T-Zellen
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Molekulare Mechanismen der Pathogenese bei Infektionskrankheiten Persistenz, Latenz und Reaktivierung + Rest erworbene Immunantwort Hans-Georg Kräusslich Abteilung Virologie, Hygiene Institut INF 324, 4.OG http://www.virology-heidelberg.de Zwei Säulen der erworbenen Immunantwort Humorale Immunantwort B-Zellen produzieren Antikörper Zell-vermittelte Immunantwort T-Zellen Sekretieren Zytokine Töten infizierte Zellen Flint et al., Principles of Virology 2004 Entwicklung von T-Zellen Janeway et al., Immunobiology 2001 Drei Klassen von Effektor-T-Zellen spezialisiert auf verschiedene Antigene Zerstörung der Zielzelle Aktivierung von Makrophagen B-Zell-Differenzierung Ig-Produktion Janeway et al., Immunobiology 2001 Virus-infizierte Zellen präsentieren virale Antigene komplexiert an MHC-I auf der Zelloberfläche Janeway et al., Immunobiology 2001 MHC-Klasse I Präsentation erfordert endogene Synthese und Degradation des Antigens, Transport von Peptiden in das ER, dann Beladung von MHC-I und Transport zur Zelloberfläche Zytotoxische T-Zellen erkennen und zerstören Virus-infizierte Zellen CHO-Zelle infiziert mit Influenzavirus Janeway et al., Immunobiology 2001 Co-stimulatorische Oberflächenmoleküle auf T-Zellen T-Helferzelle (CD4+) Antigen-präsentierende Zelle (MHC-II) Zytotoxische T-Zelle (CD8+) Infizierte Zielzelle (MHC-I) Flint et al., Principles of Virology 2004 T-Helferzellen (CD4+): Th1 und Th2 Antwort Unreife CD4+ T-Helferzelle + MHC-II positive, Antigen-präsentierende Zelle Differenzierung Th2 Th1 IL-2 IL-12 IFNg IL-4 IL-5 IL-10 Zell-vermittelte Immunantwort Humorale Immunantwort Zytokinsekretion und Zytolyse B-Zellaktivierung und AK-Produktion Professionelle Antigen-präsentierende Zellen Dendritische Zelle Antigen-Aufnahme: Makropinozytose, Phagozytose, Virusinfektion Peptide, virale Antigene, Allergene Makrophage Antigen-Aufnahme: Phagozytose, Virusinfektion Intra- und extrazelluläre Pathogene B-Zelle: Antigen-Aufnahme: Antigenspezifischer Rezeptor (Ig) lösliche Antigene, Toxine, Viren Janeway et al., Immunobiology 2001 Präsentation extrazellulärer Antigene durch MHC-II Hegde et al 2003 T-Helferzellen aktivieren B-Zellen mit gleicher Antigen-Spezifität • Virus-spezifische B-Zelle erkennt Epitop auf der Virusoberfläche • Virus wird internalisiert und abgebaut • Virale Peptide werden im Komplex mit MHC-II an der Zelloberfläche präsentiert • T-Helferzelle erkennt MHC-II-Peptid-Komplex • T-Helferzelle aktiviert B-Zelle • B-Zelle produziert Antikörper gegen virales Oberflächenprotein Janeway et al., Immunobiology 2001 Stadien der Infektion und Immunabwehr Zytokin -produktion Dendritische Zellen nehmen Antigen auf Aktivierung Dendritischer Zellen Dendritische Zellen reifen präsentieren MHCII-Antigen-Komplexe wandern zum Lymphknoten Aktivieren naive T-Zellen Stimulation von Th1-Antwort Zytotoxische TZellen, Antikörper und Makrophagen eliminieren Virus Etablierung von Gedächtnis-T-Zellen Flint et al., Principles of Virology 2004 Unterscheidung Latenz vs. Persistenz Chronisch, persistierende Infektion Latente Infektion Lang andauernde Infektion (lebenslang) langandauernde Produktion von Viren oder viralen Genprodukten virusfreie Phasen mit Reaktivierung keine/späte Viruselimination i.d.R. keine Viruselimination Verlaufsformen viraler Infektionen Virusproduktion Akute Infektion Influenza Latente Infektion mit Reaktivierungen Herpesviren (HSV) Persistente Infektion LCMV, HCV Zeit Chronisch persistenter Verlauf bei Hepatitis C Titer +++++++++---+++--+++--++-++--+- HCV RNA Anti-HCV Symptome Transaminasen Normal 0 1 2 3 Monate 4 5 6 1 2 Jahre 3 4 Zeit nach Infektion Persistente Infektionen durch humanpathogene Viren Flint et al., Molecular Virology, 2004 Voraussetzungen für Persistenz • Keine zytopathischen Effekte, insbes. keine Zelllyse • Aufrechterhaltung des viralen Genoms Infektion ruhender Zellen kontinuierliche Replikation Integration in Wirtszellgenom • Entkommen der Immunantwort (immune escape) angeborene Immunität (innate immunity) erworbene Immunität (adaptive immunity) Mechanismen der Persistenzetablierung • Limitierte Genexpression (z.B. Latente Phase bei Herpesviren) • Genomische Variabilität • Geringe Virusreplikation • Hemmung der Apoptose • Replikation in Organen/Geweben mit geringer Immunkontrolle • Induktion immunologischer Toleranz • Hemmung der angeborenen Immunität (insbes. Interferone) • Hemmung der erworbenen Immunität • Direkte Zerstörung des Immunsystems Antigene Variation und