MODULE DE VIROLOGIE 2010 IMMUNITE INNEE ANTIVIRALE CHEZ LES VERTEBRES

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1 MODULE DE VIROLOGIE 2010 IMMUNITE INNEE ANTIVIRALE CHEZ LES VERTEBRES Marc DALOD CIML Téléphone

2 INTRODUCTION

3 BRAINSTORMING PAR PETITS GROUPES (10 MIN) 1) Qu est-ce qu un un virus (du point de vue de l hôte / de l immunologiste)? 2) Quels mécanismes naturels de défense antivirale connaissez-vous? *chez les bactéries? *chez les plantes? *chez les vers et chez les insectes? *chez les vertébrés? 3) Qu est-ce que l immunité et qu est-ce que le système immunitaire? Existe-t-il différents types d immunité, et si oui, quand sont-ils apparus au cours de l évolution? 4) Quelles sont les maladies virales les plus répandues chez l homme? 5) Quelles sont les maladies virales les plus graves chez l homme? 6) Qu est-ce qui cause la maladie au cours d une infection virale? 7) Comment la médecine permet-elle de combattre les infections virales?

4 SCHEMA COMPARATIF SIMPLIFIE DES REPONSES IMMUNITAIRES A DIFFERENTS PATHOGENES Sites de réplication ou de résidence du pathogène extracellulaires intracellulaires sang, lymphe surfaces épithéliales cytoplasme vacuoles espaces intercellulaires exemples de pathogènes virus bactéries protozoaires champigons vers bactéries (helicobacter pylori) protozoaires champigons (candida albicans) vers virus bactéries protozoaires bactéries (mycobacterium tuberculosis) protozoaires (trypanosoma spp.) Immunité protectrice anticorps complément neutralisation phagocytose anticorps (IgA) peptides antimicrobiens RNAi RNases IFN-α/β cellules NK LT CD8 Activation des macrophages dépendante des cellules NK et des LT

5 SCHEMATISATION DES ACTEURS PRINCIPAUX DES REPONSES IMMUNITAIRES ANTIVIRALES SYSTEME IMMUNITAIRE INNE ADAPTATIF (OU ACQUIS) INNE T NK ADAPTATIF (OU ACQUIS) NK LB cellules infectées (cellules immunitaires incluses) NK IFN-α/β sirna Mφ granulocytes cellules dendritiques LT γδ LT CD8 LT CD4 cellules non infectées REPONSES INNEES HORS SYSTEME IMMUNITAIRE

6 SCHEMA SIMPLIFIE DU DEROULEMENT CINETIQUE ET DES ACTEURS PRINCIPAUX D UNE REPONSE IMMUNITAIRE ANTIVIRALE PRIMAIRE Cellules NK IFN-α/β L T CD8 anticorps charge virale Jours après infection Réponses Immunitaires innées Réponses Immunitaires adaptatives

7 LA MEMOIRE IMMUNITAIRE *capacité à combattre plus rapidement et plus efficacement un deuxième épisode infectieux (notion de réponse anamnestique) / base de la vaccination corps nse antic taire T la répon mphocyt nsité de ou lym inten i1 i2 i3 réponse primaire immunité protectrice mémoire immunitaire d1 d2 d3 1 ère exposition (éventuellement 2 ème exposition (silencieuse) exposition secondaire (silencieuse ou bénigne) symptomatique) semaines années c3 c1 c2 charg ge virale (log 10 ) temps

8 Plan du cours I. Immunité innée «hors système immunitaire» Principes généraux Exemples moléculaires Récapitulatif importance des IFN-α/β Perspectives II. Immunité innée via des cellules immunitaires Présentation des cellules et des fonctions antivirales du système immunitaire Exemple du modèle d infection des souris par le cytomégalovirus murin (MCMV) Importance des IFN-α/β et d autres cytokines innées pour la défense antivirale Importance des cellules Natural Killer (NK) Importance des cellules dendritiques (DCs) Rôle des DCs dans la production des cytokines innées (IFN-α/β, IL-12 et TNF-α) Mécanismes d activation des DCs au cours de l infection virale Aperçu de la complexité des interactions entre les effecteurs immunitaires en réponse à l infection par le MCMV Généralisation des modalités de reconnaissance initiale des virus par l hôte au cours de l infection III. Conclusions & perspectives IV. Les points essentiels à retenir Bibliographie

9 I. Immunité innée «hors système immunitaire» Réponses antivirales induites dans/par les cellules infectées qu'elles soient ou non des cellules immunitaires

