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El sistema del complemento forma parte del sistema de inmunidad natural, que posee mecanismos de discriminación entre lo propio y lo ajeno. Dichos mecanismos se basan en la presencia en la superficie de las células del huésped de moléculas reguladoras que inhiben la activación del complemento.
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Actualmente se considera al sistema del complemento como un sistema altamente sofisticado que participa en la inmunidad natural y como uno de los principales mecanismos efectores de la inmunidad mediada por anticuerpos. Las consecuencias de su activación son la opsonización, que favorece la fagocitosis, la activación de leucocitos como los polimorfonucleares y los macrófagos que poseen receptores para los fragmentos pequeños del complemento y que responden a través de movimiento celular dirigido (quimiotaxis) y finalmente, la lisis de las células diana como consecuencia de la inserción en la membrana celular del complejo de ataque a la membrana. Recientemente se ha acumulado evidencia que muestra que el sistema del complemento también actúa como adyuvante aumentando y dirigiendo la respuesta inmunitaria adaptativa y también ayuda a desechar células apoptóticas.
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1. Componentes del complemento.
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Las moléculas que integran el sistema del complemento son glucoproteínas con diferentes propiedades fisicoquímicas. La mayoría de las moléculas del complemento se nombran con una letra seguida de un número (C1, C2, C3 entre otros) mientras que otras poseen nombres propios (factor B, properdina, etc.). Desafortunadamente los factores no se han descubierto en el mismo orden que indica su numeración y este es uno de los inconvenientes para el estudio del complemento. Por ejemplo, a la activación de C1 sigue la de C4 y C2. Muchos de los componentes del complemento (C2, C3, C4, C6, C7, C8, Factor B y Factor I) son polimórficos. Es decir, que aunque estas moléculas se hallan en todos los individuos, no son idénticas en todos, existen diferencias alélicas de unos a otros. Éstas se acentúan entre poblaciones y razas distintas.
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El complemento está constituido por cerca de 25 proteínas plasmáticas que actúan como enzimas o como proteínas de unión (activadoras o reguladoras) y al menos siete receptores en la superficie celular de células inflamatorias y del sistema inmunitario, que poseen especificidad hacia diferentes fragmentos de las proteínas del complemento. Todos estos componentes interactúan en una compleja cascada de acontecimientos, entre los que se incluyen la rotura enzimática de moléculas y cambios conformacionales espectaculares que generan moléculas biológicamente activas.
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2. Vías de activación del complemento.
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Se han descrito en el sistema al menos tres vías de activación, denominadas clásica, alternativa y de la lectina, que convergen en la vía citolítica a través del complejo de ataque a la membrana (MAC, del inglés membrane attack complex).
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La vía clásica requiere de la presencia de un anticuerpo específico para que el complemento sea activado. Esta vía inicia cuando el anticuerpo se une a la superficie celular y termina con la lisis de la célula. Las proteínas de esta vía son designadas de C1 a C9. Posteriormente se evidenció que no existe un orden secuencial entre éstas en la reacción, ya que C1 es seguido por C4, C2, C3 y C5, con recuperación de la secuencia de C6 a C9.
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La vía alternativa, considerada filogenéticamente la más antigua, se activa en general en ausencia de anticuerpos, por lo que se cree que es un sistema inicial de alarma que permite al huésped responder ante un patógeno invasor antes de que éste desarrolle una respuesta de anticuerpos específicos. Su activación fundamental ocurre por la presencia de polisacáridos y estructuras poliméricas similares (lipopolisacáridos bacterianos, por ejemplo los producidos por bacilos gramnegativos). Esta vía constituye un estado de activación permanente del componente C3 que genera C3b. En ausencia de microorganismos o antígenos extraños, la cantidad de C3b producida es inactivada por el Factor H. Cuando C3 se une a una superficie invasora (evade la acción del Factor H), forma un complejo con el Factor B, el cual se fragmenta por acción del Factor D en presencia de Mg++. El complejo C3bBb es altamente inestable y la vía alterna no continúa sin la función estabilizadora de una proteína circulante llamada properdina. Se forma de ese modo la C3 convertasa de la vía alterna (compuesta por C3bBb), la cual actúa enzimáticamente sobre moléculas adicionales de C3, amplificando la cascada. Incluso algo de este C3b se puede unir a la C3 convertasa y formar la C5 convertasa de la vía alterna (C3bBb3b) que activará a C6, convergiendo en los mismos pasos finales de la vía clásica. La vía alternativa se considera también como una rama de amplificación de la vía clásica, ya que uno de los componentes activados de la vía clásica puede también iniciar la vía alternativa.
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Es una especie de variante de la ruta clásica, sin embargo se activa sin la necesidad de la presencia de anticuerpos. La activación del complejo C1qrs se lleva a cabo por medio de una MBP (mannose binding protein/proteína de unión a manosa) que detecta residuos de este azúcar en las superficies bacterianas y virales. Enseguida, una segunda esterasa, la esterasa asociada a MBP (denominada MASP y de las cuales existen diferentes tipos: MASP-1, MASP-2, MASP-3 y MAP, siendo MASP-2 la más común) actúa sobre C4; el resto de la vía es similar a la clásica.
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En las fases iniciales de activación, las tres vías convergen en una enzima proteolítica inicial llamada C3 convertasa la cual se une de forma covalente a la superficie de las células diana (a través de enlaces éster con moléculas aceptoras como grupos hidroxilo o amino). En este sitio genera dos de las principales moléculas efectoras del sistema del complemento: una opsonina C3b que se une de forma covalente a la superficie del patógeno, y un péptido pequeño C3a que actúa como mediador de la inflamación. La C3 convertasa también genera a la C5 convertasa, la cual inicia los acontecimientos tardíos de la activación del complemento, que comprenden una secuencia de reacciones de polimerización en las cuales los componentes terminales del complemento interaccionan para formar el complejo de ataque a la membrana. El MAC se inserta en la bicapa lipídica de la célula diana lo que ocasiona la formación de poros con la consiguiente disrupción osmótica y lisis de la célula diana.
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Como se mencionó anteriormente, la vía clásica se activa principalmente por inmunocomplejos y se inicia por la unión de C1 al anticuerpo. C1 es un complejo pentamolecular dependiente de Ca2+ constituido por una molécula de C1q, dos moléculas de C1r y dos moléculas de C1s. Este complejo sufre un cambio conformacional que induce la activación por autocatálisis de las moléculas de C1r, que actúan sobre C1s para generar una serina esterasa activa. En estas condiciones, C1 actúa sobre C4 generando C4a activado (el cual posee actividad anafiláctica débil) y C4b; este último, aunque es muy inestable y rápidamente se convierte a iC4b, puede también formar uniones covalentes con grupos hidroxilo y amino en la superficie celular. En esta ubicación, C4 actúa como el sitio de unión para C2, que a su vez es sustrato de C1s. Esta reacción genera C2b, el cual es liberado, y C2a que permanece unido a C4b formando C4b2a, la C3 convertasa clásica. Esta enzima es específica para C3, al cual rompe para producir C3b que se une de forma covalente a la superficie de la célula diana o del patógeno. En la vía de activación, la función de C3b es la de unir C5, permitiendo que este componente sea procesado por la C5 convertasa (C4b2a3b).
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La fase final de activación de la cascada del complemento después del procesamiento de C5, es la formación de MAC a través de un mecanismo no enzimático. La formación del complejo C5-9 es idéntica, con independencia de que se trate de la vía clásica o de la vía alternativa. El ensamblaje de este complejo lítico se debe a la asociación secuencial por alta afinidad de C5b, C6, C7, C8 y C9, generándose un complejo molecular capaz de insertarse en la membrana. En la actualidad se sabe que entre 1 y 16 moléculas de C9 se pueden unir a un complejo C5b-8 sobre la membrana, lo que conduce a un agrandamiento progresivo del canal inicialmente formado por el complejo. La unión de muchas moléculas de C9 conduce a la formación de las lesiones típicas en forma de duna visualizadas al microscopio electrónico, que son resistentes al detergente y a las proteasas (Fig. 24-6). Recientemente se ha demostrado que existe una relación antigénica entre C9 y la molécula proteica citotóxica, de peso molecular muy similar, aislada de gránulos de linfocitos granulares grandes citotóxicos.
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El sistema del complemento posee a su vez mecanismos de regulación. Son proteínas solubles el factor H (H), la proteína de unión a C4 (C4BP) y el inhibidor de C1 (C1INH). Todos ellos pueden regular el complemento en la fase fluida o en la superficie de las células. Por su parte, las convertasas C3 y C5 son enzimas inherentemente lábiles, por lo que tienen una vida media relativamente corta. La velocidad de decaimiento de la convertasa C3bBb de la vía alternativa está controlada por la proteína de fase aguda “properdina” o FP, de tal manera que la velocidad de decaimiento de la convertasa disminuye en presencia de FP. Otras dos proteínas importantes son el factor de aceleración del decaimiento (DAF) (DAF, del inglés decay accelerating factor), el cual desplaza Bb de C3b y C2b de C4b y el factor de restricción homólogo (HRF) (HRF, del inglés homologous restriction factor). Estas moléculas son únicas porque limitan la activación del complemento y la lisis sobre células sólo por componentes del complemento homólogos pero no heterólogos. Otra proteína bastante estudiada es la CD59 o protectina, la cual previene la formación de MAC en células homólogas. Esta molécula se expresa ampliamente en la membrana de muchas células.
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Durante el proceso de activación del sistema molecular del complemento, se generan fragmentos con actividad biológica. Así, diversas células del organismo expresan receptores para el C3b, como los monocitos-macrófagos, neutrófilos y eosinófilos, lo que favorece que estas células fagocíticas se adhieran con más eficiencia a los elementos recubiertos por este componente del complemento, intensificando su capacidad fagocítica. Otras células como los linfocitos B pueden expresar también receptores para C3b, que al interaccionar con ellos modulan su activación y diferenciación a células plasmáticas secretoras de inmunoglobulina. Los fragmentos C3a y C5a poseen una importante actividad quimiotáctica, fundamentalmente para los neutrófilos. Ambas moléculas tienen también un claro efecto de mediadores de la inflamación, induciendo la contracción de la musculatura lisa, incrementando la permeabilidad vascular y provocando la desgranulación de los basófilos.
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3. Moléculas de reconocimiento que participan en la activación del complemento.
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C1q posee una estructura modular que consiste de seis cabezas globulares, cada una de las cuales está conectada por una hebra o fibra a una región fibrilar que está compuesta de estructuras de triple hélice tipo colágeno. La lectina de unión a manosa (MBP) y las ficolinas, que son las moléculas responsables del reconocimiento en la vía de la lectina, presentan una estructura similar a C1q.
