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Echappement viral au système immunitaire: Immuno-évasion

Dr. Isabelle CREMER MCU Université Paris 6 U8 INSE2RM, équipe 13: Microenvironnement immunitaire et tumeurs Centre de Recherche des Cordeliers. 75006 Paris E-mail: isabelle.cremer@crc.jussieu.fr Novembre 2011

Subversion: Cas du cytomégalovirus (CMV)

Organisme pathogène: Multiplication Propagation

Mécanismes de défense: Immunité innée Immunité adaptative Apoptose Vaccination

Echappement aux mécanismes de défense de l’individu infecté Evolution des virus: mutations, interactions complexes avec le système immunitaire adaptatif

Comment échapper au système immunitaire?

Interférence avec le système du complément

Inhibition des réponses antivirales faisant intervenir les IFN de type I (IFNα et IFNβ)

Inhibition des réponses cytokiniques inflammatoires (IL-1, TNF-α) Dérégulation de la production des cytokines (de type Th1)

Interférence avec les mécanismes de présentation antigénique par les molécules de classe I et II du CMH

Modulation des fonctions effectrices des lymphocytes T

Inhibition de l’apoptose des cellules infectées

Le Cytomégalovirus (CMV):HHV5

Sous-groupe β de la famille des virus de l’herpès, 230 kbp, 200 ORF Infection latente et persistante durant toute la vie de l’individu. Individu immunocompétent: pas de maladie. Transmission sporadique.

Modulation de l’immunité innée, de l’inflammation, de l’immunité adaptative.

Responsable de maladie sévère chez les enfants et les adultes immunodéprimés (transplantés, infectés…)

Infection latente et persistante: mécanismes viraux qui déjouent le système immunitaire.

1) Sensibilité des cellules infectées à l’apoptose

Cellules Hela Cellules Hela IE1 Cellules Hela IE2

Immunofluorescence en microscopie confocale: Cellules Hela exprimant constitutivement les protéines virales IE1 ou IE2 Double marquage: iodure de propidium (ADN/ rouge)

TdT (cassures de l’ADN/vert)

Cellules Hela traitées pendant 8h avec TNF-α + CHX

(Zhu H. et al. 1995 J. Virol. 69: 7960)

Les protéines virales IE1 et IE2 inhibent l’apoptose induite par le TNFα (contrairement à l’irradiation par les UV)

Les protéines IE1 et IE2 inhibent l’apoptose induite par TNF-α

(Poncet D. et al. 2004 JBC. 21:22605)

Immunofluorescence en microscopie confocale: Cellules Hela exprimant neo ou vMIA traitées à la staurosporine Double marquage: ac anti Bax (rouge)

ac anti cytochrome (vert)

vMIA (UL37) recrute Bax dans la mitochondrie

A. Cellules neo non traitées: marquage de Bax diffus. + STS: colocalisation de Bax et cyt c. Cellules vMIA: Bax est constitutivement colocalisé avec le cyt c.

A B

B. Cellules vMIA traitées avec agents inducteurs de l’apoptose, blocage du relarguage du cytochrome c et de la condensation de la chromatine.

(Staletskaya A. et al. 2001 PNAS 98:7829)

vICA (UL36) inhibe l’apoptose induite par Fas

vICA diminue l’apoptose induite par un traitement des cellules par anti-Fas

vICA (UL36) inhibe l’activation de la caspase 8

vICA inhibe l’activation de la caspase 8, le processing de BID et le clivage de PARP (WB)

(Staletskaya A. et al. 2001 PNAS 98:7829)

vICA forme un complexe avec la caspase 8 mais pas avec FADD (IP myc/WB casp8)

L’apoptose: transduction du signal

vMIA:UL37, inhibe Bax

(Benedict C.A. et al. 2002 Nature immunol. 3:1013)

Régulation par les virus de la voie apoptotique extrinsèque

vICA:UL36 s’associe à la caspase 8 et bloque son activation (n’a pas de DED)

(Benedict C.A. et al. 2002 Nature immunol. 3:1013)

IE1 et IE2: blocage apoptose induite par TNF-α

2) Présentation antigénique (action sur les molécules de classe I et II du CMH)

Interactions avec le CMH

(Tortorella et al. Annu. Rev. Immunol. 2000, 18:861)

HCMV induit une down-regulation des chaînes lourdes du CMH I (mécanismes post-traductionnels). Dans les cellules infectées par HCMV, les molécules du CMH I ont un temps de demi-vie très court, et sont dégradées rapidement après leur biosynthèse.