Immunescape Varianten Mutationen in B-Zellepitopen Verlust der neutralisierenden Wirkung von Antikörpern Mutationen in T-Zellepitopen Verlust der zytotoxischen Zelllyse Induktion einer T-Zell Anergie (TCR-Bindung führt zu Suppression) Immunescape nur, wenn immunologisch relevante Angriffsziele betroffen C E1 E2 2 3 4B 5A 5B E2 Hypervariable Region +++++++++---+++--+++--++-++--+-++++-++--+++++-+ Virustiter 5‘ p7 B-Zell Escape Varianten bei chronischer Hepatitis C HCV RNA HVR-3 HVR-1 0 1 2 3 Monate HVR-2 4 5 6 1 2 Jahre 3 4 5 6 7 Zeit nach Infektion 3‘ Low Level Replikation als Mechanismus für Persistenz Mutationen, die die Replikationskompetenz reduzieren (Sindbis Virus) Defective interfering particles (DI) Höhere Replikation auf Grund geringerer Genomgrösse Kompetition mit Wildvirus Hemmung von Wildvirus Virus 5‘ Strukturproteine Defective interfering RNA 5‘ Nichtstrukturproteine Nichtstrukturproteine 3‘ 3‘ Low Level Replikation als Mechanismus für Persistenz Replikation in wenig permissiven Geweben/Organen Monozyten Differenzierung (CMV) Nicht-produktive Infektion Makrophagen (CMV) produktive Infektion Apoptose (programmierter Zelltod) Induktion: Virusinfektion (ds RNA, ER-Stress u.a.) zytotoxische T-Zellen (Fas-Ligand) Haupteffektoren: Caspasen (limitierte Proteolyse) Regulation: Aktivatoren (Bax); Repressoren (Bcl-2) Hemmung der Apoptose durch virale Proteine extrinsischer Weg intrinsischer Weg Flint et al., Molecular Virology, 2004 Strategien der Persistenzetablierung: Infektion von Organen/Zellen mit geringer immunologischer Kontrolle Gehirn/ZNS Blut-Hirn Schranke (Ausschluß von z.B. Komplement) keine/geringe MHC-I Expression auf Neuronen Gewebe im direkten Kontakt mit der Umwelt (Haut) Virale Persistenz am Beispiel von HPV Antigen Immun Überwachung Strategien der Persistenzetablierung: Induktion immunologischer Toleranz envelope nucleocapsid core protein polymerase TP-domain Hsc70 DNA-genome Hepatitis B Virus: Infektion Erwachsener 5-10% Chronifizierung perinatale Transmission > 90% Chronifizierung Induktion der Interferonsynthese und Hemmung durch virale Proteine IFN-α IFN-α IFN-α IFN-β IFN-α ds RNA ds RNA ? VAK IRF-3 Jak/stat IRF-3 IRF-3 IRF-7 IRF-7 virale Proteine Antiviraler Status IRF-7 IRF-7 IRF-3 virale C Virus Hepatitis Proteine NS3-Protease virale Proteine IRF-7 IFN-α IFN-α IFN-α 13x IFN-α IFN-β VAK = virus-aktivierte Proteinkinase NUCLEUS ISRE ISRE ISRE Interferon stimulated regulatory element IFN-α induzierter antiviraler Status und virale Gegenabwehr = signal transducer and LöslicheStat IFN-Rezeptoren (‚decoys‘) activator of transcription (Vaccinia Virus) Tykder = tyrosine kinase Hemmung Stat Phosphorylierung (Sendai, Parainfluenza, Herpesvirus) JAK = janus kinase Stat Degradation (Parainfluenza, Simian Virus 5) Hemmung der Di-/Trimerisierung (Adenovirus) Interferon stimulated regulatory element Inhibierung der Translationsinitiation als zellulärer Abwehrmechanismus Protein kinase, RNA activated (Pkr) Interferon induziert die Sythese von Pkr (und RNaseL) Virale dsRNA aktiviert Pkr Phosphorylierung von Pkr-Substraten u.a. eIF2α > Block der Initiation © Flint et al. Principles of Virology Virale Strategien zur Inhibierung der eIF2αPhosphorylierung Bindung an dsRNA HSV-1 Us11 Vaccinia E3L Reovirus σ3 Verhindern der eIF2α Aktivierung des zellulären Phosphorylierung PKR-Inhibitors I-P58IPK HCMV Influenza dsRNA eIF2α + P PKR P PKR-bindende RNA Adeno VA RNAI EBV EBER RNA HIV TAR? P PKR PKR eIF2α P P PKR-bindende Proteine HHV8: vIRF-2 Vaccinia K3L EBV SM HCV NS5a eIF2α-Dephosphorylierung HSV-1 γ34.5 Virale Inhibitoren des Interferonsystems(1) Flint et al., Molecular Virology, 2004 Virale Inhibitoren des Interferonsystems(2) Flint et al., Molecular Virology, 2004 Hemmung der Antigenpräsentation durch virale Proteine Flint et al., Molecular Virology, 2004 Hemmung der Antigenpräsentation Flint et al., Molecular Virology, 2004 Extrembeispiel einer persistenten Infektion: HIV Infektion und Zerstörung immunologischer Regulatorzellen Flint et al., Molecular Virology, 2004 Extrembeispiel einer persistenten Infektion: HIV Flint et al., Molecular Virology, 2004 Mechanismen der Persistenzetablierung • Limitierte Genexpression (z.B. Latente Phase bei Herpesviren) • Genomische Variabilität • Geringe Virusreplikation • Hemmung der Apoptose • Replikation in Organen/Geweben mit geringer Immunkontrolle • Induktion immunologischer Toleranz • Hemmung der angeborenen Immunität (insbes. Interferone) • Hemmung der erworbenen Immunität • Direkte Zerstörung des Immunsystems