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La MBP es una lectina tipo-C y juega un papel importante en la primera línea de defensa del huésped. Su importancia deriva de estudios clínicos en los cuales se ha visto que deficiencias en la MBP conducen a un incremento en la susceptibilidad a varias enfermedades infecciosas. La MBL pertenece a la familia de las colectinas, las cuales consisten de un dominio tipo colágeno y de un dominio de reconocimiento de carbohidratos CRD (del inglés carbohydrate recognition domain). Tres polipéptidos se pliegan entre sí para formar la subunidad estructural y 3 a 6 de estas subunidades se juntan para formar la MBL, la cual presenta un peso molecular aparente de 300 a 650 kDa. Los ligandos principales para la MBL son manosa y N-acetil-glucosamina (GlcNAc), mientras que carbohidratos que no cumplen el requerimiento estérico de contar con un anillo piranosa con grupos hidroxilo en las posiciones 3 y 4, no son reconocidos, como es el caso de la galactosa y el ácido siálico, azúcares que por lo general se encuentran en las glucoproteínas de mamíferos. La especificidad estérica de la MBL junto con las diferencias en la organización espacial de sus ligandos, permite el reconocimiento específico de carbohidratos en microorganismos patógenos, incluyendo bacterias, hongos, parásitos y virus, evitando así el reconocimiento de componentes propios no infecciosos.
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Las ficolinas, al igual que MBL son un grupo de proteínas que contienen la estructura columnar tipo colágeno. A diferencia de la MBL también poseen un dominio tipo fibrinógeno, similar a las cadenas α y β del fibrinógeno. Las ficolinas séricas son lectinas que tienen en común una especificidad de unión por GlcNAc. La función del dominio tipo fibrinógeno de las ficolinas no se conoce; sin embargo, se sugiere que podría realizar una función similar al dominio CRD de las lectinas tipo-C, lo cual sugiere que las ficolinas también pueden funcionar como receptores de patrones para discriminar a los patógenos de lo propio.
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La naturaleza relativamente tardía de la respuesta inmunitaria adaptativa significa un enorme retraso en el combate hacia microorganismos invasores que se replican rápidamente. Sin embargo, esta respuesta inmunitaria adaptativa no funciona en forma independiente, ya que prácticamente cada aspecto de ésta es controlado por una combinación de señales permisivas e instructivas, las cuales son proporcionadas por el sistema inmunitario natural. El sistema de inmunidad natural que detecta la presencia y la naturaleza de la infección, proporciona la primera línea de defensa, y controla la iniciación y determinación del tipo de respuesta inmunitaria adaptativa efectora.
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El descubrimiento reciente y la caracterización de los receptores tipo Toll (TLR, del inglés Toll-like receptors) ha mostrado que éstos juegan un papel crucial en la detección de infecciones microbianas, en la inducción de genes antimicrobianos y en el control de la respuesta inmunitaria adaptativa. Se consideran como receptores de reconocimiento de patrones (PRR, del inglés pattern recognition receptors) relevantes en el reconocimiento de “firmas moleculares”, también llamadas PAMP (del inglés pathogen-associated molecular patterns), en la iniciación de vías de señalización diferenciales, y en el control de la maduración de las CD y en la diferenciación de las células TH. En mamíferos, estos receptores han evolucionado para reconocer productos conservados únicos derivados del metabolismo microbiano. Esta especificidad les permite a las proteínas Toll detectar la presencia de una infección e inducir la activación de respuestas inflamatorias y de inmunidad natural antimicrobiana. El reconocimiento de productos bacterianos por los receptores tipo Toll expresados en la superficie de las CD dispara la maduración funcional de éstas y conduce a la iniciación de las respuestas inmunes adaptativas antígeno-específicas (Fig. 24-7).
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Los TLR comprenden una familia de receptores transmembrana tipo I, que se caracterizan por la presencia de un dominio extracelular rico en leucinas denominado LRR (del inglés leucine-rich repeat) y un dominio intracelular denominado TIR (del inglés, Toll/IL-1 receptor). En las especies de mamíferos se han descrito al menos diez TLR y parece ser que cada uno de ellos tiene una función específica en el reconocimiento inmunitario natural. Asimismo, se han identificado docenas de ligandos y probablemente en los próximos años se identifiquen muchos más. Los ligandos para los TLR poseen estructuras muy variadas, sin embargo, es posible identificar algunos aspectos comunes entre los ligandos que son reconocidos por un TLR particular. La mayoría de los ligandos identificados hasta ahora son productos microbianos conservados. Entre los mejor caracterizados se encuentra el TLR4, que funciona como el transductor de señales para el LPS, mientras que el TLR2 parece estar involucrado en el reconocimiento de un rango amplio de productos microbianos que incluyen peptidoglucanos de bacterias grampositivas, lipoproteínas bacterianas, lipoarabinomanano presente en la pared celular de las micobacterias, el lípido glucosilfosfatidil-inositol presente en Trypanosoma cruzi, así como componentes de la pared celular de levaduras. Existe evidencia experimental que sugiere que junto con el TLR2 también participan el TLR1 y el TLR6. Por su parte, el TLR3 funciona como un receptor para ARN de doble cadena (ARNds), patrón molecular producido por virus en algún momento de su ciclo de infección. El TLR5 participa en el reconocimiento de la flagelina, una proteína conservada que forma los flagelos bacterianos. Por último, el TLR9 reconoce motivos del ADN bacteriano, que constituyen potentes inmunoestimuladores, y que presentan la característica de ser secuencias ricas en CG que no presentan metilaciones (“CpG motif”), a diferencia de estas mismas secuencias que sí están metiladas en el ADN de los mamíferos.
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Recientemente se ha acumulado evidencia que muestra que otros PRR tales como los receptores “scavenger”, las lectinas tipo C y los receptores tipo NOD (NLR, del inglés Nod-like receptors), también participan en forma importante en la defensa del hospedero a través de la inmunidad innata.
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Los receptores tipo NOD son proteínas citosólicas que contienen un dominio central de oligomerización y unión a nucleótidos (conocido como NACHT o dominio NOD) así como también dominios efectores en la región N-terminal que contienen al dominio de unión a caspasas (CARD, del inglés caspase recruitment domain) y el dominio BIR (del inglés Baculovirus inhibitor of apoptosis protein repeat), que participan en la unión a moléculas de señalización río abajo, y repetidos ricos en leucina (LRR) en el extremo C-terminal (Fig. 24-8).
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Se cree que los NLR inician o regulan las vías de defensa del hospedero a través de la formación de plataformas de señalización que subsecuentemente disparan la activación de caspasas inflamatorias y del factor de transcripción NF-κB. Interesantemente, los NLR poseen una arquitectura que favorece la formación de oligómeros lo que conduce a su activación a través de la formación del “inflamosoma” o “nodosoma”, lo que permite la unión de moléculas adaptadoras y efectoras todo lo cual conduce finalmente a la respuesta inflamatoria. El análisis evolutivo de estas moléculas sugiere que existen regiones funcionales características dentro de la familia de los NLR las cuales concuerdan bien con la distribución de dominios encontrados en los distintos NLR. Importantemente, el análisis de los dominios LRR revela un nivel bajo de conservación entre los motivos de unión a ligando putativos. Lo mismo aplica en el caso de los dominios efectores que muestran diferentes interfases, lo que asegura una interacción específica río abajo con sus proteínas diana. Todo lo anterior sugiere que moléculas NLR individuales poseen funciones biológicas específicas.
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Este tipo de receptores han sido implicados como centinelas muy antiguos que median respuestas de inmunidad protectora contra patógenos intracelulares. Estudios recientes han descrito la asociación genética de los polimorfismos en los genes de los receptores tipo NOD con enfermedades inflamatorias crónicas, tales como la enfermedad de Crohn y el asma y con síndromes autoinflamatorios de muy baja frecuencia como la urticaria familiar por frío, el síndrome Muckle-Wells y el síndrome Blau. Mientras que en el pasado la variabilidad genética en los NLR puede haber sido un elemento muy importante para proporcionar versatilidad al reconocimiento de antígenos y a la defensa del hospedero, los cambios recientes en el estilo de vida de las sociedades industrializadas (por ejemplo, la higiene, la nutrición y la existencia de antibióticos) puede haber convertido la variabilidad genética antigua en mutaciones causantes de enfermedad (Fig. 24-8).
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Complejo principal de histocompatibilidad (CPH)
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El CPH es una región genética que codifica, entre otras, las moléculas de clase I y clase II. Las moléculas de este complejo son altamente polimórficas y presentan más de cuarenta alelos comunes para cada gen individual. Estas proteínas identificadas como antígenos distinguen a los miembros de una misma especie. Tanto las moléculas de clase I como las de clase II fueron reconocidas originalmente por su capacidad de inducir respuesta por parte de los linfocitos T, originándose así el rechazo de tejidos trasplantados. En la actualidad se sabe que las moléculas de clase I y clase II son las responsables de unir antígenos proteicos extraños formando complejos que son reconocidos por el TCR de los linfocitos específicos. Los antígenos que se asocian con las moléculas de clase I, son reconocidos por los linfocitos T citotóxicos CD8+, mientras que los antígenos asociados con las moléculas de clase II son reconocidos por los linfocitos T colaboradores CD4+ (Fig. 24-9).
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Las moléculas de clase I están constituidas por una glucoproteína transmembrana de 44 kDa unida de forma no covalente a un péptido no polimórfico de 12 kDa, llamado β2 microglobulina. Por su parte las moléculas de clase II contienen dos cadenas polipeptídicas polimórficas codificadas por los genes del CPH (de 31 a 34 kDa y de 29 a 32 kDa). La estructura tridimensional de ambos tipos de moléculas es similar, y pueden ser divididas en varias regiones: una región amino terminal extracelular responsable de la unión del péptido extraño, una región tipo inmunoglobulina extracelular no polimórfica, una región transmembrana y una región citoplásmica. La región de unión del péptido en clase I está formada por los dominios α1 y α2 de la cadena pesada y es en estas zonas donde radica su polimorfismo. Esta región consiste de una cavidad que puede acomodar péptidos formados por 9 a 11 residuos de aminoácidos. La estructura análoga en las moléculas de clase II está formada por los dominios α1 y β1 de las dos cadenas. El nicho en las moléculas de clase II está abierto en los extremos lo que le permite acomodar péptidos de 10 a 30 o más residuos de aminoácidos. Esta región de unión del péptido en ambos tipos de moléculas es la que determina, debido a su polimorfismo, la especificidad de unión del péptido y el reconocimiento del antígeno por los linfocitos T.