10 Immunité innée «hors système immunitaire»: principes généraux Espace extracellulaire compartiment intracellulaire Protéines virales libérées dans la cellule au cours de l infection présentation antigénique -> destruction par les LT CD8 ligands activateurs t -> >destruction ti par les cellules l NK Surcharge protéique dans le RER UPR (unfolded protein response) -> apotose expression de ligands de NKG2D -> destruction par les cellules NK Accumulation d acides nucléiques viraux Activation de l interférence ARN -> destruction des ARN viraux -> inhibition réplication Activation de récepteurs cytosoliques -> IFN-α/β, blocage de la protéogenèse, apoptose Protéines virales produites pendant le cycle viral séquestration -> inhibition de la formation des virions présentation antigénique -> destruction par les LT CD8 Adapté de Mogensen, TH et al. Molecular Pathways in Virus-Induced Cytokine Production. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2001, 65: Voir cet article pour des exemples concrets et un aperçu des voies de transduction impliquées.

11 Immunité innée «hors système immunitaire»: exemples moléculaires virus déamination ADAR de l ARN larn APOBEC3G protéines virales acides nucléiques viraux TRIM5α 5 PPP-ARN Protéines PKR RIG1 2 5 OAS Mx GCN2 ARNdb séquestration séquestration MDA5 des protéines de la ADN de capside nucléocapside DAI IRFs RNase L P-eIF2α IFN-α/β protection des cellules adjacentes activation du système immunitaire autoamplification du système dégradation de l ARN larn apoptose traduction

12 Immunité innée «hors système immunitaire»: récapitulatif L infection virale peut induire dans la cellule des réponses de stress avec deux types de conséquences: 1) Activation des mécanismes cellulaires de défense antivirale -lesquels? -inhibition spécifique de la réplication ou de l encapsidation virales (ex: interférence ARN ou séquestration des protéines de capsides) -apotose cellulaire -comment sont-ils induits -en réponse à la reconnaissance d acides nucléiques viraux par des récepteurs cellulaires cytoplasmiques -en réponse au stress dû au détournement de la machinerie métabolique cellulaire 2) Emission de signaux de danger du soi pour avertir les cellules voisines et le système immunitaire -lesquels? -en particulier les interférons alpha/beta (IFN-α/β) -limitation de la réplication virale dans la cellule infectée -induction de mécanismes de résistance à l'infection dans les cellules voisines -activation des cellules du système immunitaire -d autres cytokines -d autres signaux -ex: molécules membranaires capables d engager les récepteurs activateurs des cellules NK Gasser S, et al. The DNA damage pathway regulates innate immune system ligands of the NKG2D receptor. Nature. 2005;436: ex: présentation antigénique aux LT CD8 -comment sont-ils induits? -en réponse à la reconnaissance d acides nucléiques viraux par des récepteurs cellulaires cytoplasmiques -en réponse au stress dû au détournement de la machinerie cellulaire de synthèse des protéines ou des acides nucléiques

13 Immunité innée «hors système immunitaire»: perspectives L infection virale entraîne dans la cellule l activation de multiples gènes de réponse au stress (VISG pour «viral induced stress genes») dont la plupart n ont pas encore de fonction attribuée. Pour plus d informations, lire par exemple Sarkar, S.N. et al; Pour plus d informations, lire par exemple Sarkar, S.N. et al; Novel functions of proteins encoded by viral stress-inducible genes; Pharmacology & Therapeutics; 2004, 103:

14 II. Immunité innée via des cellules immunitaires

15 Quelles sont les cellules et les fonctions antivirales du système immunitaire inné? Quel est le premier type de cellule immunitaire activé? Quels sont les premiers signaux de danger reconnus et comment sont-ils reconnus? Comment s intégrent les réponses des différentes cellules du système Comment s intégrent les réponses des différentes cellules du système immunitaire inné?

16 CELLULES DU SYSTEME IMMUNITAIRE ET DEFENSE ANTIVIRALE IMMUNITE INNEE IMMUNITE ADAPTATIVE Cellule Natural Killer (NK) cellule l dendritique d plasmacytoïde (pdc) cellule dendritique conventionnelle (cdc) Lymphocyte T/B (LT/LB) Récepteurs antiviraux: récepteurs PRR (pattern recognition receptors) TcR/BcR activateurs (ex: TLR, Toll-like receptors) (T/B cell receptor) Fonctions effectrices: lyse IFN-α/β, autres cytokines lyse (LT CD8) IFN-γ apprêtement et présentation antigénique anticorps (LB) IFN- γ (LT) Mémoire: OUI ou NON? NON OUI