Interactions avec le CMH I

US3/US10 Retient les molécules de classe I dans le RE. Inhibe maturation de chaîne lourde.

US6 localisée dans ER, membrane gp, Inhibe TAP

pp65 Inhibe la génération de peptides antigéniques: Phosphoryle les antigènes IE dès leur synthèse.

US2/US11 translocation des chaines lourdes du CMH I vers le cytoplasme: dégradation par le protéasome

(Tortorella et al. Annu. Rev. Immunol. 2000, 18:861)

Mutants du CMV dépourvus de la région génomique US2 à US11(région dispensable pour la réplication virale) sont incapables d’inhiber l’expression des molécules du CMH I. L’expression d’une des protéines gpUS2, gpUS3, gpUS6 ou gpUS11 est suffisante pour empêcher la translocation des protéines du CMH I à la surface cellulaire.

(Mocarski E.S. et al. Cellular. Microbiol. 2004, 6:707)

US2 inhibe l’expression des molécules de classe II du CMH à la surface des cellules infectées. US2 cible les molécules HLA DR-α et DM-α vers la dégradation par le protéasome.

Interactions avec le CMH II

(monocytes/macrophages)

APC

MHC II+

(cellules dendritiques)

HCMV

Cellules Endothéliales

MHC II+

Protéines virales dans les endosomes Entrée des Ags viraux dans le compartiment MHC II

HCMV pourrait empêcher la présentation des Ags en bloquant la présentation par le CMH II

(Tomazin R. et al. Nature Medicine 1999, 5:1039)

Exemple de US2

1) L’expression ou la stabilité du CMH II est diminuée dans les cellules U373 infectées par HCMV, mais pas dans les cellules infectées par le HCMV mutant (manque US2, US3, US6, US11)

2) US2 ou US3 diminue l’expression ou la stabilité du CMH II dans les cellules U373 MHC II+ (CIITA)

(Tomazin R. et al. Nature Medicine 1999, 5:1039)

La diminution d’expression du CMH II est corrélé avec l’inhibition de la présentation d’Ags exogènes aux cellutes T CD4+.

U373

CMH II +/- US2+/-

+ Ag Mtb 39 + T CD4+

Clone spécifique pour Mtb 39

Expérience:

Mtb 39 protéine de mycobacterium tuberculosis

Test ELISA

3) HCMV et cellules NK

- Code des homologues (UL16, UL18) des gènes des molécules de classe I du CMH - Peuvent servir de leurre pour les cellules NK par fixation des récepteurs inhibiteurs et inhibition de la cytotoxicité NK dépendante, en absence des molécules de classe I du CMH de l’hôte infecté.

(Orange J.S. et al. Nature Immunol. 2002, 3:1006)

Mécanismes d’échappement aux réponses NK

Protéine virale Mécanisme d’action Effet sur les cellules NK

UL18 Homologue du CMH I

Inhibition du CMH I

Interférence avec les récepteurs activateurs et leurs ligands

Inhibition de la cytotoxicité

US2/US3/US6/US10/US11

Inhibition des fonctions NK Inhibition de la cytotoxicité

UL18 Inhibition de la cytotoxicité Augmentation expression HLA-E

UL16 Inhibition de la cytotoxicité et de la production d’IFNγ

Bloque l’interaction entre NKG2D-DAP10 et ULBP (se fixe sur ULBP1,3 et MICB)

(d’après Orange J.S. et al.Nature Immunol. 2002, 3:1006)

UL142 (Wills M.R. JI. 2005)