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El CPH del ser humano es muy grande y está organizado de la siguiente manera: 1) genes de clase II (HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR); 2) genes del complemento; 3) genes de citoquinas y proteínas de choque térmico (TNF, LT, LT-β); 4) genes de clase I (HLA-B, HLA-C y HLA-A). El CPH murino es más pequeño y la secuencia de los genes es la siguiente: 1) clase I (H-2K); 2) clase II (I-A, I-E); 3) genes del complemento; 4) genes de citoquinas; 5) clase I (H-2D, H-2L) (Fig. 24-10).
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La expresión de los genes del CPH está regulada a nivel de la transcripción tanto por factores específicos del tipo celular, como por estímulos inflamatorios e inmunitarios, con participación de citoquinas como el IFN-γ. En general las moléculas de clase I están presentes en prácticamente todas las células nucleadas, mientras que las de clase II se expresan principalmente en la superficie de los linfocitos B y T, macrófagos, células dendríticas y células endoteliales.
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Se encuentran entre las proteínas más abundantes de la sangre, y constituyen alrededor del 20% del total de las proteínas plasmáticas. Todas las moléculas de inmunoglobulinas producidas por una célula o clon tienen el mismo sitio de unión para el antígeno. Los anticuerpos más sencillos poseen dos sitios idénticos de unión al antígeno, uno en cada extremo de los brazos de una “Y”. Debido a la presencia de estos dos sitios, se dice que son bivalentes. La unidad estructural básica de una molécula de anticuerpo consiste de cuatro cadenas polipeptídicas: dos cadenas ligeras idénticas (L, del inglés light) con un peso molecular de 23 kDa, y dos cadenas pesadas idénticas (H, del inglés heavy) con un peso molecular de 50 a 70 kDa. Las cuatro cadenas se mantienen unidas por una combinación de enlaces no covalentes y enlaces covalentes (disulfuro). Cada cadena posee a su vez, un dominio o región variable (V) y uno o varios constantes (C). Las cadenas ligeras (kappa o lambda) poseen un dominio variable en su extremo amino y otro constante en su extremo carboxilo (VL y CL). Las cadenas pesadas están formadas por un dominio variable y por tres o cuatro constantes, dependiendo de cada isotipo (VH, CH1, CH2, CH3 y CH4). La secuencia de aminoácidos de las regiones variables de las cadenas pesadas y ligeras (dominios VH y VL) determinan la especificidad del anticuerpo. Esta región variable de las inmunoglobulinas puede ser a su vez un posible antígeno, y se le denomina idiotipo, mientras que al anticuerpo que la reconoce recibe el nombre de antiidiotipo.
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Las enzimas proteolíticas papaína y pepsina pueden cortar las moléculas de anticuerpos en diferentes fragmentos, con funciones específicas. La papaína produce dos fragmentos idénticos y separados (Fab, del inglés fragment antigen binding), con un sitio de unión para el antígeno, y un fragmento Fc (fracción cristalizable). Este último fragmento es responsable de las funciones biológicas de los diferentes isotipos de las inmunoglobulinas. La pepsina, por su parte, produce un fragmento F(ab’)2 consistente en dos fragmentos F(ab’) unidos por enlaces covalentes (ligeramente mayores que los fragmentos Fab).
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1. Propiedades biológicas de las cinco diferentes clases de cadenas pesadas.
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En los vertebrados superiores existen cinco clases de anticuerpos: IgA, IgD, IgE, IgG e IgM, cada uno con su propia cadena pesada (α, δ, ε, γ, µ respectivamente) (véase Fig. 24-6). Existen además subclases de IgG e IgA. Por ejemplo, hay cuatro subclases de IgG humanas (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4). Estas diferentes cadenas poseen una conformación distinta lo que les confiere a su vez las propiedades correspondientes.
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La IgM, es siempre el primer anticuerpo producido por los linfocitos B en desarrollo. Constituye el receptor de los linfocitos B en desarrollo. Constituye el receptor de los linfocitos B vírgenes, y en las fases tempranas de la respuesta inmunitaria primaria, es el anticuerpo más abundante en la sangre. Aunque puede ser producida en forma de polímeros de mayor tamaño (hexámeros), en su forma secretada, la IgM es mayoritariamente un pentámero compuesto de cinco unidades de 4 cadenas por lo que posee 10 sitios de unión para el antígeno. Cada pentámero presenta además otra cadena polipeptídica llamada J (del inglés junction, unión). Esta cadena J es producida por las células secretoras de IgM y se inserta de forma covalente entre dos extremos adyacentes de las regiones Fc. La unión del antígeno a una molécula de IgM pentamérica induce la unión de las regiones Fc, lo que trae como consecuencia la activación de la cascada del complemento (véase más adelante). En el caso de los microorganismos, esto resulta en el ataque bioquímico y la destrucción de los mismos.
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Por lo que respecta a IgD, la concentración sérica de ésta es muy baja, ya que raramente se secreta; en general se halla en la superficie de los linfocitos B coexpresándose junto con la IgM. La función biológica precisa de esta clase no se conoce, aunque se postula que desempeña un papel importante en la diferenciación de los linfocitos por activación con los antígenos.
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La IgG es la principal inmunoglobulina presente en el suero humano y constituye alrededor de un 70 a 75% del total de las inmunoglobulinas. La IgG consiste en una molécula sencilla de cuatro cadenas con un peso molecular de alrededor de 140 000. La clase de IgG, que se distribuye equitativamente entre los espacios intra y extravasculares, es el principal anticuerpo presente en la respuesta inmunitaria secundaria y la única con actividad de antitoxinas. Gracias a su capacidad de difundir a través de las membranas, atraviesa la placenta y le confiere inmunidad pasiva al recién nacido. La región Fc de esta inmunoglobulina tiene la capacidad de unirse a receptores específicos presentes en macrófagos y neutrófilos favoreciendo de esta forma la unión, la ingestión y la destrucción por las células fagocíticas, de microorganismos infecciosos que han sido cubiertos con las IgG producidas en respuesta a la infección.
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La IgA es la inmunoglobulina predominante de las secreciones seromucosas tales como la saliva, el calostro, la leche y las secreciones genitourinarias y traqueobronquiales; la estructura típica en estas secreciones es la de un dímero unido por la presencia de la cadena J. Una variante de la IgA es la IgAs (secretora), que consiste en el mismo dímero con la cadena J y un componente adicional llamado componente secretor. Este componente secretor está formado por la porción extracelular del polirreceptor para Ig presente en la cara basolateral de las células epiteliales, y permanece unido a la IgA durante el proceso de transporte desde la lámina propria hacia la luz protegiendo a la IgA de degradación proteolítica. El mecanismo mediante el cual el dímero de IgA es transportado a través de las células epiteliales consiste en la unión de la IgA mediante la región Fc al polirreceptor Ig transmembrana. El complejo IgA-receptor es endocitado y transportado a través del citoplasma celular mediante vesículas para finalmente ser secretado en el lado opuesto de la célula por exocitosis. Cuando se expone hacia la luz, la parte del receptor Fc que está unido al dímero de IgA (el componente secretor) es digerida y separada de su cola transmembrana, lo que libera el anticuerpo en unión con el componente secretor.
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La IgE se caracteriza por la capacidad de unirse con alta afinidad a otro tipo de receptores Fc presentes en la superficie de células cebadas en los tejidos y de basófilos en la sangre; las moléculas de IgE unidas a estas células se convierten así en los receptores para antígeno de las mismas. La unión del antígeno trae como consecuencia la activación celular, lo que provoca la desgranulación inmediata y la liberación masiva de diversos mediadores de la respuesta inflamatoria, principalmente histamina. Estas aminas causan dilatación y un aumento en la permeabilidad vascular, por lo que son responsables en gran medida de las manifestaciones clínicas de la mayoría de las reacciones alérgicas. Se ha propuesto también que esta clase de inmunoglobulina es importante en el desarrollo de inmunidad contra parásitos helmintos. En la figura 24-11 puede verse la estructura de las diferentes clases de inmunoglobulinas.
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Las citoquinas son moléculas de bajo peso molecular, normalmente entre 15-30 kDa, constituidas por 120-180 aminoácidos. Aunque en general son producidas por los leucocitos, determinadas citoquinas pueden también ser secretadas por otros muchos tipos celulares. Inicialmente se estableció el término linfoquina para denominar productos biológicos producidos por linfocitos en respuesta al antígeno. Posteriormente su uso se amplió a moléculas de características similares secretadas por otros tipos celulares, por lo que se utilizó el término más amplio de citoquina. El término interleuquina (IL) se aplicó a aquellas moléculas que servían como señales de comunicación entre distintos tipos de leucocitos, numerándose correlativamente a medida que se descubrían (IL-1, IL-2, etc.). No obstante, algunas de ellas se detectaron inicialmente en ensayos funcionales in vitro y aún conservan su denominación original de acuerdo con la función biológica que permitió su identificación, como es el caso del TNF (factor de necrosis tumoral) y el TGF (factor transformador de tejidos). Las citoquinas constituyen un grupo grande de moléculas que participan en la señalización entre las células durante las respuestas inmunitarias. Por lo general son proteínas pequeñas solubles y, en algunos casos glucoproteínas, producidas por una célula que pueden afectar el comportamiento y las propiedades de otras células. Son producidas por diferentes tipos celulares, no sólo por las células inmunitarias, y por lo general regulan las fases efectoras de la respuesta inmunitaria tanto natural como específica. En la inmunidad natural, las citoquinas efectoras son producidas principalmente por los fagocitos mononucleares y por ello se les conoce como monoquinas. Las monoquinas pueden ser producidas directamente como respuesta a un estímulo microbiano, o bien en respuesta a los linfocitos T estimulados por antígenos, como parte de una respuesta específica.
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También desempeñan un papel importante como coestimuladoras de la activación de linfocitos, proporcionando mecanismos de amplificación para las respuestas inmunitarias específicas. La mayoría de las citoquinas presentes durante una respuesta inmunitaria específica son producidas por los linfocitos T activados, y tales citoquinas, han sido denominadas linfoquinas. En general, las citoquinas provenientes de los linfocitos T son las moléculas efectoras de la inmunidad mediada por células y son también responsables de la comunicación entre células de los sistemas inmunitario e inflamatorio. Los linfocitos T producen varias citoquinas que regulan la activación, el crecimiento y la diferenciación de diferentes poblaciones de linfocitos. Otras, funcionan como activadoras y reguladoras de células inflamatorias como fagocitos mononucleares, neutrófilos y eosinófilos. Existe también otro grupo de citoquinas producidas tanto por linfocitos como por fagocitos mononucleares llamadas en forma genérica, factores estimuladores de colonias (CSF, del inglés colony-stimulating factors) las cuales estimulan el crecimiento y la diferenciación de los leucocitos inmaduros de la médula ósea.