17 EXEMPLE DU MODELE D INFECTIONS DES SOURIS PAR LE CYTOMEGALOVIRUS MURIN (MCMV)

18 MCMV Cytomégalovirus murin Presentation générale Herpesvirus à ADN db Pathogène naturel de la souris; homologue de HCMV Tropisme large (cellules endothéliales vasculaires, hépatocytes, monocytes/macrophages, granulocytes, DC ) Pathologie due au virus et aux réponses immunitaires Figure de Modèle le mieux défini i pour l étude des réponses immunitaires innées à une infection virale Défense antivirale en partie médiée par les LT CD4 et CD8

19 Importance des IFN-α/β et d autres cytokines innées pour la défense antivirale

20 Cytokines innées produites précocemment Au cours des réponses immunitaires innées anti-mcmv Production précoce et transitoire de plusieurs cytokines innées 500 IFN-α/β U/ml pg/ml heures après infection Adapté de Ruzek, M. et al, J Exp Med, 1998

21 Importance des IFN-α/β pour la résistance au MCMV wt IFN-α/βR -/ Adapté de Presti, R.M., J Exp Med, 1998

22 Importance de l IL-12 pour la résistance au MCMV surviva al Pe ercent IL-12 +/+ IL-12 -/- IL-18 +/+ IL-18 -/- Adapté de Pien, G.J., J Immunol, 2000

23 Importance de l IFN-γ pour la résistance au MCMV wt IFN-γR -/- IFN-α/βR -/- IFN-α/β/γR -/ Adapté de Presti, R.M., J Exp Med, 1998

24 Importance des cellules Natural Killer pour la défense antivirale

25 Importance des réponses cellulaires NK pour la résistance au MCMV % survie IFN-γ γ dans le sé érum (ng/ml l) J0 J2 J2 Nb jours post-infection contôle Déplétion NK Adapté de Brown, M.G. et al. Science, Adapté de Orange, G.J. J Immunol, 1996

26 Régulation des réponses cellulaires NK anti-mcmv: rôle des cytokines innées IL-12 IFN-α/β NK IL-15 IFN-γ CYTOTOXICITE SURVIE / ACCUMUMATION Adapté de Nguyen, K. et al. J Immunol. 2002

27 Mécanisme général de reconnaissance des cellules infectées par les cellules NK Activation receptor NO LYSIS NK cells + normal cells - Inhibitory MHC-I receptor NK cells + - Activation receptor LYSIS Viral infected cells Inhibitory receptor MHC-I

28 Régulation des réponses cellulaires NK anti-mcmv: rôle du récepteur activateur Ly49H cellule l NK Ly49H + + Ly49H Ly49H LYSE m1 157 m1 157 Tiré de Brown, M.G. et al. Science, cellule infectée Adapté de Smith H.R.C. et al. PNAS, 2001 et de Arase H. et al, Science, 2001.

29 MODEL DU ROLE RESPECTIF DES CYTOKINES ET DE LY49H POUR LE DEVELOPPEMENT DE REPONSES NK A L INFECTION PAR LE MCMV ACTIVATION DES CELLULES NK DEPENDANTE DES CYTOKINES RECONNAISSANCE & LYSE DES CELLULES INFECTEES DEPENDANTE DE LY49H? CELLULE PRODUCTRICE DE CYTOKINE IFN-α/β PROLIFERATION, ACQUISITION DE LA MACHINERIE CYTOTOXIQUE LYSE + + m157 Ly49H + Ly49H m157 IL-12 + CELLULE NK PRODUCTION D IFN-γ CELLULE NK Ly49H + SECRETION D IFN-γ CELLULE INFECTEE QUI SONT LES CELLULES PRODUCTRICES D IFN-α/β ET D IL-12?

30 Importance des cellules dendritiques pour la défense antivirale

31 Rôle des DCs dans la production des IFN-α/β, de l IL-12 et du TNF-α en réponse à l infection par le MCMV

32 SOUS-POPULATIONS PHENOTYPIQUES ET FONCTIONNELLES DES DC DE LA RATE DE SOURIS sous-population DC conventionelles (cdc) DC CD8α DC CD11b DC plasmacytoïde phénotype CD11c high CD8α + CD11c high CD11b + CD11c low Ly6C + fonction présumée IL-12? Activation des LT CD8? Activation des LT CD4? production d IFN-α/β?

