l’hôte nombreux exemples +++ 1. complexes immuns 2. cytolyse hépatique et VHB 3. activation immune globale et déplétion CD4 au cours de l’infection par le VIH 4. MNI et EBV 5. Sd de Guillain Barré et infections virales 6. pneumonie à CMV chez l’allogreffé de moelle +++ Pneumonie CMV de l’allogreffé de moelle pneumopathie interstitielle gravissime, mortalité 40% même si traitement anti-viral « efficace » 1. Observations in vivo différences entre allo-greffes et auto-greffes impact de le GVHD comparaison avec sujets atteints de SIDA pneumonie CMV de l’allogreffé de moelle 2. Modè Modèle murins souris hybride F1 *MCMV seul : virus dans poumon mais pas de pneumonie *GVHD + MCMV : par pneumonie et GCV inefficace *cellularité dans le poumon : lympho du donneur souris traitée par cyclophosphamide * une seule injection de CPM : par pneumonie, GCV inefficace * perfusion continue : virus dans poumon mais pas de pneumonie souris nude * MCMV seul : virus dans poumon mais pas de pneumonie * reconstitution immune préalable : par pneumonie, GCV inefficace pneumonie CMV de l’allogreffé de moelle 3. hypothè hypothèses la pneumopathie résulte d’un conflit immunitaire entre les lymphocytes du donneur et un ag précoce du CMV faible efficacité du GCV seul +++ intérêt d’associer au GCV des Ig polyvalentes ou anti-CMV : masquage de l’épitope reconnu? pneumonie CMV de l’allogreffé de moelle 4. consé conséquences pratiques traitement de la pneumopathie CMV chez l’allogreffé de moelle : GCV + Ig +++ importance des approches préventives +++ prophylaxie traitements « pré-emptifs » en conclusion… infection virale : ne pas oublier ses partenaires, cad l’organisme infecté la cellule infecté le système immunitaire stratégies évolutionnistes développées par les virus persistance virale en dépit des mécanismes de défense de l’hôte infecté merci de l’attention… mon e-mail… [email protected] Remerciements à G. Carcelain et à C. Amiel pour certaines diapositives +++