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A pesar de ser un grupo muy heterogéneo, las citoquinas comparten ciertas propiedades comunes. Son producidas durante las fases efectoras de la inmunidad natural o específica y pueden mediar y regular las respuestas inmunitaria e inflamatoria. Son secretadas por diversos tipos celulares en acontecimientos breves y autolimitados, y pueden a su vez actuar sobre muchos tipos celulares diferentes.
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La acción de numerosas citoquinas es redundante, ya que muchas de ellas comparten propiedades biológicas. Poseen la capacidad de influir tanto en la síntesis de otras citoquinas como en la acción de éstas. Al igual que otras hormonas polipeptídicas, las citoquinas inician su acción al unirse a receptores específicos presentes en la superficie de las células diana, y la expresión de muchos de estos receptores está regulada por señales específicas. En general, la mayoría de las respuestas celulares a las citoquinas ocurren en un periodo de horas y requieren de la síntesis de novo del ARNm y de proteínas. Finalmente, para muchas células diana, las citoquinas actúan como reguladoras de la división celular, esto es, como factores de crecimiento.
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Una forma de clasificar a las citoquinas es con base en sus funciones (cuadros 24-1 y 24-2).
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1. Citoquinas que median la inmunidad natural.
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Son aquellas que protegen contra las infecciones virales y que inician las reacciones inflamatorias que protegen contra las bacterias.
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Interferón (IFN) tipo I. Comprende dos grupos de proteínas serológicamente distintas; el primer grupo se denomina de modo genérico IFN-α y está constituido por una familia de al menos 24 proteínas estructuralmente relacionadas y codificadas por genes separados, con un rango de peso molecular de 16 a 27 kDa. Este interferón es conocido como el “interferón de leucocitos” y aunque la fuente principal es el fagocito mononuclear, también es producido por linfocitos B, células NK y monocitos. El segundo grupo serológico de interferón tipo I es conocido como “interferón de los fibroblastos” y está constituido por un gen único que codifica una glucoproteína de 20 kDa denominada IFN-β. Además de los fibroblastos, el IFN-β también es producido por células epiteliales y macrófagos. La señal más potente que activa la secreción del interferón tipo I es una infección viral. El IFN-α y el IFN-β no comparten homología estructural y, sin embargo, ambos se unen al mismo receptor de superficie y parecen inducir respuestas celulares idénticas. Entre sus funciones principales se puede citar la inhibición de la replicación viral y de la proliferación celular, un incremento en el potencial lítico de las células citolíticas naturales y la modulación en la expresión de las moléculas del CPH, funciones dirigidas a la eliminación de las infecciones virales.
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Factor de necrosis tumoral (TNF-α del inglés tumor necrosis factor). Previamente llamado “caquectina”, es sintetizado por diversos tipos celulares, como macrófagos, monocitos, queratinocitos, linfocitos T y B, células NK, neutrófilos, astrocitos y células endoteliales. Su presencia trae como consecuencia efectos muy diversos, dado que modula la expresión genética de factores de crecimiento, citoquinas, factores de transcripción, receptores celulares y proteínas de fase aguda; desempeña un papel importante en la defensa del hospedero contra infecciones por bacterias gramnegativas, ya que el lipopolisacárido (LPS), componente activo de estas bacterias, es uno de los principales estímulos para la producción de esta citoquina. Es mediador tanto de la inmunidad natural como de la adquirida y de hecho constituye un eslabón entre las respuestas de inmunidad específica y de inflamación aguda. Inicialmente es producido como una glucoproteína de 25 kDa y su localización es transmembrana, con el extremo carboxilo como dominio extracelular. Cuando se produce la forma soluble, se libera un fragmento de 17 kDa y circula como un homotrímero de 51 kDa. Hasta el momento, el receptor para TNF se ha encontrado en casi todos los tipos de células animales que han sido examinadas.
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Sus acciones biológicas suelen ser dependientes de concentración, es decir, a bajas concentraciones produce un aumento en la capacidad de adhesión de las células endoteliales para los leucocitos, activando a estos últimos para la destrucción de las bacterias; también induce la producción de citoquinas tales como IL-1, IL-6, el mismo TNF y citoquinas de la familia de la IL-8 (quimioquinas). Se ha observado que cuando las cantidades de TNF son demasiado bajas, por ejemplo en animales de experimentación tratados con anticuerpos anti-TNF, éstos son incapaces de contener las infecciones. Por otra parte, cuando las cantidades son inusualmente altas, entra TNF a la circulación y puede actuar como una hormona endocrina funcionando como un pirógeno e incrementando la síntesis hepática de proteínas de fase aguda tales como la proteína amiloide A. También activa la cascada de la coagulación al alterar el balance de las actividades pro y anticoagulantes del endotelio vascular. Cuando un individuo o un animal de experimentación son expuestos al TNF de forma crónica, éste induce las alteraciones metabólicas características de la caquexia, estado que se distingue por la pérdida de células musculares y adipocitos. En los casos de sepsis masiva por bacterias gramnegativas, las concentraciones de TNF en el suero pueden alcanzar hasta 10−7 M, lo que induce el síndrome de choque séptico por endotoxina. Bajo estas condiciones, tanto los animales de experimentación como los pacientes fallecen a consecuencia de un colapso circulatorio y coagulación intravascular diseminada.
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Interleuquina 1 (IL-1). Aunque inicialmente fue descrita como factor activador de linfocitos (LAF), actualmente se sabe que su función principal es la de mediador durante la respuesta inflamatoria del huésped en la inmunidad natural. Presenta dos formas moleculares llamadas IL-1α e IL-1β con alrededor de un 26% de homología. Ambas interaccionan con el mismo receptor (presente en diversos tipos celulares) cuyos efectos biológicos son esencialmente los mismos. La fuente principal de esta citoquina es el macrófago activado, aunque muchos otros tipos celulares como las células endoteliales y epiteliales, también la producen, lo que constituye una fuente local de la misma en la ausencia de infiltrados ricos en macrófagos. Cuando se produce localmente a bajas concentraciones, sus efectos son principalmente inmunorreguladores, ya que actúa junto con activadores policlonales para aumentar la proliferación de los linfocitos T CD4+ y el crecimiento y la diferenciación de los linfocitos B. Igual que como ocurre con el TNF, cuando la IL-1 es producida en grandes cantidades, entra a la circulación y actúa como una hormona endocrina, ya que comparte con el TNF la capacidad de producir fiebre, de inducir la síntesis de las proteínas de fase aguda y de iniciar el desgaste metabólico o caquexia. Se ha propuesto también, que la IL-1 ejerce influencia sobre los sistemas nervioso y endocrino.
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Interleuquina 6 (IL-6). Es una glucoproteína de 26 kDa sintetizada por los macrófagos, células endoteliales, fibroblastos y otros tipos celulares en respuesta a la presencia de IL-1 y en menor grado a TNF. Los efectos principales de esta citoquina se ejercen sobre dos tipos celulares: los hepatocitos, en los cuales induce la síntesis de varias proteínas plasmáticas tales como el fibrinógeno, y que junto con las inducidas por IL-1 y TNF, complementan y contribuyen a la respuesta de fase aguda; y los linfocitos B en donde funciona como el principal factor de crecimiento para las células B activadas. Se ha propuesto también su participación como cofactor en la estimulación de linfocitos T y de timocitos.
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2. Citoquinas que regulan la activación, el crecimiento y la diferenciación de los linfocitos.
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Este tipo de citoquinas es producido principalmente por linfocitos T colaboradores (CD4+) activados por antígeno. Estos linfocitos T proporcionan ayuda tanto para la respuesta inmunitaria humoral como para la celular a través de la secreción de las citoquinas. Dentro de este grupo se consideran la interleuquina 2 (IL-2), la IL-4 y el factor de crecimiento transformante β (TGF-β del inglés transforming growth factor β).
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Interleuquina 2 (IL-2). Factor de crecimiento tanto autocrino como paracrino, fue originalmente descrito como “factor de crecimiento de linfocitos T” (TCGF, del inglés T-cell growth factor). Es la principal citoquina responsable de la progresión de los linfocitos T de la fase G1 a S dentro del ciclo celular. Producida principalmente por los linfocitos CD4+ y en menor cantidad por los linfocitos CD8+, su síntesis es transitoria con un pico inicial a las 4 h posteriores a la activación; en ocasiones se presenta otro pico de síntesis alrededor de las 24 h después de la activación. Se considera que la cantidad de IL-2 producida es un elemento determinante de la magnitud de la respuesta inmunitaria. Se ha descrito que fallas en la síntesis de una cantidad suficiente de IL-2 pueden tener como consecuencia la inducción de un estado de anergia de las células T hacia los antígenos. Otra función muy importante de esta citoquina es la activación de las células NK, que induce un aumento en su actividad citolítica dando lugar a las células LAK o “células citolíticas activadas por linfoquina”. La IL-2 también puede actuar sobre los linfocitos B, tanto como factor de crecimiento, como también estimulando la síntesis de anticuerpos.
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Interleuquina 4 (IL-4). Originalmente fue descrita como “factor estimulador de linfocitos B” a causa de las funciones que se le conocían. En la actualidad se sabe que actúa sobre varios tipos celulares y que constituye un factor de crecimiento y diferenciación para los linfocitos B, siendo esta citoquina la única capaz de inducir el cambio de isotipo hacia la producción de IgE. Puesto que la IgE constituye el mediador principal de las reacciones de hipersensibilidad inmediata, es decir, de las alergias, se postula que la IL-4 pueda participar en este tipo de respuestas. Funciona también como un factor autocrino para una subpoblación de linfocitos T CD4+, ya que induce la diferenciación de éstos hacia células TH2, inhibiendo simultáneamente el desarrollo de las células TH1. Asimismo, actúa como factor de crecimiento para las células cebadas y de forma sinérgica con la IL-3 (véase más adelante) para estimular su proliferación. Finalmente, puede actuar como un factor activador de macrófagos, aunque sus efectos sobre éstos son menos potentes que los del IFN-γ. En algunos casos, la IL-4 antagoniza la activación de los macrófagos inducida por el IFN-γ e inhibe la producción de IL-1 y TNF.