33 Méthodes d enrichissement des DCs MCMV, j0 Tri FACS ma arqueur rate prélèvement j1.5 1) digestion collagénase pre-tri MACS CD11c + CD11c + ma arqueur 94 4 CD11c sérum 2) incubation EDTA marqueur + CD11c 3) lyse érythrocytes t CD11c - marqueur r<1 99 marqueur - CD11c

34 Identification des cellules dendritiques plasmacytoïdes murines et étude de leur rôle pour la défense contre les infections virales (I) Production de cytokines ex vivo Impact de la déplétion des pdc sur la production d IFN-α/β A) Vérification de la pureté des tris Ly6C CD11c B) ELISA sur surnageants de cultures ex vivo cytokine (pg/ 10 6 cellules) 600 IL x10 5 IFN-α 2x BLD 0 pdc cdc Déplétion par anticorps anti-ly6c Souris mutantes % P DC 5 ) IFN-α α (pg/ml x cont trôle IFN-α (pg/ml x10 5 ) % P DC Anti-L Ly6C wt Adapté de Dalod, M. et al. J Exp Med Adapté de Allman, D. et al. Blood os L/L Ikaro

35 Identification des cellules dendritiques plasmacytoïdes murines et étude de leur rôle pour la défense contre les infections virales (II) Production de cytokines in vivo analyse par cytométrie de flux sur suspension de splénocytes totaux analyse par immunohistofluorescence sur coupe de rate 0h 30h 36h acytoïde marqueur de DC plasm < 0.1 < 0.1 < marqueur plasmacytoïde CD11c IFN-α/β contrôle isotypique 50 μm IFN-α/β IL-12p40 TNF-α Adapté de Zucchini, N. et al. Int. Immunol. 2008

36 Identification des cellules dendritiques plasmacytoïdes murines et étude de leur rôle pour la défense contre les infections virales (III) Conclusion: Les pdcs constituent la source majeure d IFN-α/β, difnα/β, dil12 d IL-12 et de TNF-α α au cours de l infection de souris par le MCMV Généralisation: D autres équipes ont monté un rôle majeur des pdcs pour la production d IFN-α/β ou pour le contrôle de la pathologie lors d infections de souris par: -HSV-1 -VSV -RSV -MHV Cependant, les pdcs ne sont pas cruciales pour ces fonctions dans toutes les infections virales. Cela peut dépendre du virus et/ou de la voie d infection. Kumagai Y, Takeuchi O, Kato H, et al. Alveolar Macrophages Are the Primary Interferon-alpha Producer in Pulmonary Infection with RNA Viruses. Immunity. 2007;27: Chez l homme, il existe une corrélation entre la capacité des pdcs à produire des IFN-α/β et la résistance à l évolution de certaines infections (HCV, HIV).

37 Mécanismes d activation des DCs en réponse à l infection par le MCMV

38 Modalités d activation des DCs par les pathogènes: Importance du profil d expression et des spécificités des voies de signalisation des PRRs dans les sous-populations de DCs: exemple des récepteurs Toll IFN-α/ββ IL-12 IFN-ββ parasites et TNF-α et IL-12 ou IL-12 ou IL-10 Adapté de: Iwasaki A. et al. Toll-like receptor control of the adaptive immune response. Nature Immunol. 2004, 5:987.

39 TLR requirements for systemic IFN-I production during MCMV infection * ** ** se erum IFN N-α (pg/m ml) 0 0 C57BL/6 MyD88 -/ C57BL/6 TLR7 -/ TLR9 -/ TLR7 -/- TLR9 -/ /- /- /- /- Adapted from: Zucchini N et al. Cutting edge: Overlapping functions of TLR7 and TLR9 for innate defense against a herpesvirus infection. J Immunol. 2008;180(9):

40 TLR requirements for pdc IFN-I production in vivo during MCMV infection Adapted from: Zucchini N et al. Cutting edge: Overlapping functions of TLR7 and TLR9 for innate defense against a herpesvirus infection. J Immunol. 2008;180(9):

41 TLR requirements for survival to MCMV infection A B f survivor Percentage o PFU f survivor ercentage of P PFU Number of days after infection Number of days after infection C57BL/6 NS TLR7 -/- TLR7 -/- TLR9 NS -/- p < 0.01 p< TLR9 -/- p< TLR7 -/- TLR9 p = /- TLR7 -/- TLR9 -/- MyD88 -/- NS MyD88 -/- NS p < 0.01 NS Adapted from: Zucchini N et al. Cutting edge: Overlapping functions of TLR7 and TLR9 for innate defense against a herpesvirus infection. J Immunol. 2008;180(9):

42 TLR requirements for pdc cytokine production during MCMV infection viral products early endosome TLR9 MyD88 TLR7 IRF7 IFN-α/β TNF-α (?) IRF5 TLR9 MyD88 late endosome / lysosome pdc IL-12p70