Homologue du CMH I Inhibition de la cytotoxicité

4) Migration des leucocytes

HCMV et chimiokines US27/US28/UL33

Protéines homologues aux récepteurs des chimiokines de type CC

(Bodaghi B. et al. J. Exp. Med 1998, 188:855)

HFF1 + HCMV

fibroblastes

ELISA RANTES /RT-PCR: RANTES MCP-1 actin

La production RANTES est induite par HCMV 24 h après l’infection, puis diminue: indétectable à 72 h (A) Cette diminution n’est pas due à une diminution à une répression de la transcription de RANTES (B)

B

RANTES MCP-1

CCR1 CCR2 CCR3

CCR1 CCR2 CCR3

Expression non détectée dans les cellules HFF1 infectées ou non par HCMV

Génome de HCMV: 3 protéines virales ont des homologies avec les récepteurs de type CC: UL33, US27, US28.

UL33, US28 détectées 8 h après infection US27 détectée 48 à 72 h après infection

Question: Les chimiokines de type CC se fixent-elles sur ces récepteurs codés par le virus?

(Bodaghi B. et al. J. Exp. Med 1998, 188:855)

Fixation de MIP-1α sur les cellules HFF infectées

MIP-1β, RANTES, MCP-1 et MCP-3 se fixent sur le même récepteur que MIP-1α sur les cellules infectées

Mutants de HCMV ont été obtenus:

RV91 dépourvu du gène US27 RV92 dépourvu du gène US28 RV101 dépourvu de US27 et US28

(Bodaghi B. et al. J. Exp. Med 1998, 188:855)

Absence de fixation de MIP-1α sur les cellules infectées par les mutants RV92 et RV101

US28 est responsable de la fixation des CC chimiokines dans les cellules infectées

US28 joue-t-il un rôle dans la déplétion de chimiokines RANTES et MCP-1 observée après l’infection des cellules par HCMV?

RANTES MCP-1

US28: rôle dans la déplétion en CC chimiokines dans le milieu de culture des cellules infectées.

(Bodaghi B. et al. J. Exp. Med 1998, 188:855)

(-US27) (-US27)

(-US28)

(-US28)

(-US27) (- US28) (-US27)

(- US28)

Surnageant 0-24h Surnageant 24-48h Surnageant 48-72h

(non infecté)

(HCMV)

(HCMV)

(non infecté)

Mécanisme:

HCMV

Cellule infectée MCP-1 RANTES

MIP-1α MIP-1β MCP-3

INTERNALISATION

CC chimiokines sont séquestrées, accumulation intracellulaire. Pas d’attraction des cellules du système immunitaire sur le lieu de l’infection

Mécanisme:

Cellule infectée

MCP-1 RANTES

MIP-1α MIP-1β MCP-3

INTERNALISATION

CC chimiokines sont séquestrées, accumulation intracellulaire. Pas d’attraction des cellules du système immunitaire sur le lieu de l’infection

5) Réponses cytokiniques

Cytokines virales UL111a

-  Homologue de l’IL-10 (27% d’identité), se fixe sur récepteur de l’IL-10 -  Inhibition de la prolifération des PBMC -  Réduit la production des cytokines pro-inflammatoires -  Augmente l’expression de HLA-G (Spencer et al. J. Virol, 2002)

CMV et IFNα

-  IFN type I: action antivirale -  Rôle important dans l’immunité anti-CMV -  HCMV bloque les réponses induites par l’IFNα - HCMV interfère à plusieurs niveaux de la voie de signalisation de l’IFNα

IRF-1 CMH I MxA 2’5’OAS

Augmentation:

Modèle d’inhibition de la voie de signalisation de l’IFNα par HCMV

(Miller D.M. et al. J. Immunol. 1999, 162:6107)

Conclusions: Le Cytomégalovirus (CMV) Interactions avec le système immunitaire

CMV humain et murin codent des protéines qui modulent:

1) la sensibilité des cellules infectées à l’apoptose

2) la présentation antigénique (action sur les molécules de classe I et II du CMH)

3) les réponses NK

4) la migration des leucocytes

5) les réponses cytokiniques