Sezione di Microbiologia – Dipartimento di Scienze Chirurgiche R Diagnostiche Integrate (DISC)
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Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche
2013
Polyomavirus
Prof. Oliviero E. Varnier
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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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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
La storia
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Il poliomavirus SV40
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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
PAPOVA?
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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
KIV (Karolinska Institute) WUV (Washington University)
Allander et al., 2007; Gaynor et al., 2007; Freng et al., 2008
Da uno screening eseguito in campioni respiratori prelevati da pazienti con infezioni del tratto respiratorio vengono isolati 2 nuovi poliomavirus:
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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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Gruppo: Gruppo I (dsDNA) Familia: Polyomaviridae Genere: Polyomavirus
Polyomaviridae: Classificazione di Baltimore
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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
Il virus entra nella cellula per endocitosi e viene trasportato direttamente nel nucleo dove avviene la replicazione virale
L'adesione tra il virus e le cellule dell'ospite è mediato dalla proteina virale 1 (VP1)
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Alte concentrazioni di antigene T inibiscono l'espressione dei geni precoci e promuovono la fase tardiva del ciclo infettivo virale.
Geni a espressione precoce - Proteine non-strutturali
- Attivazione e trascrizione large T antigen
LA REPLICAZIONE VIRALE
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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
LA REPLICAZIONE VIRALE
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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
LA REPLICAZIONE VIRALE
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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
•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)
Pazienti trapiantati di rene
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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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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
BK VIRURIA
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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 pre- HAART: 1 su 2032 Di 34
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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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