43 A model for pdc initiation of inflammation and innate immune responses during MCMV infection pdc MIP-1α DC MATURATION TNFα RECRUITMENT OF INNATE EFFECTORS TO SITES OF VIRAL REPLICATION IL-12 IFN-γ PRODUCTION IFN-Ι cdc NK IL-15 ACQUISITION OF THE CYTOTOXIC MACHINERY IL-15 AND IL-15-Rα INDUCTION PROLIFERATION AND SURVIVAL Compiled from: from: Dalod M et al. J Exp Med. 2003;197:885; Zucchini N et al. Int Immunol. 2008;20:45; Salazar- Mather TP et al. J Exp Med. 1998;187:1; Nguyen KB et al. J Immunol. 2002;169:4279; Lucas M et al. Immunity. 2007;26:503; Fehniger TA et al. Immunity. 2007;26:798.

44 ILLUSTRATION DE LA NOTION DE SYSTEME IMMUNITAIRE: Aperçu de la complexité des interactions entre les effecteurs immunitaires dans le cadre du modèle d infection de souris par le MCMV Accumulation maturation IFN-α/β PDC Inhibition de la production d IL-12 maturation maturation PDC PDC PDC PDC accumulation CD8α CD11b IL-12 cellule NK IFN-α/β activation activation LT CD8 activation LT CD4 protection IFN-γ cytotoxicité Elimination du virus protection contre l immunopathologie

45 Généralisation des modalités de reconnaissance initiale des virus par l hôte au cours de l infection

46 Quels sont les premiers signaux de danger reconnus? Comment sont-ils reconnus? Cela dépend des virus: Ligands (témoin de l infection virale) Récepteurs (activation des défenses) Reconnaissance de signatures moléculaires virales -structure organisée de la capside??? - glycoprotéines d'enveloppe (motifs osidiques) mannose récepteur, NCR -ARNdb (localisation lysosomale) TLR3 -ARNdb (localisation cytoplasmique) MDA5 -ARNsb (localisation lysosomale) TLR7/8 -ARNsb ou ARNdb sans coiffe (localisation cytoplasmique) RIG-I -ADN CpG (localisation lysosomale) TLR9 -ADN viral (localisation cytoplasmique) DAI -molécules virales à la surface de la cellule infectée Ly49H Reconnaissance de signaux de stress cellulaire -protéines de choc thermique TLR4, CD36,??? -molécules induites par le stress (Rae, H60, Mult-1) NKG2D -IFN-αβ et autres cytokines récepteurs de cytokines (IFNαR, autres récepteurs) Les récepteurs représentés en gras présentent une expression ubiquitaire

47 Quel est le premier type cellulaire immunitaire activé? Cela dépend du virus et de sa voie d entrée dans l organisme. Probablement les pdcs en cas d infection systémique ou muqueuse, les sentinelles immunitaires locales dans les épithélia (ex. macrophages alvéolaires du poumon), éventuellement les premières cellules infectées, peut-être parfois les cellules NK... Comment s effectue la poursuite de l activation du système immunitaire inné? Activation à la fois par les facteurs solubles relargués au cours de la première phase et par la reconnaissance de signaux de danger directement émis par les cellules infectées (cf. voies d activation des cellules NK par exemple) Recrutement cellulaire, régulation du traffic cellulaire Quelles sont les fonctions antivirales du système immunitaire inné? Fonction effectrice antivirale directe (IFN-α/β, cytotoxicité, IFN-γ, ) Fonction immunorégulatrice: recrutement et activation des réponses immunitaires adaptatives

48 Schématisation synthétique de l état actuel des connaissances sur les voies moléculaires d induction et le mode d action des réponses immunitaires innées antivirales Tiré de Pichlmair, A. et al. Immunity

49 Quelques jalons historiques de la dissection des réponses immunitaires antivirales 1885: Conception du vaccin contre la rage 1957: découverte des interférons-alpha/beta (IFN-α/β), 50 ème anniversaire en : découverte du complexe majeur d histocompatibilité 1973: Découverte des cellules dendritiques spécialisées dans la présentation de l antigène aux LT 1974: Découverte de la restriction de la présentation antigénique par le CMH 1985: identification des gènes codant pour les récepteurs T et pour les anticorps 1999: Identification des cellules l dendritiques d plasmacytoïdes (pdcs) : Identification des récepteurs cellulaires aux acides nucléiques viraux impliqués dans l induction des IFN-α/β (TLR3, TLR7, TLR9, RIG-I, MDA5, DAI) et des voies de transduction associées (MyD88, IRF1, IRF3, IRF5, IRF7, CARD9)

