Polyomavirus - Sezione di Microbiologia

Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche
www.microbiologia.unige.it
Polyomavirus
Prof. Oliviero E. Varnier
2013
Sezione di Microbiologia – Dipartimento di Scienze Chirurgiche R Diagnostiche Integrate (DISC)
La storia
• Negli anni '30, Richard E. Shope isolò particelle virali da animali
affetti da tumore.
• Inoculando queste particelle nel coniglio domestico ottenne lo
sviluppo di un tumore uguale a quello di partenza
• Lo Shope papillomavirus del coniglio divenne così il primo
modello su mammifero di tumore provocato da virus.
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La storia
Nel 1976 Harald zur Hausen pubblicò
l'ipotesi che HPV avesse un ruolo
importante nella patogenesi del
carcinoma della cervice uterina.
Nel 2008 vince il premio NOBEL
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Il poliomavirus SV40
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PAPOVA?
MELNICK JL. Papova virus group. Science. 1962
“The papilloma, polyoma, and vacuolating agents seem to form
a natural group of tumor viruses, for which the name papova
virus group is proposed…”
I virus di questo gruppo hanno le seguenti proprietà:
Diametro di 45 mmicro
Un capside contenente DNA composto da 72 capsomeri
Assenza di lipidi, resistenza al calore, ciclo lento di replicazione
con moltiplicazione nel nucleo e tumorigenicità
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PAPOVA VIRUS
Rabbit PApilloma virus
Mouse POlyoma virus
Simian VAcuolating virus
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1971: I PRIMI ISOLAMENTI
Un paziente trapiantato di rene presenta stenosi ureterale e un nuovo virus
viene isolato dalle urine
BK polyomavirus
Un paziente affetto da linfoma di Hodgkin sviluppa leucoencefalopatia
multifocale progressiva e da un campione di tessuto cerebrale viene isolato un
nuovo virus:
JC polyomavirus
Gardner et al., 1971; Padgett et al., 1971
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SCOPERTA di NUOVI PATOGENI mediante HIGH-THROUGHPUT SEQUENCING
MacConaill & Meyerson. Nat Genet 2008
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2007-8 KI e WU poliomavirus
Da uno screening eseguito in campioni respiratori prelevati da pazienti con
infezioni del tratto respiratorio vengono isolati 2 nuovi poliomavirus:
KIV (Karolinska Institute)
WUV (Washington University)
Allander et al., 2007; Gaynor et al., 2007; Freng et al., 2008
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NUOVI VIRUS: MERKEL CELL CARCINOMA POLYOMAVIRUS (MCV)
Da campioni prelevati da pazienti
affetti da carcinoma a cellule di
Merkel:
MCV polyomavirus
Feng et al., Science 2008
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Polyomaviridae: Classificazione di Baltimore
Gruppo:
Familia:
Genere:
Gruppo I (dsDNA)
Polyomaviridae
Polyomavirus
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POLYOMAVIRUS
Viscidi et al. Science 2008
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Il virus
Genoma DNA bicatenario ~5,2 kbp
Diametro: 45 nm
Capside costituito da 72 capsomeri
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La replicazione virale
L'adesione tra il virus e le cellule dell'ospite
è mediato dalla proteina virale 1 (VP1)‫‏‬
Il virus entra nella cellula per
endocitosi e viene trasportato
direttamente nel nucleo dove
avviene la replicazione virale
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LA REPLICAZIONE VIRALE
Geni a espressione precoce
- Proteine non-strutturali
- Attivazione e trascrizione
large T antigen
Alte concentrazioni di antigene T inibiscono l'espressione dei
geni precoci e promuovono la fase tardiva del ciclo infettivo
virale.
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LA REPLICAZIONE VIRALE
Vengono espressi i geni tardivi che
codificano le proteine strutturali
virali
VP1, VP2 e VP3
L'assemblaggio di nuove particelle
virali avviene a livello nucleare
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LA REPLICAZIONE VIRALE
Il virus esce dalla cellula o via vacuoli citoplasmatici oppure, più
comunemente, i virus vengono rilasciati quando la cellula lisa a
causa degli effetti citotossici delle particelle virali
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ANTIGENI
Large T antigen
 promuove la sintesi del DNA
 modula le vie cellulari per stimolare la progressione del
ciclo cellulare
 Inibisce i “controllori della replicazione” p53 e RB
 Rischio di trasformazione oncogena per la cellula
Small T antigen ha un meccanismo d'azione
simile
Martyn K et al., 2005; Kelly WL et al., 1997; Watanabe G et al., 1996
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Polyomavirus in medicina
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Epidemiologia
 Anticorpi anti BKV sono presenti nel 50% dei bambini di
3-4 anni e in quasi il 100% dei bambini di 10-11 anni
 Anticorpi anti JCV sono presenti nel 50% dei bambini di
10-14 anni; e in circa il 75% della popolazione adulta
 Il titolo anticorpale decresce con l'età per BKV mentre
non decresce per JCV
(Shah et al., 1996; Knowels et al., 2003; Knowels et al., 2006; Khalili et al., 2007)
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INFEZIONE DA POLIOMAVIRUS
• Ingresso
apparato respiratorio
• Diffusione
ematogena (linfociti B e T)‫‏‬
• Localizzazione
rene (encefalo, cuore, milza, fegato, etc)
• Riattivatazzione nei soggetti immuno-compromessi
(Grinnel et al., 1983; Dorries et al., 2001; Mori et al., 1992; Quinlivan et al., 1992)‫‏‬
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Polyomavirus BK e JC
BK Virus
•Infetta solo l’uomo
•Nefropatia poliomavirus associata (trapiantati di rene)
•Cistite emorragica (trapiantati di midollo osseo)‫‏‬
JC Virus
•Infetta solo l’uomo
•Leucoencefalopatia multifocale progressiva (PML) in soggetti
immuno-compromessi (AIDS)‫‏‬e in pazienti trattati con nuovi
anticorpi monoclonali
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BK VIRUS
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RIATTIVAZIONE di BKV
Pazienti trapiantati di rene
•Nel 80% dei trapiantati si possono osservare viruria e viremia
da riattivazione del BKV
•Il 10% di questi pazienti andrà incontro a PVAN
•Quasi il 90% di questi perdeva il rene trapiantato
• Correla con il grado generale di immunosopressione
(Hirsh et al., 2002; Egli et al., 2007; Bonvoisin et al., 2008)
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Diagnosi
Biopsia renale: può dimostrare la presenza di inclusioni virali
nelle cellule dell’epitelio tubulare o la loro scomparsa
Ricerca miscroscopica: Osservazione di cellule uroepiteliali
con nucleo basofilo contente un’unica inclusione
Isolamento virale: inoculando campioni di urina in colture
primarie embrionali di rene
•PCR quantitativa: test più rapido e utile per il monitoraggio di
poliomavirus nei pazienti trapiantati di rene.
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SCREENING BKV
Il ritrovamento di BKV nelle urine precede di
circa:
o 4 settimane la viremia da BKV
o 12 settimane la nefropatia da BKV
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BK VIRURIA
In un reparto di trapianti, l’esame deve essere ripetuto come
indicato dalle linee guida.
È stato osservato che valori ripetuti >107 copie di BKV DNA
copie/mL di urina sono associati a nefrite.
 È stato osservato che valori ripetuti >104 copie di BKV DNA
copie/mL di siero o plasma sono associati a nefrite.
Correlazione con la clinica
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JC VIRUS
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1958
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LEUCOENCEFALOPATIA MULTIFOCALE PROGRESSIVA
• Sintomi neurologici multipli non attribuibili ad
una singola lesione anatomica:
• combinazione di disfunzioni:

parola

vista

coordinazione

Capacità di riflessione
• Seguito dalla paralisi degli arti inferiori e
superiori;
• exitus entro 2 anni.
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JCV & PML
 Il virus JC persiste nelle cellule epiteliali dei tubuli renali
 Individui affetti da PML normalmente presentano anomalie
difettive dell’immunità cellulo-mediata
 PML è una malattia a decorso fatale nel 90% dei casi
 Incidenza nella popolazione: 1 su 200.000
 Divenne molto frequente tra i pazienti affetti da AIDS in era preHAART: 1 su 20
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RIATTIVAZIONE di JCV in 9 PAZIENTI IMMUNOCOMPROMESSI
In 5 anni di monitoraggio della riattivazione da JCV sono stati
identificati: 1) una nefropatia da JCV e 5 casi di PML.
La riattivazione di JCV con viremia e/o infezione del SNC è stata
documentata in 8 pazienti:
 4 trapiantati di rene
 4 pazienti con OND: 3 con AIDS
 1 con deficit congenito di immunoglobuline e
 1 con un linfoma non-Hodgkin.
Tutti I trapiantati di rene erano viremici, 3 di questi erano anche virurici
e uno aveva una biopsia renale JCV DNA positiva.
I pazienti OND erano viremici, 2 erano anche virurici e 3 avevano JCV
DNA nel liquor con diagnosi pertanto di PML.
Sebbene JCV DNA fosse non identificabile nel liquor del paziente, la
diagnosi di PML è stata confermata dal rilevamento di JCV DNA in una
biopsia cerebrale.
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RIATTIVAZIONE di JCV in 9 PAZIENTI IMMUNOCOMPROMESSI
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