Funzione degli interferoni

MECCANISMI DI AZIONE DELL’IFN

Diversi tipi di stimolo inducono le cellule a produrre IFN, tra questi l’infezione da parte di virus, specialmente a RNA. L’IFN secreto dalla cellula infettata va ad agire su altre cellule, può agire anche sulla cellula stessa però è chiaro che per il tempo che questa cellula impiega a produrre l’IFN l’azione di questo non sarà molto significativa, perché la replicazione virale avrà già prodotto seri danni alla cellula. L’azione importante dell’IFN è quindi quella su altre cellule: più vicine se parliamo dell’interferone β, più lontane se parliamo dell’interferone α. L’IFN non entra nella cellula, ma si lega ai recettori di membrana che attivano una serie di segnali che vengono trasdotti al nucleo. Questi segnali a livello nucleare attivano la trascrizione di geni che producono una serie di proteine chiamate proteine effettrici dell’attività antivirale. Quello che si è visto, che amplifica notevolmente l’attività antivirale, è l’attività su altre cellule, nel senso che l’attività antivirale si trasmette anche a cellule circostanti che non sono venute a contatto diretto con l’infezione. Questo permette di amplificare notevolmente l’induzione dello stato antivirale nelle cellule. L’IFN induce lo stato antivirale con una serie molto amplia di meccanismi rappresentati in questa immagine piuttosto complessa.

Possiamo dire che quasi ogni tappa del ciclo replicativo virale può essere inibito o fortemente rallentato dall’azione dell’IFN; su alcuni virus prevalgono alcuni meccanismi, su altri meccanismi differenti. La risposta dell’IFN ai vari tipi di infezione è quindi diversa. Ci sono però meccanismi più importanti nell’induzione dello stato antivirale nella cellula che sono 2 meccanismi che bloccano la produzione degli mRNA virali. Ad esempio possono dare una riduzione del binding, ridurre la glicosilazione delle proteine, la formazione del cap,etc…

Vediamo in dettaglio i due meccanismi più importanti:

1) La prima proteina effettrice si chiama 2’5’Oligoadenilato sintetasi, ed è prodotta dalla cellula sotto lo stimolo dell’IFN e mai prodotta fino a questo momento. Questo enzima viene però prodotto in forma inattiva, questo rappresenta un meccanismo di sicurezza, di controllo della sua attività. Il sistema di attivazione infatti è dato dal RNA double strand, quindi solo nelle cellule in cui è presente RNA a doppio filamento si ha attivazione di questo enzima. L’RNA double strand, come abbiamo visto parlando dei meccanismi replicativi, è un intermedio replicativo che si forma sempre durante la duplicazione dei virus a RNA perché l’RNA polimerasi a stampo dell’RNA genomico, che sia positivo o negativo, produce sempre una molecola di questo tipo. Quindi in una fase della sintesi del genoma ci sarà comunque una molecola di RNA double strand. Ciò che si è visto è anche che virus a DNA sono in grado di produrre una molecola di RNA double strand utilizzando l’RNA polimerasi III, quindi per la trascrizione degli mRNA i virus a DNA utilizzano la RNA polimerasi II, per produrre RNA double strand la III. Per azione dell’RNA a doppio filamento la 2’5’OligoA sintetasi viene attivata e utilizzando l’ATP come fonte di gruppi adenilici sintetizza appunto dei corti oligomeri adenilici, corte sequenze di oligoadenilati: 2’5’OligoA. Questa molecola va ad attivare una ribonucleasi, normalmente presente nelle cellule ma in forma inattiva. L’azione di questa ribonucleasi è di digerire gli mRNA e quindi bloccare la traduzione delle proteine virali.

2) Prevede la sintesi, come meccanismo d’azione, di una protein fosfokinasi. Anch’essa viene prodotta in forma inattiva e attivata solo in presenza di RNA a doppio filamento e una volta attivata, prelevando un gruppo fosfato dall’ATP, va a fosforilare l’elF-2 (elongation factor-2). Questo è uno dei fattori che favorisce l’assemblaggio del complesso di iniziazione della sintesi proteica, cioè nel momento in cui la subunità maggiore lega l’mRNA si lega alla subunità minore e anche all’elF-2 che stimola l’allungamento della catena aminoacidica durante la traduzione degli mRNA. Come sapete la fosforilazione delle proteine è un meccanismo di regolazione della loro attività: una volta che elF-2 è fosforilato diventa inattivo e si blocca la produzione degli mRNA virali.

E’ ovvio che questi due meccanismi non sono in grado di discriminare gli mRNA virali da quelli cellulari, tuttavia dobbiamo tenere conto di alcuni fattori.

Innanzitutto che questi meccanismi si attivano solo se è presente l’RNA double strand e quindi solo nelle cellule infettate da virus.

L’RNA a doppio filamento abbiamo detto formarsi anche durante la replicazione dei virus a DNA, ma mentre per i virus a DNA è una molecola accessoria, per il virus a RNA è una tappa fondamentale del ciclo replicativi: durante la trascrizione dell’RNA virale si forma sempre questa molecola a doppio filamento in grandi quantitativi. Ciò ci permette di fare una considerazione: i virus a RNA sono molto più sensibili all’IFN dei virus a DNA.

Nelle cellule in cui non è in atto la replicazione virale, anche se queste due proteine vengono prodotte per lo stimolo dell’IFN, esse non verranno attivate. Nelle cellule infettate da virus dobbiamo tenere presente che è in corso una sorta di competizione tra biosintesi virale e biosintesi cellulare: il virus mette in atto una serie di meccanismi per i quali la cellula produce soprattutto prodotti virali perché il virus deve fare il possibile per replicarsi. Ciò significa che la cellula infettata da virus è impegnata soprattutto a sintetizzare proteine virali, quindi la sintesi proteica è prevalentemente virale. Nel bilancio dell’azione dell’IFN è quindi il virus che viene colpito maggiormente perché è quello che sta producendo più proteine in quel momento.

Un altro aspetto da tener presente è che queste proteine effettrici hanno un’emivita molto breve: vengono inattivate molto velocemente, quindi sono in grado di agire solo in prossimità dei comparti cellulari in cui sono attivate cioè dove c’è RNA double strand e quindi produzione di mRNA virali. Molti virus hanno la capacità di focalizzare la propria replicazione in alcuni comparti della cellula per rendere più concentrati i propri componenti. L’azione delle proteine effettrici si svolgerà soprattutto in questi comparti. La rapida inattivazione delle proteine effettrici permette di avere una minore probabilità che queste interferiscano con la traduzione dell’mRNA cellulare.

Nonostante questi meccanismi di difesa l’IFN non è una molecola totalmente priva di conseguenze sul nostro organismo. L’IFN prodotto naturalmente e a maggior ragione quello utilizzato in terapia ha importanti effetti collaterali:

  • FEBBRE : gli interferoni α e β sono degli importanti induttori della febbre e questo ha un duplice scopo: – ridurre la capacità replicativa dei virus;

– IFN α e β agiscono meglio a temperature elevate (38-39° C)

Naturalmente però la febbre provoca un danno all’ospite ed è un effetto della patogenesi virale.

  • Malessere generalizzato, dolori articolari, dolori muscolari, cefalea, nausea, vomito: sintomi di quasi tutte le malattie virali. Quasi tutte le malattie virali hanno una serie di sintomi e segni comuni proprio perché potenti induttori della produzione di IFN.

Iniziamo perciò a vedere un aspetto molto importante del corso: le modalità con cui i virus causano malattie attraverso meccanismi diretti e indiretti, tra questi ultimi troveremo proprio l’azione dell’IFN che sì ci protegge dalle infezioni virali, però è responsabile di una buona parte della sintomatologia di questo tipo di infezioni .

Oltre a questi effetti generalizzati l’IFN ha una sua tossicità organo specifica cioè dove le sintesi proteiche cellulari sono particolarmente intense si ha un effetto tossico diretto dell’IFN.

Per esempio a livello del midollo osseo abbiamo una forte azione di inibizione da parte dell’IFN, anche perché, come abbiamo già visto, l’IFN ha una forte azione di inibizione mitotica, quindi nelle regioni dove si riscontra un’elevata frequenza di mitosi, l’azione tossica dell’IFN è più marcata. Altro esempio è a livello renale dove la sintesi proteica è elevata, come anche a livello del fegato. Questi effetti sono più che altro conseguenti a terapie con interferone.

UTILIZZI TERAPEUTICI DELL’INTERFERONE

Visti gli effetti collaterali l’IFN ha un utilizzo abbastanza specifico e circoscritto in ambito terapeutico. Chiaramente gli interferoni sono più utilizzati nelle infezioni virali oppure nelle infezioni croniche. Per esempio è la terapia principale utilizzata nelle epatiti croniche sia B che C, anzi nell’epatite C è praticamente l’unica terapia possibile. Altre infezioni croniche che possono essere trattate con IFN sono le infezioni da Papilloma virus, sia i conditomi genitali che le verruche quando sono ricorrenti, cioè tendono a recidivare, possono essere trattate con applicazione locale di IFN. Anche nelle gravi forme di infezioni herpetiche quali encefalite e Zoster grave, in cui si riscontra la riattivazione nell’adulto di varicella che può essere piuttosto invalidante, si possono attuare applicazioni locali di IFN. Un utilizzo nelle fasi iniziali è come terapia della rinite causata da Rhino virus in cui viene utilizzato come spray nasale portando ad un blocco della replicazione del virus e quindi ad un miglioramento delle condizioni. L’IFN inoltre per la sua attività antitumorale è utilizzato anche nella terapia di certi tipi di tumori

Ovviamente i virus si sono evoluti per controbattere l’azione degli interferoni. In questa tabella sono riportati i meccanismi con cui alcuni virus riescono a superare il blocco dell’interferone ed è ovviamente questa lotta tra quanto efficacemente agisce l’IFN e quanto efficacemente reagisce il virus che determina o meno lo sviluppo dell’infezione virale. Però in molti casi, come vedete, il virus produce proteine in grado di andare a bloccare la protein fosfokinasi impedendo quindi la sua azione. Oppure i virus a DNA, per esempio il virus del vaiolo, vanno ad inibire la sintesi dell’RNA double strand impedendo quindi l’azione delle proteine effettrici. Altri virus sono in grado di inibire l’espressione del recettore dell’IFN, abbiamo visto che molti virus sono in grado di interferire con la trascrizione cellulare e un meccanismo usato per bloccare l’azione dell’interferone è proprio quello di bloccare la trascrizione dei recettori cellulari per esso. Le cose quindi non sono semplicissime perché se uno mette in campo un’arma l’altro cerca immediatamente di bloccarla.