50 III. CONCLUSION / PERSPECTIVES

51 Rôle des réponses immunitaires innées pour l induction des réponses immunitaires adaptatives antivirales 1) Réponse lymphocytaire B notion d'anticorps neutralisants et d'anticorps facilitants 2) Réponse lymphocytaire T CD8 reconnaissance des cellules infectées élimination de ces cellule ou inhibition de la réplication virale 3) Réponse lymphocytaire T CD4 aide à la mise en place et à la maturation des réponses lymphocytaires T CD8 et lymphocytaires B IMPORTANCE RELATIVE DE CES REPONSES POUR UNE INFECTION PRIMAIRE VERSUS SECONDAIRE

52 Bases moléculaires de la reconnaissance des cellules infectées par les lymphocytes T CD8 (lymphocytes T cytotoxiques ou CTL) A) La cellule infectée synthétise et exprime des complexes peptide viral / CMH I Infection de la cellule Association peptides viraux Synthèse de protéines et molécules CMH I Export à la membrane des virales dans le cytosol dans le RER complexes CMH I+peptide B) Un CTL activé reconnaît par son TcR les complexes MHC / peptide et tue la cellule infectée Les LT CD8 reconnaissent à la surface des cellules l infectées des complexes constitués d une molécule du CMH de classe I associée à un peptide viral TcR lyse MHC I + peptide

53 Génération des lymphocytes T cytotoxiques (CTLs) Les lymphocytes T cytotoxiques (CTLs) sont générés par activation spécifique des LT CD8 naïfs. ~100 LT CD8 naïfs spécifiques du même complexe MHC-I+peptide chez la souris (Blattman et al., J. Exp. Med., 5: , 2002) Les LT CD8 naïfs sont activés dans les ganglions lymphatiques par les DC matures L activation des LT naïfs par les DCs nécessite 3 types de signaux: Signal 1 = complexe MHC-peptide -> engagement du TcR Signal 2 = co-stimulation (e.g. CD86 -> engagement de CD28) Signal 3 = cytokines innées (e.g. IL-12, IFN-α/β) et/ou aide des LT CD4 Pour le signal 3, particularité des réponses T CD8 antivirales: possibilité d induction indépendante des LT CD4 mais dépendante des IFN-α/β Importance des signaux de dangers reçus par les DCs dans la détermination de la nature des signaux 2 et 3 délivrés aux LT CD8 naïfs: rôle de l immunité innée

54 1) DC IMMATURE IFN-β bactérie MHC I /peptide IL bactérie endocytose TLR4 LPS CD40 LPS TLR4 CD40L DC 2) MATURATION MHC II/ Ii DC LT CD8 + CD28 CD40 CD86 4) PRIMING DES LT CD8 IFN-β production IFN-β DC de cytokines IL-12 DC DC CD apprêtement de l antigène MHC II /peptide + CD28 CD40 CD40L LT CD4 IL-12 3) PRIMING DES LT CD4 LICENSING POUR L ACTIVATION DES LT CD8 +

55 Comparaison immunité innée / adaptative: immunité Innée Adaptative spécificité Large très spécifique récepteurs Récepteurs de reconnaissance Anticorps et de motifs moléculaires récepteurs des LT (TcR) (Pattern recognition receptors, PRR) gènes Récepteurs codés par l ADN germinal récepteurs générés par (germline encoded) recombinaison somatique tolérance Imparfaite précise (le plus souvent)

56 COMPLEMENTARITE DES SYSTEMES IMMUNITAIRES INNES ET ADAPTATIFS (I) NK anti-viral response + NK cells Activation receptor Viral infected cells Inhibitory receptor CD8 anti-viral response Effector CD8 T cell Viral infected cells

57 COMPLEMENTARITE DES SYSTEMES IMMUNITAIRES INNES ET ADAPTATIFS (II) Intervention à des moments distincts de l'infection Plus le nombre de pressions de sélections exercées est petit, plus grand est le risque d'échappement viral Echappement viral aux réponse immunitaires innées Echappement viral aux réponses immunitaires adaptatives Mémoire immunitaire et limitation des infections secondaires