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Factor de crecimiento transformante β. Su descripción original se realizó en el campo de la biología de los tumores, ya que se había descrito la producción por ciertos tumores de factores que permitían el crecimiento de células normales en agar suave, característica que sólo presentan las células malignas (“transformadas”). Se le dio el nombre de factor de crecimiento transformante y más adelante se encontró que una molécula, el TGF-α era la responsable de esta actividad, pero que la sobrevivencia de las células en agar suave dependía de otro factor al que se le denominó TGF-β. Este último es un dímero de aproximadamente 28 kDa con dos subunidades idénticas o muy relacionadas, dependiendo de la fuente celular, el cual es secretado de forma latente y tiene que ser activado por proteasas. Tanto los linfocitos T activados por antígeno como los macrófagos estimulados con LPS secretan TGF-β biológicamente activo.
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Sus efectos son altamente pleiotrópicos, e inhiben el crecimiento de numerosos tipos celulares y estimulan el crecimiento de otros, pudiendo inhibir o estimular a un mismo tipo celular dependiendo de condiciones del cultivo tales como el grado de confluencia. Puede inducir la síntesis de proteínas de matriz extracelular tales como colágeno y de receptores celulares para estas proteínas de la matriz. In vivo se ha demostrado su capacidad de inducir el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos, proceso conocido como angiogénesis.
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Como citoquina, es capaz de antagonizar muchas respuestas de los linfocitos, tales como inhibir la proliferación inducida por mitógenos de los linfocitos T, inhibir la maduración de linfocitos T citotóxicos, inhibir la activación de macrófagos (inhibe la destrucción de parásitos intracelulares) y contrarestar los efectos de citoquinas proinflamatorias en células efectoras no inmunes como los polimorfonucleares y las células endoteliales. A pesar de comportarse como un regulador negativo de la inmunidad, se ha descrito que promueve la producción de IgA por los linfocitos B, por lo que podría tener una función importante en la generación de la respuesta inmunitaria de las mucosas.
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3. Citoquinas que activan a las células inflamatorias.
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Estas citoquinas derivan sobre todo de los linfocitos T CD4+ y CD8+ activados por antígenos y su función es la de activar a las células efectoras no específicas, por lo que resultan importantes en la fase efectora de la inmunidad mediada por células
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Interferón gamma (IFN-γ). Llamado también interferón inmune o tipo II es una glucoproteína homodimérica con subunidades entre 21 y 24 kDa. Las diferencias en peso molecular se deben a diferentes grados de glucosilación, pero todas las subunidades contienen un polipéptido de 18 kDa. Este interferón es producido por linfocitos T CD4+ tanto vírgenes como activados por antígenos y que corresponden a la subpoblación TH1; también lo producen prácticamente todos los linfocitos T CD8+ y las células NK, por lo que participa en la inmunidad natural. Comparte algunas características con los interferones tipo I, ya que al igual que éstos, inhibe la replicación viral y es antiproliferativo. Posee también importantes características que lo convierten en un inmunorregulador, dado que es un potente activador de los fagocitos mononucleares al inducir directamente la síntesis de las enzimas responsables del “estallido respiratorio”, lo que le permite al macrófago destruir a los microbios fagocitados. También incrementa la expresión de moléculas de clase I del CPH, además de inducir la expresión de moléculas de clase II en muchos tipos celulares. Se sabe también que puede actuar sobre los linfocitos T y B para promover su diferenciación, ya que en el caso de los linfocitos T favorece la diferenciación hacia la subpoblación TH1, y en el caso de los linfocitos B induce el cambio de inmunoglobulinas hacia IgG2 e IgG3 e inhibe el cambio hacia IgG1 e IgE. También puede activar neutrófilos aunque es menos potente que el TNF o la linfotoxina (véase más adelante). Finalmente, se ha descrito como activador para las células endoteliales vasculares induciendo la expresión de moléculas de adhesión, así como cambios morfológicos que promueven la adhesión y extravasación de los linfocitos T CD4+. El efecto neto de todas estas actividades es el promover la presencia de subpoblaciones de linfocitos TH1 y reacciones inflamatorias abundantes en macrófagos, e inhibir a la subpoblación TH2 y las reacciones ricas en eosinófilos.
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Linfotoxina (LT). Es una glucoproteína de 21 a 24 kDa con aproximadamente un 30% de homología con el TNF y compite con éste para la unión al receptor. En ocasiones se le llama también TNF-β. En seres humanos, ambos genes se encuentran en empalizada en el cromosoma 6. Es producida exclusivamente por linfocitos T activados junto con el IFN-γ. Difiere del TNF en que presenta uno o dos oligosacáridos y es sintetizada como una verdadera proteína de secreción sin región transmembrana. Sin embargo, la mayoría de los estudios ha encontrado muy pocas diferencias en la actividad biológica de ambas moléculas. Debido a que la LT es sintetizada en baja concentración y no se detecta en la circulación, se ha propuesto que actúa localmente como factor paracrino y por lo tanto no es un mediador de lesión sistémica. Al igual que el TNF, la LT es un potente activador de neutrófilos, de mayor potencia que el IFN-γ; es también un potente activador de las células endoteliales vasculares, ya que incrementa la adhesión de los leucocitos, la producción de citoquinas y provoca cambios morfológicos que facilitan la extravasación de los mismos. La mayoría de los efectos causados por la LT aumentan cuando está presente el IFN-γ, el cual incrementa también los efectos del TNF.
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Interleuquina 10 (IL-10). Es una proteína de 18 kDa producida principalmente por los linfocitos T CD4+ de la subpoblación TH2; también es sintetizada por algunos linfocitos B activados, macrófagos activados y por algunas células no linfocíticas tales como los queratinocitos. Es miembro de una familia de citoquinas de 4 hélices-α y actúa como homodímero. Sus funciones principales son la inhibición en la producción de citoquinas proinflamatorias (TNF, IL-1 IL-12 y quimioquinas) por parte de los macrófagos, y de las funciones accesorias de los macrófagos durante la activación de linfocitos T. Este último efecto se debe a una disminución en la expresión de moléculas de clase II y de otras moléculas coestimuladoras. El resultado final es la inhibición de la inmunidad mediada por células. Además, tiene acción estimuladora sobre los linfocitos B, posiblemente induciendo el cambio hacia la síntesis de IgG4 en seres humanos (IgG1 en ratones). Se ha descrito que en el genoma viral del virus de Epstein-Barr está presente un gen homólogo a IL-10 y cuyo producto comparte, al menos in vitro, las actividades de la IL-10 producida por los linfocitos T; esto sugiere que el virus ha adquirido este gen, como una estrategia para inhibir la inmunidad antiviral.
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Interleuquina 5 (IL-5). Pertenece a la misma familia de 4 hélices-α que la IL-10, y es un homodímero de 40 kDa producido por los linfocitos TH2 y por células cebadas activadas. Su acción principal es estimular el crecimiento y la diferenciación de los eosinófilos, además de activar eosinófilos maduros, de manera que éstos sean capaces de destruir helmintos. Sus actividades son complementadas por las actividades de la IL-4 e IL-10; todo ello contribuye a la producción de reacciones alérgicas mediadas por linfocitos TH2. La IL-5 también actúa como coestimulador para el crecimiento de linfocitos B activados por antígeno y funciona de forma sinérgica con IL-2 e IL-4 promoviendo el crecimiento y la diferenciación de los linfocitos B; en el caso de linfocitos B maduros, estimula la producción de inmunoglobulinas principalmente la IgA.
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Interleuquina 12 (IL-12). Es un heterodímero de 70 kDa que consta de dos cadenas polipeptídicas unidas de forma covalente, una de 35 kDa (p35) y la otra de 40 kDa (p40). La subunidad p35 es producida por muchos tipos celulares, incluidos los linfocitos T y B, las células NK y los monocitos. Por su parte, la subunidad p40 es producida por monocitos activados y linfocitos B, por lo que estos dos tipos celulares son la fuente principal de la citoquina completa. Esta citoquina es la única dentro de la categoría de citoquinas que regulan la respuesta inmunitaria inflamatoria, que no es producida de forma completa por los linfocitos T, y debido a su acción sobre las células NK, se le considera como una citoquina importante en la inmunidad natural. Por otra parte, también es un componente importante de la respuesta inmunitaria mediada por células, debido a sus efectos sobre las células NK y los linfocitos T. De hecho, la IL-12 es a la fecha, el estimulador descrito más potente para las células NK, ya que induce la producción de IFN-γ y aumenta la actividad citolítica de dichas células para las cuales es también un factor de crecimiento. Es capaz de actuar de forma sinérgica con IL-2. Otra función muy importante de la IL-12 es la de estimular la diferenciación de los linfocitos T vírgenes hacia TH1. También se sabe que promueve la diferenciación de los linfocitos T CD8+ hacia células maduras citotóxicas.
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En resumen, esta citoquina es un modulador importante de la fase efectora de la inmunidad celular, ya que actúa sobre las células efectoras, activando directamente a algunas y regulando el desarrollo de otras.
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Factor inhibidor de la migración (MIF, del inglés migration inhibitor factor). Descubierta hace casi 40 años durante estudios de hipersensibilidad de tipo tardío, MIF fue una de las primeras citoquinas en ser identificada. Sin embargo, sus actividades biológicas no estaban muy claras. A partir de 1991 se redescubrió que el MIF es una molécula liberada, de forma similar a una hormona, por células de la glándula pituitaria como resultado de la exposición al LPS. Esta observación indicaba que el MIF podía ser un mediador que uniera los sistemas inmunitario y endocrino. En el genoma del ser humano sólo hay un gen para MIF localizado en el cromosoma 22. En el ratón se han identificado hasta nueve pseudogenes para MIF. Dos polimorfismos del gen del MIF en el ser humano se han asociado con enfermedades. Uno de ellos consiste en una mutación puntual (transición de G a C en la posición −173) en el extremo 5′, el cual se asocia con la artritis juvenil sistémica. El otro polimorfismo es un repetido del tetranucleótido CATT en la posición −794, el cual se correlaciona con la gravedad de la artritis reumatoide.
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Tanto en seres humanos como en ratas y ratones, sólo se ha detectado un transcrito de ARNm de 0.8 kb, que codifica para una proteína no glucosilada de 114 aminoácidos con un peso molecular de 12.5 kDa. Todos los MIF en mamíferos presentan una homología de alrededor del 90%. Se le conoce también como el factor inhibidor de la glucosilación (GIF, del inglés glycosylation inhibition factor), y se ha descrito que suprime la síntesis de la IgE y posee también actividad supresora antígeno-específica. A la fecha no ha sido posible asignar al MIF a ninguna de las superfamilias de citoquinas. Estudios cristalográficos sugieren que el MIF es un homotrímero.
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Inicialmente se pensaba que las células T eran la fuente celular principal del MIF en el sistema inmunitario. Sin embargo, se ha descrito que los monocitos, los macrófagos, las células dendríticas sanguíneas, las células B, los neutrófilos, los eosinófilos, las células cebadas y los basófilos también expresan MIF. El MIF se expresa en forma constitutiva y se almacena en forma intracelular, por lo que no requiere síntesis de novo para ser secretado. El MIF presenta una distribución tisular amplia y es expresado por células y tejidos tales como el pulmón, la cubierta epitelial de la piel y de los tractos gastrointestinal y genitourinario. Tejidos del sistema endocrino también presentan un alto nivel de expresión de MIF, especialmente los órganos que están involucrados en las respuestas al estrés (hipotálamo, glándulas pituitaria y suprarrenales).
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4. Citoquinas que estimulan la hematopoyesis.
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Muchas de las citoquinas generadas durante la respuesta inmunitaria tanto natural como específica ejercen efectos estimuladores muy potentes sobre el crecimiento y la diferenciación de las células progenitoras de la médula ósea. Todos los leucocitos maduros surgen como consecuencia de la expansión progresiva y la diferenciación irreversible de las células troncales, por lo que las citoquinas responsables de estimular las funciones mencionadas han sido clasificadas de forma genérica como factores estimuladores de colonias (CSF) debido a que sus funciones se han establecido en ensayos in vitro de cultivos de médula ósea, en las que se aprecia el desarrollo de colonias de células, que maduran durante el cultivo adquiriendo las características de linajes celulares específicos (granulocitos, fagocitos mononucleares, etc.). Dependiendo del estado de maduración de las células de la médula ósea, diferentes CSF promueven el desarrollo de linajes diferentes.
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Algunas de las acciones de los CSF se ven afectadas por otras citoquinas. TNF, LT, IFN-γ y TGF-β inhiben el crecimiento de las células progenitoras de la médula ósea. Por el contrario, IL-1 e IL-6 aumentan la respuesta hacia los CSF.
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Ligando para c-kit. Las células pluripotenciales expresan un receptor de membrana con actividad de tirosina quinasa, el cual corresponde al producto proteico del oncogén celular c-kit. La citoquina que interacciona con este receptor ha sido denominada ligando de c-kit y se le conoce también como factor de células troncales (SCF, del inglés stem cell factor). Esta citoquina es producida por las células del estroma de la médula ósea como son los adipocitos, los fibroblastos y las células endoteliales. Se presenta en dos formas: una proteína transmembrana de 27 kDa y una forma secretada de 24 kDa. Estos dos productos son el resultado de un procesamiento diferencial alternativo del mismo gen. La ausencia de ambas formas del ligando de c-kit por eliminación completa del gen por técnicas de ingeniería genética resulta letal. Aunque no ha sido posible purificar esta citoquina, se sabe por experimentos in vitro que es necesaria para que las células madre respondan a otros CSF pero que per se no causa la formación de colonias.
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Interleuquina 3 (IL-3). También conocida como factor estimulador de multicolonias es un producto de 20 a 26 kDa de los linfocitos T CD4+ (tanto TH1 como TH2) que actúa sobre la mayoría de los progenitores más inmaduros de la médula y promueve la expansión de células que se diferencian hacia todos los tipos celulares maduros conocidos. Es miembro de la familia de citoquinas de 4 hélices-α. La IL-3 también promueve el crecimiento y el desarrollo de las células cebadas de la médula ósea, acción que es potenciada por la IL-4.
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Factor estimulador de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF). Es una glucoproteína de 22 kDa producida por linfocitos T y fagocitos mononucleares activados, células endoteliales vasculares y fibroblastos. El GM-CSF en el ratón actúa principalmente sobre progenitores de la médula ósea ya comprometidos hacia el desarrollo de leucocitos, y por ello se supone que actúa sobre una población más diferenciada que aquélla sobre la que actúa la IL-3. Sin embargo, en sistemas humanos, el GM-CSF también promueve el crecimiento de células no comprometidas, remplazando a la IL-3. Se ha determinado que esta citoquina también es capaz de activar macrófagos, aunque es menos potente que el IFN-γ. Como no se detecta en la circulación, se asume que actúa localmente en los sitios donde se produce, por lo que en tejidos periféricos el GM-CSF producido por los linfocitos T y los macrófagos funcionará principalmente en la activación de leucocitos maduros en los sitios de respuesta inmunitaria inflamatoria, mientras que los efectos hematopoyéticos serán mediados por el GM-CSF producido por linfocitos T, células endoteliales o fibroblastos del estroma en la médula ósea. A esta citoquina se le ha dado aplicación clínica para estimular la médula ósea de pacientes con defectos hematopoyéticos, que se han sometido a quimioterapias tóxicas o a trasplante de médula.
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Factor estimulador de colonias de monocitos y macrófagos (M-CSF). Esta citoquina es producida por macrófagos, células endoteliales y fibroblastos. La forma secretada es de aproximadamente 40 kDa y forma un dímero estable. M-CSF actúa primariamente sobre los progenitores ya comprometidos hacia monocitos, una diana más madura que la de GM-CSF. El M-CSF no circula, y su efecto posiblemente se deriva de la producción local dentro de la cavidad de la médula.
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Factor estimulador de colonias de granulocitos (G-CSF). Es sintetizado por las mismas células que producen GM-CSF, y tiene un peso molecular de 19 kDa, formando un dímero. También pertenece a la familia de las citoquinas con 4 hélices-α. Incrementa la producción de neutrófilos y acelera la maduración y diferenciación de precursores de neutrófilos; además, aumenta la activación fisiológica de los neutrófilos maduros.
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Interleuquina 7 (IL-7). Conocida también como linfopoyetina, es secretada por células del estroma de la médula ósea, y actúa sobre progenitores comprometidos hacia el linaje de linfocitos B que aparecen muy temprano durante el proceso de maduración. Estudios recientes in vitro proponen que la IL-7 también estimula en el timo el crecimiento y la maduración de los linfocitos CD4- y CD8- inmaduros, aunque en este órgano no se conoce su fuente.
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Interleuquina 9 (IL-9). Proteína de 30 a 40 kDa que promueve el crecimiento de algunas líneas de linfocitos T y de progenitores de células cebadas derivados de la médula ósea. Actúa de forma sinérgica con la eritropoyetina para promover la eritropoyesis.
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Interleuquina 11 (IL-11). Su fuente principal son las células del estroma de la médula ósea. Actúa de forma sinérgica con la IL-3 para estimular el crecimiento y la diferenciación de los megacariocitos y con IL-3 y 4 para acelerar la proliferación y la diferenciación de células progenitoras hematopoyéticas; también estimula la producción de proteínas de fase aguda. Podrá tener potencial terapéutico para pacientes con deficiencia de plaquetas.
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5. Citoquinas adicionales.
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Interleuquina 13 (IL-13). Producida por los linfocitos T, estimula el crecimiento y la diferenciación de los linfocitos B; induce también la síntesis de IgE e inhibe la síntesis de citoquinas proinflamatorias por monocitos y macrófagos.
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Interleuquina 14 (IL-14) (BCGF). Inicialmente descrita como factor de crecimiento de los linfocitos B (BCGF, del inglés B cell growth factor). Esta citoquina es producida por los linfocitos T, favorece la proliferación de los linfocitos B activados e inhibe la secreción de las inmunoglobulinas por los linfocitos B activados por mitógenos.
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Interleuquina 15 (IL-15) (interleuquina-T). Su nombre original era interleuquina T. Esta citoquina es producida por diferentes tipos celulares como los monocitos, los linfocitos T y las células del estroma de la médula ósea. Estimula la proliferación de linfocitos T e induce el desarrollo de las células LAK ya que su actividad biológica es parecida a la de la IL-2.
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Interleuquina 16 (IL-16). Producida inicialmente como un precursor de 69 kDa, la forma activa secretada es de 56 kDa y está formada por cuatro subunidades de 17 a 20 kDa. Es quimioatrayente (a pesar de no ser una quimioquina) para linfocitos, eosinófilos, células cebadas y células del epitelio pulmonar. Los fibroblastos activados por IL-1β expresan el ARNm y un aumento en la cantidad de la proteína. Las células CD4+ y CD8+ expresan la pro-IL-16 en forma constitutiva. La IL-16 recombinante inhibe la secreción de citoquinas por los linfocitos T, mientras que al actuar sobre monocitos y macrófagos induce la producción de IL-1β, IL-6, IL-15 y TNF-α. Participa en forma importante en la iniciación y sostenimiento de la respuesta inflamatoria. Por mucho tiempo se le ha considerado como ligando para CD4, sin embargo, recientemente se encontró que células de ratones carentes de CD4 responden a IL-16.
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Interleuquina 17 (IL-17). Glucoproteína de 155 aminoácidos producida por las células CD4+ activadas. Promueve respuestas inflamatorias asociadas a enfermedades como la artritis reumatoide, asma, esclerosis múltiple, psoriasis y rechazo de trasplantes. La familia de la IL-17 comprende seis miembros, de los cuales la IL-17A y la IL-17F son los que presentan la más alta homología. La IL-17R presenta una distribución ubicua que contrasta con la expresión de IL-17 que se restringe a las células T (Th1/Th0 y Th17 pero no Th2). Promueve la maduración fenotípica y funcional de los progenitores de las CD.
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Interleuquina 18 (IL-18). Estimula a las células TH1 para la producción de IFN-γ y es producida por los macrófagos activados y por las células de Kupffer. Actúa de forma sinérgica con la IL-12 sobre los linfocitos T, B y células NK para la producción de INF-γ. En las células NK aumenta su actividad activando al receptor el cual es expresado en forma constitutiva. También aumenta la actividad citotóxica dependiente de ligando FAS.
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Interleuquina 19 (IL-19). Péptido sintético en proceso de patente.
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Interleuquina 20 (IL-20). Homóloga de la IL-10. Ambas interleuquinas pertenecen al grupo de citoquinas de la familia de la IL-10. La sobreexpresión de la IL-20 en ratones transgénicos causa letalidad neonatal con anormalidades en la piel que incluyen una diferenciación epidermal aberrante. Esta citoquina se une a su receptor en queratinocitos presentes en la epidermis. Se propone que esta citoquina participa en procesos inflamatorios de la piel lo que conduce a una disregulación de la proliferación y diferenciación de los queratinocitos.
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Interleuquina 21 (IL-21). La caracterización biológica inicial sugiere que la IL-21 puede participar en el desarrollo hematopoyético y en la diferenciación de las células NK junto con la IL-15, así como también en la activación y proliferación de células B coestimuladas a través de CD40.
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Interleuquina 22 (IL-22) (TIF, del inglés T cell-derived inducible factor). Estructuralmente relacionada a IL-10, induce proteínas de fase aguda tanto in vivo como in vitro.
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Lo anterior sugiere que esta citoquina contribuye a la regulación de la respuesta inflamatoria. La IL-22 humana recombinante es una proteína de 16.8 kDa que consiste de 147 residuos de aminoácidos. Es producida por linfocitos Th17 como resultado de su reactivación.
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Interleuquina 23 (IL-23). Heterodímero formado por una subunidad p40 (componente de IL-12) y p19 (identificado como miembro de la familia de IL-6 por análisis de secuencias). p19 guarda estrecha relación con p35, la otra subunidad de IL-12. p40 y p19 forman un heterodímero unido por puentes disulfuro. Esta citoquina induce la activación de STAT4, factor de transcripción involucrado en la regulación de la expresión de genes de citoquinas, como resultado de su inducción por productos bacterianos reconocidos por el TLR2. IL-23 (p19 + p40) es producida por macrófagos, mientras que las células dendríticas y los linfocitos T (TH1>TH2) y las células endoteliales producen la subunidad p19. Ejerce su acción sobre linfocitos T de memoria.
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Interleuquina 24 (IL-24) (MOB-5/MDA7). Marcador cancerígeno y blanco para drogas anticancerígenas. Se identificó y caracterizó como una proteína secretada modificada que, junto con su receptor, le da a la célula cancerosa la capacidad de sustentar su propio crecimiento. Altamente específica para tumores, se ha considerado su utilidad con fines de diagnóstico temprano por procedimientos no invasivos. Se considera con potencial para diseñar terapias contra el cáncer, como marcador para el estudio de agentes anticancerígenos y para el monitoreo del tratamiento.
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Interleuquina 25 (IL-25). Identificada por análisis de las bases de datos, presenta homología con IL-17. Se sabe que promueve la patología asociada a TH2 y favorece el aumento en las concentraciones de IgG1 e IgE séricas, así como también un aumento en la producción de eosinófilos. Induce la producción de citoquinas del tipo TH2, por lo que se le propone como diana para el tratamiento de alergias y asma.
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Interleuquina 27 (IL-27). Citoquina heterodimérica nueva producida por APC. Utiliza al receptor de citoquinas (TCCR/WSX-1) presente en células T CD4+ vírgenes y en células NK. La deficiencia en el receptor TCCR/WSX-1 da como resultado la inducción de hipersensibilidad de tipo tardío (TH1) a través de un mecanismo no descrito. La estimulación con IL-27 de células T colaboradoras de ratón induce la expresión del factor de transcripción T-bet y de su blanco corriente abajo IL-12R beta2, en forma independiente al IFN-γ. Además suprime la expresión basal de GATA-3, el factor de transcripción crítico para TH2 que inhibe el desarrollo de TH1 por la regulación negativa de STAT4. Aunque IL-27 por sí misma no es capaz de estimular la producción de IFN-γ, sí juega un papel muy importante en las etapas iniciales de la señalización hacia TH1 contribuyendo en forma paracrina al control de la respuesta hacia IL-12.
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Interleuquinas 28A, 28B y 29 (IL-28A, IL-28B, IL-29). Identificadas a partir del análisis de las bases de datos, guardan una relación lejana con la familia de los interferones tipo I (IFN-α) y con la familia de la IL-10. Al igual que los interferones, estas citoquinas se inducen por infección viral y muestran actividad antiviral. IL-28 e IL-29 interaccionan con un receptor heterodimérico de clase II que consiste de la cadena β del receptor para IL-10 (IL-10Rβ) y una cadena huérfana también de clase II, designada como IL-28Rα. Se les propone una función alternativa al interferón tipo I para proporcionar inmunidad a infecciones virales.
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Interleuquina 30 (IL-30). Es el nuevo nombre para p28, una subunidad de IL-27.
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Interleuquina 31 (IL-31). Es una citoquina producida preferentemente por células Th2 y se ha reportado la expresión de IL-31 en células T de memoria que expresan antígenos cutáneos. Está muy relacionada con las citoquinas del tipo IL-6 como la oncostatina M, LIF y cardiotrofina-1. Ratones transgénicos que sobreexpresan a la IL-31 desarrollan prurito grave, alopecia y lesiones en la piel.
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Interleuquina 32 (IL-32). Esta citoquina no presenta homología en su secuencia con ninguna familia de citoquinas conocidas. Se expresa en altos niveles en células inmunes y pueden generarse hasta 4 variantes por “splicing”, llamadas IL-32-alfa, IL-32-beta, IL-32-gamma e IL-32-delta, siendo la IL-32-gamma la más larga e idéntica al antígeno NK4 (natural killer transcript 4), un antígeno que se expresa como resultado de la activación de las células NK con IL-2.
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Interleuquina 33 (IL-33). El gen que codifica para la IL-33 había sido identificado previamente como el factor nuclear de vénulas del endotelio alto. Codifica para una proteína de localización nuclear y su expresión constitutiva se ha reportado en células de músculo liso y en células del epitelio bronquial, mientras que su expresión se puede inducir por el tratamiento con TNF-α e IL-1β en fibroblastos de pulmón o dérmicos y en queratinocitos y en muy bajo nivel en células dendríticas y en macrófagos. Esta citoquina actúa a través de la IL-1R-1 conocido como ST2 y su unión activa a NF-kappa B y a las MAP quinasas, induciendo la expresión de IL-4, IL-5 e IL-13 por linfocitos Th2, lo que conduce a cambios patológicos en órganos mucosales.
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Interleuquina 34 (IL-34). Proteína de secreción de 242 aminoácidos conocida como FPY025. No muestra homología en su secuencia con citoquinas o factores de crecimiento conocidos. Se expresa en el bazo, la piel, el cerebro y otros tejidos y se sabe que es capaz de activar a la quinasa ERK1/2. Está considerada como un regulador de la diferenciación, la proliferación y la sobrevivencia del linaje mieloide, probablemente actuando a través del receptor para M-CSF.
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Interleuquina 35 (IL-35). Es una proteína heterodimérica que consiste del gen EB1-3 (gen 3 inducido por el virus de Epstein-Barr) y la subunidad p35 de la IL-12 (IL-12p35). La IL-35 ha sido reportada como una citoquina antiinflamatoria que suprime la respuesta inmune a través de la expansión de las células T reguladoras y de la supresión del desarrollo de las células Th17. La población que se expande por la acción de la IL-35 expresa Foxp3 y produce altos niveles de IL-10 reteniendo su acción supresora contra células T efectoras.
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6. Las citoquinas y el sistema neuroendocrino.
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Recientemente, ha tomado gran importancia el estudio de la relación entre el sistema inmunitario y los sistemas nervioso y endocrino, ya que se ha demostrado claramente la inervación autónoma de algunos órganos del sistema inmunitario, así como la presencia de receptores para hormonas o neuropéptidos en las células involucradas en la respuesta inmune, además de la acción de ciertas citoquinas sobre órganos del sistema neuroendocrino. La presencia de pequeñas cantidades de ciertas hormonas en dichas células y la secreción de citoquinas en algunas células endocrinas, sugiere la existencia de una compleja variedad de efectos paracrinos entre ambos sistemas, de modo que es posible que el sistema inmunitario participe como un sistema integrador junto al sistema neuroendocrino, aportando estímulos frente a la presencia de bacterias, virus, tumores y antígenos, dando como resultado, cambios fisiológicos en el organismo.
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El sistema inmunitario está inervado por nervios simpáticos, fibras colinérgicas y sensoriales y sus células están expuestas a las sustancias circulantes antes mencionadas. Además existe una síntesis y liberación de hormonas en células del sistema inmunitario (ACTH linfocitaria) que regulan en forma paracrina/autocrina la función inmunológica. Las células del sistema endocrino por su parte, producen citoquinas inflamatorias que modulan la secreción de otras células endocrinas. Este es el caso de las células foliculoestelares y endocrinas de la hipófisis, las glomerulosas y cromafines de la adrenal, las de los islotes pancreáticos y las células gonadales (Sertoli, Leydig, teca y granulosa ovárica). Asimismo se han detectado distintas citoquinas (interleuquinas 2, 3, 6, 8 y 12, gamma interferón, factores estimulantes de granulocitos) en neuronas del hipocampo, del hipotálamo y en células gliales. Por lo que un flujo de información recíproco entre los dos sistemas muestra conexiones entre el sistema nervioso y el sistema inmunitario, lo que sugiere que los dos sistemas se comunican en un arreglo de mecanismos vía mediadores solubles, así como aquellos contactos célula-célula. Los sitios neurales que controlan la termogénesis, el comportamiento, el sueño e incluso, el estado de ánimo pueden ser afectados por la secreción de citoquinas proinflamatorias, las cuales pueden ser liberadas y activadas por macrófagos y monocitos durante la infección. Dentro del sistema nervioso central se ha detectado la producción de citoquinas que producen daño cerebral, durante infecciones virales o bacterianas y en procesos neurodegenerativos.
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7. Receptores de citoquinas de tipo I y II.
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Los receptores de citoquinas forman una familia estructural que puede ser dividida en dos clases basándose en las características del dominio extracelular, particularmente en el número y espaciado de los residuos cisteína y prolina.
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Los receptores de citoquinas de tipo I comparten varios motivos estructurales que incluyen un dominio de homología al receptor de citoquinas (CRH) con dos pares de residuos cisteína conservados y una secuencia motivo WSXWS en el dominio extracelular, un solo dominio transmembrana y un dominio intracelular sin actividad enzimática intrínseca. El dominio extracelular de los receptores de citoquinas de tipo I incluye un dominio de unión a la citoquina de aproximadamente 200 aminoácidos y a menudo se encuentra asociado con dominios inmunoglobulina o fibronectina de tipo III (FNIII). En algunos casos se ha mostrado que el motivo WSXWS se requiere para el plegamiento del receptor, pero no está directamente involucrado en la unión al ligando. Algunos receptores de citoquinas de tipo I tienen grandes dominios intracelulares, mientras que otros tienen tallos citoplásmicos cortos incapaces de señalizar. Existen receptores complejos, los cuales contienen una cadena receptor con un gran dominio intracelular, este tipo de receptor se comparte con algunas citoquinas para realizar la señalización. También se ha reportado que algunos miembros de la familia de receptores de citoquinas de tipo I carecen de un dominio transmembrana, resultando más solubles que unidos a la membrana. Entre los ligandos para este tipo de receptores se encuentran las interleuquinas (IL) 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 12, 13, 15, 21, 23, linfopoyetina estromal del timo (TSLP, del inglés thymic stromal lymphopoietin), factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF), factor estimulante de colonias de granulocitos y monocitos (GM-CSF), eritropoyetina (Epo), trombopoyetina (TPO), prolactina (PRL), hormona de crecimiento (GH), factor inhibidor leucémico (LIF), oncostatina-M (OSM), cardiotrofina-1 (CT-1), citoquina cardiotrofina-like (CLC), factor neutrófico ciliar (CNTF) y leptina (OB).