58 CE QU'IL RESTE A COMPRENDRE DES REPONSES IMMUNITAIRES ANTIVIRALES QUELS SONT LES CORRELATS DE PROTECTION CONTRE LE DEVELOPPEMENT DU SIDA (VIRUS VIH-1) OU D UNE HEPATITE GRAVE (VIRUS DE L HEPATITE C)? ROLE DES CELLULES DU SYSTEME IMMUNITAIRE INNE COMMENT LES DIFFERENTES PHASES DES REPONSES IMMUNITAIRES ANTIVIRALES SONT-ELLES CONNECTEES? COMMENT L'HISTOIRE IMMUNITAIRE D'UN INDIVIDU INFLUE-T-ELLE SUR SA REPONSE A L INFECTION PAR UN NOUVEAU VIRUS? Histoire immunitaire et modelage des réponses antivirales Péché antigénique originel (Zinkernagel) Cross-réactivité, attrition des réponses mémoires (R Welsh et Lisa Selin)

59 De l extrapolation à la santé humaine des mécanismes mis en évidence chez l animal Avantages des modèles animaux -contrôle expérimental du moment et du contexte de l infection -homogénéité génétique de la population hôte (ex. souris de laboratoire) -accessibilité directe aux relations de causalité par manipulation expérimentale du système *manipulation génétique de l hôte pour en disséquer les mécanismes de résistance («forward» ou «reverse» genetic, avènement de l approche par mutagenèse aléatoire «ENU» chez la souris: voir les travaux du groupe de Bruce Beutler) *manipulation génétique éti du virus pour en disséquer les fonctions immunosuppressivesi *expériences d analyse de l impact de la déplétion d un effecteur immunitaire puis de sa reconstitution -possibilité de travailler avec un petit nombre d individus Inconvénients des modèles animaux -échantillon génétique biaisé de la population d hôtes étudiés (ex. souris de laboratoires) -possibilité de mécanismes propres à l espèce et non extrapolables à l homme -caractère artificiel des conditions expérimentales (ex. doses et voies d infection) Nature des études chez l homme -Etude le plus souvent corrélatives, sans accessibilité directe aux relations de causalité. Recherche de «corrélats de protection» chez des individus naturellement résistants à l infection ou protégés par vaccination empirique, puis mise en œuvre de protocoles vaccinaux ou immunothérapeutiques pour induire les réponses immunitaires correspondantes chez les individus sensibles. Nécessité d étudier un grand nombre d individus pour un petit nombre de paramètres. Démarche hypothético-déductive éventuellement basée sur l étude de modèles animaux. Cette approche est en train de bénéficier de l aboutissement du projet de séquençage du génome humain qui a permis l avènement d études génomiques de grande échelle par comparaison du polymorphisme génétique global chez des populations humaines sensibles ou résistantes à l infection. -Approche génétique par identification puis caractérisation d individus présentant divers types d immunodéficiences héréditaires (voir les travaux des groupes d Alain Fisher et Jean-Laurent Casanova) Bilan *Les études des mécanismes de résistance immunitaires aux infections chez l animal ont permis des avancées considérables dans la compréhension fondamentale du fonctionnement du système immunitaire des mammifères, souvent extrapolables à l homme (ex. récent de la découverte des TLRs et des RLRs) *Il existe des divergences apparentes significatives dans l importance relative des certains effecteurs immunitaires qui peuvent en partie s expliquer par la différence dans le contexte de l infection et dans la nature des paramètres examinés (ex. de la forte sensibilité des souris TLR9-KO ou MyD88-KO à divers virus contrastant avec la relativement bonne résistance des hommes IRAK-4-KO aux infections virales)

60 IV. LES POINTS ESSENTIELS A RETENIR

61 Virus: Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires composés essentiellement de protéines et d acides nucléiques Enveloppés ou non Niveaux variables de complexité (codent de 7 protéines à plus de 100 protéines) Voies multiples et variées de transmission Infection des cellules permissives de l hôte: notion de TROPISME Infections locales versus systémiques Virémie primaire versus secondaire I /t d i f ti Issues/types d infections Aiguë/ latente/ chronique/ transformation

62 Réponses immunitaires aux virus : Innées hors système immunitaire défenses antivirales cellulaires voies de MDA5, de RIG-I, et de DAI pour la production d IFN-α/β, voie de la PKR, interférence ARN emission de signaux de dangers ligands de NKG2D, IFN-α/β Système immunitaire inné Cytokines (IFN-α/β, IFN-γ, IL-12, IL-18, IL-15, ) cellules dendritiques (production de cytokines, activation des cellules cytotoxiques, ) cellules NK (lyse des cellules infectées, production d IFN-γ, ) Système immunitaire adaptif: LT CD8 (lyse des cellules infectées, production d IFN-γ et d autres cytokines, inhibition de la réplication virale, ) LT CD4 (aide aux LT CD8 et aux LB, production d IFN-γ, ) LB (production d anticorps qui peuvent être neutralisants ou facilitants, ADCC) Effets néfastes pour l hôte: immunopathologie