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La familia del receptor de citoquinas de tipo II (CRF2), también denominada como HCRII (por receptor de citoquinas helicoidales de tipo II), incluye ambas subunidades del receptor de interferón de tipo I (IFNAR-1 e IFNAR-2) y del receptor de interferón de tipo II (IFNGR-1 e IFNGR-2), factor tisular (TF), la cadena de unión al ligando del receptor de IL-10 (IL-10R1) y un receptor huérfano, CRF2-4, la segunda subunidad del receptor de IL-10. Las proteínas CRF2 son proteínas transmembrana tripartitas de un solo paso definidas por similitudes estructurales en el dominio extracelular, el cual incluye los residuos de unión al ligando. El dominio extracelular consta de aproximadamente 200 aminoácidos donde se encuentra el dominio de homología al receptor de citoquinas (CRH) el cual está compuesto de dos dominios de FNIII en tándem. Se puede referir al dominio amino-terminal FNIII distal a la membrana como D1, y al dominio proximal a la membrana como D2. Cada dominio FNIII tiene un marco estructural de siete cadenas β conectadas por horquillas y organizadas en dos hojas β opuestas. Dentro de estos dominios se encuentra un patrón de aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos típicos de las cadenas β. Los receptores de citoquinas de tipo II carecen de la secuencia WSXWS, esta secuencia se sustituye por varias secuencias que preservan el plegamiento tridimensional de la región extracelular. Los ligandos para este tipo de receptores constituyen la familia de los interferones de tipo I (IFNα, IFNβ, IFNε, IFNκ, IFNω, IFNτ), y tipo II (IFN-γ), la familia de la IL-10 (IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24/MDA-7, IL-26/AK115), la familia de la IL-28/IFN-λ (IFN-λ 1-3/IL-28A, 28B e IL-29) y el factor VII.
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La familia de las quimioquinas está constituida por moléculas pequeñas (8-14 kDa) que son secretadas y que regulan el transporte de los leucocitos mediante la adhesión de los mismos a las células endoteliales, la iniciación de la migración transendotelial y la invasión del tejido. Las quimioquinas secretadas se unen a proteoglucanos y a proteínas de la matriz extracelular donde se cree permanecen inmovilizadas sin pasar a la circulación. Esta capacidad de unión a la matriz extracelular favorece la permanencia de las quimioquinas en su lugar de producción y apoya el concepto de que la migración de los leucocitos se realiza a través de un gradiente sólido. Las quimioquinas poseen motivos de cisteínas muy específicos dentro de su secuencia de aminoácidos y comparten la habilidad de estimular el movimiento de los leucocitos (quimioquinesis) y de dirigir el movimiento (quimiotaxis).
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1. Grupos de quimioquinas.
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La mayoría de las quimioquinas poseen cuatro cisteínas características, y se han clasificado en cuatro tipos con base en la homología de sus secuencias y en la posición de los dos primeros residuos de cisteína, C-x-C (alfa), C-C (beta), C (gamma) y CX3C (delta). La única excepción a la regla de cuatro cisteínas es la linfotactina, la cual posee sólo dos residuos de cisteína. Dentro de la estructura de estas quimioquinas se forman dos puentes disulfuro, uno entre la primera y tercera cisteínas y el otro entre la segunda y la cuarta. En el caso de linfotactina, ésta retiene su estructura funcional con sólo un puente disulfuro. Los miembros de la subfamilia C-x-C son producidos principalmente por fagocitos mononucleares y por células tisulares (endoteliales y fibroblastos) y megacariocitos (de los que derivan las plaquetas que a su vez contienen a la citoquina almacenada). Estas quimioquinas actúan predominantemente sobre los neutrófilos como mediadores de la inflamación aguda y la molécula de este grupo mejor estudiada es la interleuquina 8 (IL-8), sintetizada por todos los tipos de leucocitos, así como por otros muchos tipos celulares (fibroblastos, células endoteliales, hepatocitos, astrocitos, etc.) y células tumorales (melanoma, carcinoma de ovario, pulmonar, etc.) en respuesta a una amplia variedad de estímulos. Esta quimioquina es un factor activador para los neutrófilos en los que induce degranulación, cambios morfológicos y quimiotaxis; también es quimiotáctica aunque en menor grado para los eosinófilos, basófilos y linfocitos. Asimismo, puede funcionar como un potente factor angiogénico. El segundo grupo de quimioquinas es producido principalmente por linfocitos T activados por antígeno y actúan sobre poblaciones inflamatorias mononucleares. Por ejemplo, RANTES actúa sobre linfocitos T CD4+ de memoria y sobre monocitos. Otros miembros de la familia cys-cys, son la eotaxina, importante en los procesos alérgicos por ser quimiotáctica para los eosinófilos, y la proteína quimiotáctica para monocitos (MCP-1), específica para los fagocitos mononucleares. La inyección en los tejidos de IL-8 o de MCP-1 en animales de experimentación, produce reacciones inflamatorias, y se cree que la activación de los neutrófilos inducida por TNF e IL-1 se debe en gran medida a la secreción de IL-8 y de proteínas relacionadas que son estimuladas por TNF y por IL-1, por lo que a IL-8 se le considera como uno de los principales mediadores secundarios de la inflamación. Otras proteínas que pertenecen a esta familia cuya característica principal es actuar como quimioatrayente, son la linfotactina (quimiotáctica para linfocitos T) y las proteínas inflamatorias de macrófagos o MIP-1α y 1β. Las quimioquinas de ambas familias se unen a proteoglucanos de heparán sulfato presente en la superficie de las células endoteliales, por lo que pueden actuar principalmente para estimular la quimioquinesis de leucocitos que se unen al endotelio activado por citoquinas a través de las moléculas de adhesión inducidas durante la activación.
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2. Receptores para quimioquinas.
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Los receptores para las quimioquinas son de tipo serpentina acoplados a proteínas G (Fig. 24-12A). Con base en la clase de quimioquinas que se unen a estos receptores se les ha denominado CXCR1, 2, 3, 4, y 5 (unen quimioquinas CXC); CCR1 al CCR11 (unen quimioquinas CC); XCR1 (une a la quimioquina C, la linfotactina); y CX3CR1 (une a las quimioquinas CX3C, fractalkina y neurotactina). A la fecha se han descrito 16 ligandos para los receptores CxC (CxCL1-16) y 28 ligandos para los receptores CC (CCL1-28). Muchos de estos factores se describieron originalmente con otros nombres, pero recientemente la nomenclatura se ha estandarizado. La confusión relacionada con la biología de las quimioquinas se deriva de la unión promiscua de una sola quimioquina a múltiples receptores, aunque a su vez, receptores individuales pueden unir a varias quimioquinas (Fig. 24-12B). Se habla entonces de receptores específicos cuando éstos unen sólo una quimioquina y de receptores compartidos cuando unen varias quimioquinas. Además, las quimioquinas se han clasificado como constitutivas, que son aquellas involucradas en el tráfico basal y el “homing” de leucocitos, y como inducibles, por estímulos proinflamatorios como el LPS bacteriano, la IL-1, el TNF-α y el IFN-γ, aquéllas que participan en los procesos inflamatorios.
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La evidencia acumulada sugiere que las quimioquinas junto con las moléculas de adhesión tienen funciones importantes durante las respuestas inflamatorias para el reclutamiento temporal de subpoblaciones específicas de leucocitos hacia el sitio de daño en los tejidos. Sin embargo, las quimioquinas y sus receptores también son importantes en la maduración de las células dendríticas, en la diferenciación de las células B y T, en las respuestas dependientes de TH1 y TH2, en infecciones, angiogénesis, crecimientos tumorales y metástasis.
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Recientemente se han identificado nuevas quimioquinas con características funcionales diferentes. Algunas de ellas son altamente específicas para linfocitos y células dendríticas y se expresan constitutivamente en órganos linfoides primarios y secundarios. El hallazgo de estas nuevas quimioquinas que tienen como diana células pertenecientes al sistema inmunitario ha atraído el interés sobre estas moléculas y ha propiciado una nueva clasificación, principalmente con base en criterios funcionales. De acuerdo con esta nueva clasificación se denominan quimioquinas inflamatorias a las clásicas con capacidad atrayente sobre monocitos y neutrófilos, mientras que las que actúan sobre linfocitos reciben el nombre de inmunoquimioquinas.
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3. Mecanismos de transducción de señales por quimioquinas.
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Los receptores para las quimioquinas y otros agentes quimioatrayentes pertenecen a la superfamilia de receptores con siete dominios transmembrana tipo serpina o rodopsina, la mayoría de ellos acoplada a proteína G, con tres asas intracelulares y tres extracelulares. Todos presentan un extremo N-terminal extracelular y uno C-terminal intracelular. La porción intracelular carboxiterminal contiene residuos serina y treonina, los cuales son fosforilados y participan en la transducción de señales.
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La interacción entre la quimioquina y el receptor ocurre en el extremo aminoterminal y una de las asas extracelulares. La proteína G que está acoplada a dicho receptor es heterotrimérica (cadenas α-β-γ) y se encuentra unida a la segunda asa intracelular que contiene el motivo DRY (aspartato, arginina, tirosina); dicho motivo ha sido implicado en la transducción de señales. La señalización por los receptores de quimioquinas está mediada por proteínas G asociadas a su extremo carboxiterminal. Estas proteínas se encuentran localizadas en la cara interna de la membrana citoplasmática y catalizan el intercambio de GDP por GTP produciéndose la activación de muchas enzimas citoplasmáticas y, en último término, la activación de factores de transcripción. En esta familia, no es necesaria la oligomerización del receptor para la transducción de señales al interior de la célula ya que los receptores funcionales constan únicamente de una cadena.