63 Stratégies virales d échappement aux réponses immunitaires Stratégie du cheval de Troie = se cacher du système immunitaire Diminution de l expression de molécules immunitaires (ligands des récepteurs activateurs de cellules NK, CMH de classe I, interféronsα/β ) Variation antigénique (sélection de mutants d échappement) Interférence avec la réponse immunitaire analogues de cytokines ou de chimiokines analogues de récepteurs de la famille du TNF Molécules inhibitrices des voies d activation induites par les interférons ou d autres cytokines Tolérance

64 Méthodes de contrôle des pandémies: Santé publique, hygiène VACCINS Vivants: atténués Inactivés: tués Avantages/ désavantages Chimiothérapie antivirale Chimiothérapie antivirale Ciblage d un processus biologique propre au virus Eviter la toxicité cellulaire

65 Infection virale vaccination Immunité innée Immunité adaptative Immunopathologie Autoimmunité thérapie Contrôle de l infection par le système immunitaire Evasion immunitaire -immunosuppression -échappement viral (variabilité antigénique) -dissimulation prévention Mémoire immunitaire Infection persistente t ou chronique Infection hétérologue

66 Bibliographie: Livres: Immunology of Infectious Diseases, First Edition, Fundamental Immunology, Fourth Edition, 1999; Chapter 39: Immunity to Viruses. Encyclopédie Wykipedia: Introduction (1) I. Immunité innée «hors système immunitaire» (2-5) II. Immunité innée via des cellules immunitaires *cellules et fonctions antivirales du système immunitaire inné (6) *nature et mécanismes de reconnaissance des signaux de danger (2) *intégration des réponses des différentes cellules immunitaires innées (6-9) III. Immunité adaptative cellulaire *Réponses des LT CD8 (10-12) IV. Conclusions & perspectives (3, 13-20) 1. Doherty PC et al. The challenge of viral immunity. Immunity. 2007;27: Pichlmair A et al. Innate Recognition of Viruses. Immunity. 2007;27: Jouanguy E, et al. Human primary immunodeficiencies of type I interferons. Biochimie. 2007;89: Otsuka M et al. Hypersusceptibility to vesicular stomatitis virus infection in Dicer1-deficient mice is due to impaired mir24 and mir93 expression. Immunity. 2007;27: Pestka S et al. Interferons, interferon-like cytokines, and their receptors. Immunol Rev. 2004;202: Walzer T et al. Natural-killer cells and dendritic cells: "l'union fait la force". Blood. 2005;106: Kumagai Y et al. Alveolar Macrophages Are the Primary Interferon-alpha Producer in Pulmonary Infection with RNA Viruses. Immunity. 2007;27: Robbins SH et al. Natural killer cells promote early CD8 T cell responses against cytomegalovirus. PLoS Pathog. 2007;3:e van Dommelen SL et al. Perforin and granzymes have distinct roles in defensive immunity and immunopathology. Immunity. 2006;25: Kaech SM et al. Heterogeneity and Cell-Fate Decisions in Effector and Memory CD8(+) T Cell Differentiation during Viral Infection. Immunity. 2007;27: Hikono H et al. Activation phenotype, rather than central- or effector-memory phenotype, predicts the recall efficacy of memory CD8+ T cells. J Exp Med. 2007;204: Narni-Mancinelli E et al. Memory CD8+ T cells mediate antibacterial immunity via CCL3 activation of TNF/ROI+ phagocytes. J Exp Med. 2007;204: Beutler B et al. Genetic dissection of innate immunity to infection: the mouse cytomegalovirus model. Curr Opin Immunol. 2005;17: Yang K et al. Human TLR-7-, -8-, and -9-mediated induction of IFN-alpha/beta and -lambda Is IRAK-4 dependent and redundant for protective immunity to viruses. Immunity. 2005;23: Letvin NL. Correlates of immune protection and the development of a human immunodeficiency virus vaccine. Immunity. 2007;27: Deeks SG et al. Human immunodeficiency virus controllers: mechanisms of durable virus control in the absence of antiretroviral therapy. Immunity. 2007;27: Fellay J et al. A whole-genome association study of major determinants t for host control of HIV-1. Science. 2007;317: Brooks DG et al. Reprogramming of antiviral T cells prevents inactivation and restores T cell activity during persistent viral infection. J Clin Invest. 2006;116: Freeman GJ et al. Reinvigorating exhausted HIV-specific T cells via PD-1-PD-1 ligand blockade. J Exp Med. 2006;203: Pestka S. The interferons: 50 years after their discovery, there is much more to learn. J Biol Chem. 2007;282: