Capítulo 3: Receptores y señalización: receptores de célula B y de célula T

La coordinación de las funciones fisiológicas en todo el organismo depende de la capacidad de células individuales para detectar cambios en su ambiente y para mostrar respuesta de manera apropiada. Una de las principales rutas mediante las cuales una célula interpreta su entorno es por medio de la unión de moléculas de señales a proteínas receptoras asociadas a la célula. Una molécula que se une a un receptor es un ligando. La unión no covalente de un ligando a su receptor puede inducir alteraciones en el receptor mismo, en su estado de polimerización, o en el ambiente de ese receptor, o en varios de estos factores a la vez; estos cambios actúan para transmitir o transducir la señal de unión a ligando hacia el interior de la célula, lo que lleva a alteraciones de las funciones celulares. En el sistema nervioso las moléculas transmisoras de señales se llamarían neurotransmisores, y en el sistema endocrino, hormonas. En el sistema inmunitario, las moléculas extrañas que indican la presencia de entidades no propias son antígenos y las moléculas pequeñas que se comunican entre las diversas poblaciones de células inmunitarias son las citocinas. Las citocinas especializadas que inducen quimioatracción o quimiorrepulsión se denominan quimiocinas.

En este capítulo se proporciona una introducción general a la unión de receptor-ligando, y a los conceptos y estrategias a los que están por debajo de la transducción de señal. A continuación la exposición se enfoca de manera específica en los antígenos y receptores del sistema inmunitario adaptativo; se introducen los receptores de célula B y de célula T y los eventos de emisión de señales intracelulares que se producen en el momento de unión al antígeno.

Dado que las células del sistema inmunitario están distribuidas en todo el cuerpo —algunas residen en tejidos fijos y otras circulan por los diversos tejidos linfoides, la sangre y los linfáticos—, la capacidad de estas células para comunicarse con otra y para emitir señales hacia otra por medio de mensajeros moleculares citocinas y quimiocinas solubles, es esencial para su función. En el capítulo 4 se describen los eventos de transmisión de señales que se producen cuando las citocinas y quimiocinas se unen a sus receptores cognados (que coinciden con ellas). En el capítulo 5 se incluye una descripción de los receptores de reconocimiento de patrones (prr) del sistema inmunitario innato, y de los eventos de emisión de señales iniciados por su unión a antígeno.

Los conceptos esenciales que son la base de la señalización celulares en el sistema inmunitario pueden resumirse como sigue:

• Una señal celular es cualquier evento que da instrucciones a una célula para que cambie su estado metabólico o proliferativo.

• Las señales suelen ser generadas por la unión de un ligando a un receptor unido a la célula complementaria.

• Una célula puede hacerse más o menos susceptible a las acciones de un ligando al incrementar (regular en dirección ascendente) o disminuir (regular en dirección descendente) la expresión del receptor para este ligando.

• El ligando puede ser una molécula soluble, o puede ser un péptido, carbohidrato o lípido presentado sobre la superficie de una célula.

• Desde su punto de entrada, el ligando puede viajar largas distancias por el cuerpo en el torrente sanguíneo o los linfáticos antes de que llegue a una célula que porta el receptor adecuado.

• La unión de ligando-receptor es no covalente, aunque puede ser de afinidad bastante alta.

• La unión de ligando al receptor induce un cambio molecular en el receptor. Este cambio puede ser en la forma de una alteración conformacional en el receptor, dimerización o agrupación de receptor, un cambio de la ubicación del receptor en la membrana, o una modificación covalente.

• Esas alteraciones de receptor ponen en marcha cascadas de eventos intracelulares que incluyen la activación de enzimas, y cambios de las ubicaciones intracelulares de moléculas importantes.

• El resultado final de la transmisión de señales celulares a menudo, mas no siempre, es un cambio del programa de transcripción de la célula blanco.

• A veces una célula debe recibir más de una señal por medio de más de un receptor para que se llegue a un resultado particular.

• La integración de las señales recibidas por una célula ocurre en el ámbito molecular dentro de la célula receptora.

Los receptores de antígeno del sistema inmunitario adaptativo son proteínas transmembrana situadas en la membrana plasmática. La unión del ligando a su receptor cognado normalmente se produce por medio de interacciones no covalentes específicas entre el ligando y la porción extracelular del receptor de membrana. Aunque un linfocito individual sólo expresa un tipo de receptor de antígeno, también puede expresar muchas moléculas receptoras diferentes para señales como citocinas y quimiocinas y, por ende, una célula sana debe integrar las señales que provienen de todos los receptores que están ocupados en un momento dado.

La unión de receptor-ligando ocurre por medio de múltiples enlaces no covalentes

La superficie de una molécula de receptor se une a la superficie de su ligando complementario por medio de los mismos tipos de enlaces químicos no covalentes que usan las enzimas para unirse a sus sustratos, los cuales comprenden enlaces de hidrógeno y enlaces iónicos, e interacciones hidrofóbicas y Van der Waals. La clave para que la interacción receptor-ligando sea significativa es que la suma total de estas interacciones de unión se mantengan juntas, con suficiente energía de unión y durante suficiente tiempo, las dos superficies que están interactuando, a fin de permitir que una señal pase del ligando a la célula que porta el receptor. Dado que estas interacciones no covalentes son individualmente débiles, se requieren muchas interacciones de ese tipo para formar una conexión receptor-ligando biológicamente significativa. Además, puesto que cada una de estas interacciones no covalentes sólo opera en una distancia muy corta —por lo general alrededor de 1 Angstrom (1 Å = 10^–10 m)—, una interacción de alta afinidad entre receptor y ligando depende de un “ajuste”, o grado de complementariedad, muy cercano, entre el receptor y el ligando (figura 3-1).

¿Cómo se cuantifica la fuerza de interacciones receptor-ligando?

Considérese un receptor, R, que se une a un ligando, L. Es posible describir su reacción de unión de acuerdo con la ecuación que sigue:

en la cual RL representa el complejo de receptor-ligando unido, k₁ es la constante de tasa hacia adelante o de asociación, y k_–1 es la constante de tasa de reversa o de disociación.

La proporción de k₁/k_–1 es igual a Ka, la constante de asociación de la reacción, y es una medida de la afinidad del par de receptor-ligando. La constante de asociación se define como la relación entre la concentración del producto de la reacción, [RL], y el producto de las concentraciones de reactantes [R], multiplicado por [L]. Por consiguiente, las unidades de afinidad son M^–1. Mientras más alta es la Ka, más alta es la afinidad de la interacción.

El recíproco de la constante de asociación, la constante de disociación, Kd, a menudo se usa para describir las interacciones entre receptores y ligandos. Se define como:

Las unidades de la constante de disociación están en molaridad (M). La inspección de esta ecuación revela que cuando la mitad de los sitios receptores están ocupados con ligando —es decir, [R] = [RL]—, la Kd es igual a la concentración de ligando libre [L]. Mientras más baja es la Kd, más alta es la afinidad de la interacción.

Para propósitos de comparación, es útil considerar que los valores de Kd de muchas interacciones enzima-sustrato se ubican en el rango de 10^–3 a 10^–5 M. Los valores de Kd de interacciones antígeno-anticuerpo al principio de una respuesta inmunitaria normalmente son del orden de 10^–4 a 10^–5 M; sin embargo, puesto que los anticuerpos generados en el momento de la estimulación con antígeno son mutados y seleccionados en el transcurso de una respuesta inmunitaria, las interacciones antígeno-anticuerpo en etapas tardías de una respuesta inmunitaria pueden alcanzar una Kd tan baja como de 10^–12 M. En estas condiciones, si un antígeno está presente en solución a una concentración tan baja como de 10^–12 M, la mitad de los sitios de unión a anticuerpo disponibles estará ocupada. Ésta es una interacción extraordinariamente fuerte entre receptor y ligando.

Las interacciones entre receptores y ligandos pueden ser multivalentes

Muchos receptores biológicos, incluso receptores de célula B, son multivalentes —es decir, tienen más de un sitio de unión a ligando por cada molécula—. Cuando tanto los receptores como los ligandos son multivalentes —como ocurre, por ejemplo, cuando un receptor de inmunoglobulina bivalente sobre la superficie de una célula B se une a dos antígenos repetidos idénticos sobre una superficie bacteriana—, la interacción de unión general entre la célula bacteriana y el receptor de célula B está notoriamente aumentada en comparación con una interacción similar, pero univalente. De esta manera, múltiples interacciones receptor-ligando concurrentes aumentan la fuerza de unión entre dos superficies celulares. Note que la unión por medio de dos sitios receptores idénticos a dos ligandos idénticos sobre la misma célula puede ser un poco menos de dos veces tan firme como la unión por medio de un sitio receptor único. Esto se debe a que la unión de ambos sitios receptores a dos ligandos sobre un antígeno único puede tensar un poco las características geométricas de la unión en uno de los sitios o en ambos y, por ende, interferir un poco con el “ajuste” de las interacciones individuales.

Gran parte del beneficio de la multivalencia depende del hecho de que las interacciones de unión no covalente son inherentemente reversibles; el ligando pasa parte del tiempo unido al receptor, y parte del tiempo en un estado no unido, o “inactivo” (figura 3-2a). Cuando está involucrado más de un sitio de unión, es menos probable que todos los sitios receptores estén simultáneamente en el estado “inactivo” y, por ende, que el receptor libere el ligando (figuras 3-2b y 3-2c).

El término avidez se usa para describir la fuerza general de las interacciones de unión colectivas que ocurren durante unión multivalente. Durante las fases tempranas de la respuesta inmunitaria adaptativa a antígenos multivalentes, las células B secretan anticuerpo IgM, que tiene 10 sitios de unión a antígeno disponibles por cada molécula. Por ende, la IgM tiene capacidad de unión a antígenos a una magnitud importante desde el punto de vista biológico, incluso si la afinidad de cada sitio de unión individual por su antígeno es baja, debido a la avidez de la interacción antígeno-anticuerpo entera. De igual modo, cuando un receptor unido a célula se une a un ligando unido a célula, su interacción puede ser funcionalmente multivalente, incluso si las moléculas receptoras individuales son monovalentes, porque múltiples moléculas receptoras pueden agruparse en la membrana celular y participar en la interacción receptor-ligando. Además, otras interacciones con correceptor también pueden contribuir a la avidez general de la unión entre una célula y su antígeno (véase más adelante).

La afinidad de las interacciones receptor-ligando puede medirse mediante técnicas como diálisis de equilibrio o resonancia de plasmón de superficie (spr). Estos dos métodos se describen en el capítulo 20.

La expresión de receptor y ligando puede variar en el transcurso de una respuesta inmunitaria

Una de las características más notorias de la lógica molecular de las respuestas inmunitarias es que los receptores para algunos factores de crecimiento y citocinas sólo se expresan según se requiere. Por ejemplo, casi todos los linfocitos expresan una forma de baja afinidad, heterodimérica (de dos cadenas), del receptor para la citocina interleucina-2 (IL-2), que inicia una señal que promueve la proliferación de linfocitos (esta citocina y su receptor se cubren con mayor detalle en el capítulo 4). Esa forma de baja afinidad del receptor es incapaz de unirse a la IL-2 a concentración fisiológica de citocina. Con todo, cuando un linfocito es activado por unión a antígeno, la señal que proviene del receptor unido a antígeno causa un incremento de la expresión de una tercera cadena del receptor de IL-2 en la superficie celular (figura 3-3). La adición de esta tercera cadena convierte la forma de baja afinidad del receptor de IL-2 en una forma de alta afinidad, capaz de responder a la concentración de citocina que se encuentra en los órganos linfoides. El corolario funcional de esto es que sólo los linfocitos que ya se han unido a antígeno y han sido estimulados por esa unión, tienen receptores de citocina de afinidad suficientemente alta para responder a la concentración fisiológica de citocina. Al esperar hasta que ha interactuado con su antígeno específico antes de expresar el receptor de citocina de alta afinidad, el linfocito conserva energía y evita el inicio accidental de una respuesta inmunitaria contra un antígeno irrelevante.

Las concentraciones locales de citocinas y otros ligandos pueden ser en extremo altas

Al considerar las interacciones entre receptores y sus ligandos, es importante considerar el ambiente anatómico en el cual están ocurriendo estas interacciones. Los linfocitos y las células presentadoras de antígeno que participan en una respuesta inmunitaria pasan cantidades importantes de tiempo juntos por medio de múltiples interacciones receptor-ligando. Las señales de citocina liberadas por una célula T, por ejemplo, son recibidas por una célula presentadora de antígeno unida en la interfaz entre las células, antes de que la citocina haya tenido tiempo para difundirse hacia los líquidos tisulares. La secreción de citocinas hacia exactamente el sitio donde se necesitan es facilitada por la capacidad de la señalización de receptor de antígeno para inducir redistribución del centro organizador de microtúbulos (mtoc) dentro de la célula T activada. A su vez, la reorientación del mtoc causa la redistribución de los orgánulos secretores (el cuerpo de Golgi y vesículas secretoras) dentro del citoplasma de la célula T, de modo que las citocinas sintetizadas por la célula T son secretadas en la dirección del receptor de célula T que, a su vez, está unido a la célula presentadora de antígeno. El término técnico para este fenómeno es la redistribución vectorial (direccional) del aparato secretor. De este modo, las citocinas son secretadas de manera directa hacia el espacio entre la célula T activada y la célula presentadora de antígeno.

La redistribución vectorial del aparato secretor en células dendríticas presentadoras de antígeno también ocurre en el momento de interacción con células T específicas para antígeno. Esto asegura que las citocinas, como la IL-12, que son secretadas por células dendríticas, sean suministradas con eficiencia a las células T que reconocen antígeno. La figura 3-4 muestra la secreción direccional de la citocina IL-12 por una célula dendrítica presentadora de antígeno que participa en la activación de una célula T.

Las células efectoras del sistema inmunitario, como las células B, también son capaces de presentar antígenos sobre su superficie celular para reconocimiento por células T auxiliares. Una célula B que ha reconocido de manera específica un antígeno por medio de su propio receptor procesará el antígeno y expresará una concentración en particular alta de los péptidos antigénicos unidos a moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (mhc) sobre su superficie. Por ende, una célula T auxiliar, unida a un antígeno presentado sobre la superficie de una célula B, suministrará una concentración alta de citocinas directamente a una célula B activada, específica para antígeno. Por consiguiente, la concentración local de citocinas en las interfases celulares puede ser en extremo alta, mucho más alta que en los líquidos tisulares en general.

Una vía de transducción de señal es la ruta molecular mediante la cual una interacción ligando-receptor se traduce en un cambio bioquímico dentro de la célula afectada. La comunicación del mensaje del ligando a la célula es iniciada por la complementariedad de estructura entre el ligando y su receptor, que da lugar a una interacción de unión de fuerza y duración suficientes para desencadenar un cambio bioquímico en el receptor, o en sus moléculas asociadas, o en ambos. A su vez, este cambio bioquímico puede causar una diversa gama de consecuencias bioquímicas en la célula (figura 3-5, Perspectiva general). Los términos torrente arriba y torrente abajo a menudo se usan para describir elementos de vías de señalización. Los componentes torrente arriba de una vía de emisión de señales son los que están más cerca del receptor; los componentes torrente abajo son los que están más cerca de las moléculas efectoras que determinan el resultado de la vía; por ejemplo, los factores de transcripción o enzimas cuyas actividades son modificadas en el momento en que se recibe la señal.

Pese a lo discrepantes y complejas que algunas de estas vías de señalización pueden ser, muchas comparten características. En esta sección, para proporcionar un marco para analizar las vías individuales empleadas por las células del sistema inmunitario, se describen algunas de las estrategias compartidas por muchas vías de emisión de señales. En la sección que sigue se proporcionan tres ejemplos de vías de emisión de señales usadas por el sistema inmunitario, así como por otros sistemas.

La unión a ligando puede inducir cambios conformacionales en el receptor, o agrupación del receptor, o ambos

El primer paso necesario para la activación de una vía de señalización es que el sitio de unión del ligando a sus receptores de alguna manera induce un cambio físico o químico en el receptor mismo, o en moléculas asociadas a él. En el caso de muchos receptores de factor de crecimiento, la unión a ligando induce un cambio conformacional en el receptor que da lugar a dimerización de receptor (figura 3-6). Puesto que las regiones citoplasmáticas de muchos receptores de factor de crecimiento tienen actividad de tirosina cinasa, esto da lugar a la fosforilación recíproca de las regiones citoplasmáticas de cada una de las moléculas receptoras por su pareja de dimerización.

Otros receptores pasan por cambios conformacionales en el momento de unión a ligando, que dan lugar a órdenes más altos de polimerización de receptor. Los receptores sobre células B son formas unidas a membrana de las moléculas de anticuerpo que la célula B finalmente secretará. En la superficie de células B vírgenes hay dos tipos de receptores de antígeno, que se denominan inmunoglobulinas M y D (IgM e IgD). Estudios estructurales de la forma IgM del receptor han revelado que la unión a ligando induce un cambio conformacional en una parte no de unión a antígeno del receptor, cerca de la membrana, que facilita la agregación de receptores hacia complejos multiméricos, y su movimiento subsiguiente hacia regiones de la membrana especializadas. De modo similar, los receptores de célula T se agrupan en el momento de unión a antígeno. Persisten las controversias respecto a si pasan o no por un cambio conformacional en el momento de unión a antígeno.

Algunos receptores requieren moléculas asociadas a receptor para emitir una señal de activación celular

En contraste con los receptores de factor de crecimiento, que tienen actividades enzimáticas inducibles integradas en la molécula de receptor misma, los receptores de célula T y B tienen componentes citoplasmáticos muy cortos y, por ende, necesitan ayuda de moléculas asociadas a receptor intracelulares para desencadenar transducción de señal. El heterodímero Igα/Igβ (CD79α/β) en células B, y el complejo CD3 hexamérico en células T, están estrechamente asociados con sus receptores de antígeno respectivos, y se encargan de transmitir al interior de la célula las señales iniciadas por unión a ligando (figura 3-7). Estos dos complejos tienen un par de colas citoplasmáticas largas que contienen múltiples copias del motivo de activación de inmunorreceptor basado en tirosina (Immuno-receptor Tyrosine Activation Motif [itam]). Los itam son motivos de secuencia recurrentes que se encuentran en muchas proteínas emisoras de señales dentro del sistema inmunitario, que contienen tirosinas que quedan fosforiladas después de transducción de señal por medio del receptor asociado. La fosforilación de residuos de itam-tirosina a continuación permite el acoplamiento de moléculas adaptadoras, lo que facilita el inicio de la cascada de señalización.

Otras moléculas asociadas con los receptores de antígeno de célula B o T también pueden interactuar con el antígeno o con otras moléculas sobre la superficie del agente patógeno. Por ejemplo, en el caso de las células B, el complejo de CD19/CD21 se une a moléculas de complemento fijas de manera covalente al antígeno (figura 3-7a). De modo similar, moléculas de CD4 y CD8 sobre células T se unen a regiones no polimórficas de la molécula de mhc que presenta antígenos, y ayudan en la transducción de señal (figura 3-7b). Por último, el correceptor CD28 sobre células T vírgenes debe interactuar con sus ligandos CD80 (B7-1) y CD86 (B7-2) para que ocurra activación completa de célula T.

La agrupación de receptor inducida por ligando puede alterar la ubicación de receptor

La agrupación inducida por ligando de receptores de célula B y T lentifica las tasas de su difusión dentro de los planos de sus respectivas membranas celulares, y facilita su movimiento hacia regiones especializadas de la membrana del linfocito conocidas como balsas de lípidos. Estas balsas son regiones de la membrana ricas en colesterol y en esfingolípidos, insolubles en detergente, muy ordenadas, pobladas por muchas moléculas cruciales para la emisión de señales de receptor. El movimiento de receptores y correceptores hacia las balsas de lípidos las hace susceptibles a la acción de enzimas asociadas con esas balsas. En la figura 3-8 se muestra cómo la tirosina cinasa asociada a balsa Lyn inicia la cascada de emisión de señales de célula B al fosforilar las moléculas asociadas con receptor Igα e Igβ. La tirosina cinasa Lck desempeña una función similar en la cascada de señalización de tcr.

La fosforilación de tirosina es un paso temprano en muchas vías de señalización

Muchas vías de emisión de señales, en particular las que emiten señales para el crecimiento de células o la proliferación de estas últimas, se inician con un evento de fosforilación de tirosina. Muchas de las tirosina cinasas que inician la activación de bcr y tcr pertenecen a la familia de enzimas conocida como cinasas de la familia Src. Las cinasas de la familia Src (que en idioma inglés se pronuncia “sark”) tienen homología con un gen, c-src, que se identificó por vez primera en aves. Se mostró que un virus del sarcoma Rous homólogo de estos genes, activo de manera constitutiva, v-src, induce una forma de cáncer, el fibrosarcoma, en aves. El hecho de que una mutación sencilla en esta forma viral de un gen que codifica para tirosina cinasa podría dar lugar a la aparición de un tumor fue el primer indicio de que los genes que codifican para tirosina cinasa pueden ser importantes en la regulación de la proliferación celular y, de hecho, en muchos aspectos de la señalización celular.

Las cinasas de la familia Src son importantes en las etapas más tempranas de activación de células tanto T como B. Lck y Fyn son cruciales para la activación de células T, y Lyn, Fyn y Blk desempeñan los papeles iniciadores correspondientes en células B. Puesto que la activación inadvertida de estas enzimas puede llevar a proliferación incontrolada —un precursor para la formación de tumor—, no sorprende que su actividad esté estrechamente regulada de dos maneras distintas pero interconectadas.

Las enzimas tirosina cinasa de la familia Src inactivas existen en una conformación cerrada, en la cual una tirosina fosforilada está estrechamente unida a un dominio SH2 (dominio de homología de SH2 [Src homology 2]) interno (figura 3-9, cuadro 3-1). (Los dominios SH2 en proteínas se unen a residuos de tirosina fosforilados.) Mientras la tirosina inhibitoria esté fosforilada, la cinasa de la familia Src permanece plegada sobre sí misma e inactiva. En linfocitos, la enzima tirosina cinasa Csk se encarga de mantener la fosforilación de la tirosina inhibitoria. Aun así, en el momento de la activación celular, una tirosina fosfatasa elimina el fosfato inhibidor, y la cinasa de la familia Src se abre hacia una conformación parcialmente activa. Así, el evento iniciador en la transducción de señal a menudo es el movimiento de la tirosina cinasa hacia una región de la célula o la membrana poblada por una fosfatasa activadora, apropiada, y distante de la cinasa inhibidora Csk. A continuación se logra actividad completa cuando la cinasa de la familia Src se fosforila a sí misma en un segundo residuo de tirosina activador.

La fosforilación de tirosina puede desencadenar cambios en una vía de emisión de señales de más de una manera. A veces, la fosforilación de un residuo de tirosina puede inducir un cambio conformacional en la proteína fosforilada misma, que puede echar a andar esta actividad enzimática o desactivarla. De manera alternativa, la fosforilación de tirosina de componentes de un complejo receptor puede permitir que otras proteínas se unan a él por medio de sus dominios SH2 o de unión a fosfotirosina (cuadro 3-1), lo que altera sus ubicaciones dentro de la célula. Note que una tirosina fosforilada a menudo se denomina un residuo “pY”.

Las proteínas adaptadoras recolectan miembros de vías de señalización

Es fácil imaginar el citoplasma como un océano de macromoléculas, con poca estructura u organización, en el cual las proteínas se golpean una a otra a una frecuencia que sólo depende de sus concentraciones citoplasmáticas generales. De cualquier modo, nada podría estar más lejos de la verdad. El citoplasma de hecho es un ambiente intrincadamente organizado, en el cual disposiciones tridimensionales de proteínas se forman y dispersan de una manera dirigida por eventos de emisión de señales celulares. Muchas de estas interacciones reversibles entre proteínas están mediadas por proteínas adaptadoras, así como por interacciones entre miembros de vías de señalización con componentes del citoesqueleto.

Las proteínas adaptadoras carecen de función enzimática o de receptor intrínseca; tampoco actúan como factores de transcripción. Su función es unirse a motivos o dominios específicos sobre proteínas o lípidos, enlazar uno al otro; poner sustratos al alcance de enzimas, y en general mediar la redistribución de moléculas dentro de la célula. El cuadro 3-1 lista varios dominios adaptadores representativos, junto con sus especificidades de unión. Las proteínas adaptadoras se caracterizan por tener múltiples dominios de superficie, cada uno de los cuales posee una especificidad de unión precisa para una estructura molecular particular. En muchas vías de emisión de señales, múltiples proteínas adaptadoras pueden participar en la formación de un andamio de proteína que proporciona un marco estructural para la interacción entre miembros de una cascada de emisión de señales. Los dominios en particular comunes en proteínas adaptadoras que funcionan en la señalización del sistema inmunitario son el dominio SH2 que se une a residuos de tirosina fosforilados (pY), el dominio SH3 que se une a agrupaciones de residuos de prolina, y el dominio de homología de plecstrina (PH) que se une a fosfatidil inositol trifosfato en la membrana plasmática.

La unión de proteínas adaptadoras puede simplemente poner en contacto moléculas entre sí, de modo que, por ejemplo, una enzima puede actuar sobre su sustrato. De modo alternativo, la unión de una proteína adaptadora puede inducir un cambio conformacional, que a su vez puede estabilizar la pareja de unión, desestabilizarla o activarla.

La transducción de señal puede inducir cambios conformacionales en proteínas que a su vez dan lugar a descubrimiento de uno o más dominios de proteína con afinidad específica por otras proteínas. Esas interacciones pueden ser homotípicas (interacciones entre dominios idénticos) o heterotípicas (interacciones entre dominios diferentes).

La fosforilación sobre residuos de serina y treonina también es un paso común en vías de señalización

En tanto la fosforilación de tirosina suele observarse al inicio de una cascada de emisión de señales, la fosforilación de proteínas en residuos de serina y treonina (figura 3-10) tiende a ocurrir en pasos más avanzados en la activación celular. La fosforilación de serina o treonina puede servir para activar una enzima fosforilada, para inducir la interacción de una proteína fosforilada con un grupo diferente de proteínas, para alterar la ubicación de la proteína dentro de la célula, para proteger la proteína contra destrucción o, en algunos casos importantes, para convertir la proteína fosforilada en un blanco para la destrucción proteosomal.

La fosforilación de fosfolípidos de membrana recluta proteínas que contienen dominio PH hacia la membrana celular

El fosfolípido fosfatidilinositol bifosfato (Phosphatidyl Inositol bis-Phosphate [PIP₂]) es un componente de la cara interna de membranas plasmáticas de eucariontes. No obstante, el PIP₂ es mucho más que un fosfolípido estructural; también participa de manera activa en la emisión de señales celulares. La enzima fosfatidil inositol-3-cinasa (Phosphatidyl Inositol-3-kinase [PI3 cinasa]), activada en el transcurso de la señalización por medio de muchos receptores inmunitarios, fosforila el PIP₂ para formar fosfatidil inositol trifosfato (Phosphatidyl Inositol tris-Phosphate [PIP₃]) (figura 3-11). El PIP₃ permanece en la membrana y sirve como un sitio de unión para proteínas que portan dominios de homología a plecstrina (PH) (cuadro 3-1). Así, este evento de fosforilación de lípido sirve para mover proteínas desde el citosol hacia la membrana y proporcionarles un sitio de unión en la superficie de la membrana interna. La ubicación de proteínas en la membrana las pone en contacto con otros miembros de una cascada de señalización, lo que permite que las enzimas tengan acceso a nuevos sustratos, y permite la modificación de proteínas adaptadoras, con el montaje subsiguiente de complejos de emisión de señales.

La desintegración de PIP₂ por plc, inducida por señal, causa un incremento de la concentración citoplasmática de ion calcio

Además de ser fosforilado por la PI3 cinasa, el PIP₂ también es susceptible a un segundo tipo de modificación bioquímica inducida por señal. Una segunda enzima (más correctamente, una familia de enzimas), la fosfolipasa C (Phospholipase C [plc]), también es activada en el momento de emisión de señales de antígeno de linfocitos (figura 3-12). La plc hidroliza el PIP₂, lo cual separa el azúcar trifosfato de inositol (IP₃) desde el esqueleto de diacilglicerol (dag). El dag permanece en la membrana, donde se une a varias enzimas de señalización importantes, y las activa. Se libera IP₃ hacia el citoplasma, donde interactúa con receptores de IP₃ específicos sobre la superficie de vesículas de retículo endoplasmático, lo que induce la liberación de iones calcio (Ca²⁺) almacenados hacia el citoplasma. Estos iones calcio a continuación se unen a varias proteínas celulares, y cambian su conformación y alteran su actividad.

La doble carga positiva de los iones calcio, y el tamaño de su radio iónico, los hacen en particular idóneos para unión a muchas proteínas; sin embargo, en el campo de la emisión de señales celulares, la calmodulina (CaM) es indiscutiblemente la proteína de unión a calcio de mayor importancia. La CaM es una proteína en forma de mancuerna, con dos subunidades globulares separadas por un bastón α-helicoidal (figura 3-13a). Cada una de las dos subunidades tiene dos sitios de unión a calcio, de modo que la CaM tiene la capacidad para unirse a cuatro iones Ca²⁺. En el momento de la unión a calcio, la CaM pasa por un cambio conformacional notorio (figura 3-13b), que le permite unirse a diversas proteínas celulares diferentes, y activarlas.

A medida que se usan iones Ca²⁺ citoplasmáticos en la unión a proteínas citoplasmáticas, y la concentración de ion Ca²⁺ citoplasmática libre disminuye, empiezan a montarse proteínas de canal de Ca²⁺ en la membrana. Finalmente, los canales se abren para permitir la afluencia de más calcio desde el líquido extracelular y completar la activación de las proteínas reguladas por calcio. El montaje de estas llamadas proteínas de canales de calcio operados por depósito es imposible en presencia de calcio intracelular alto.

Muchos tipos diferentes de iones se encuentran en una célula, y es razonable preguntar por qué los eucariontes deben haber adquirido por evolución proteínas con actividades que muestran tanta capacidad de respuesta a la concentración de ion Ca²⁺ intracelular. La respuesta a esta pregunta yace en parte en el hecho de que es relativamente fácil alterar la concentración citoplasmática de iones Ca²⁺. La concentración de Ca²⁺ en la sangre y los líquidos tisulares es del orden de 1 mM, mientras que la concentración citosólica en una célula en reposo está más cerca de 100 nM —10 000 veces más baja que la concentración extracelular—. Esta diferencia es mantenida por un sistema de bombas de membrana eficiente (aunque costoso desde el punto de vista energético). Además, hay reservas de Ca²⁺ en concentración más alta dentro de vesículas intracelulares asociadas con el retículo endoplasmático y las mitocondrias. Así, cualquier evento de señalización que abre canales en la membrana del retículo endoplasmático, o en la membrana plasmática, y que permite el flujo libre de iones Ca²⁺ hacia el citoplasma, facilita un aumento rápido de la concentración citoplasmática de ion Ca²⁺.

La ubiquitinación puede inhibir la transducción de señal o aumentarla

La proteína ubiquitina es una proteína monomérica pequeña, de 76 residuos, altamente conservada. La unión del carboxilo terminal de la ubiquitina a residuos de lisina de proteínas blanco a menudo va seguida por polimerización de una cadena de ubiquitinas sobre residuos de lisina seleccionados de la ubiquitina conjugada; esto da lugar a poliubiquitinación de la proteína blanco. La monoubiquitinación o la poliubiquitinación casi siempre sirve como un mecanismo mediante el cual las proteínas marcadas son establecidas como objetivo para destrucción por el proteasoma de la célula. Empero, se sabe que la ubiquitinación en ciertos residuos de proteínas también sirve como una señal activadora y esta función alternativa de la ubiquitina se abordará más adelante conforme se describa la activación del factor de transcripción NF-κB, así como en los capítulos 4 y 5.

El análisis de las rutas bioquímicas mediante las cuales las señales moleculares pasan desde receptores de superficie celular hacia el interior de la célula ha revelado que algunas vías de transducción de señal se utilizan repetidas veces en las respuestas celulares a diferentes ligandos. Estas vías se utilizan, de maneras un poco diferentes, en múltiples sistemas celulares y de órganos, y en muchas especies. El resultado final de casi todas estas vías es una alteración del programa de transcripción de la célula. Aquí se describen brevemente tres de esas vías de particular importancia para el sistema inmunitario adaptativo (figura 3-5, Perspectiva general). Cada una de estas vías es desencadenada por unión de antígeno al receptor, y conduce a la activación de una familia de factores de transcripción diferente. La generación de estos factores de transcripción activos a su vez inicia la regulación ascendente de una cascada de genes que tienen importancia para la respuesta inmunitaria, incluso los que codifican para citocinas, anticuerpos, factores de supervivencia y señales proliferativas.

Si bien el marco conceptual de estas vías de emisión de señales es compartido entre muchos tipos de células, pequeñas modificaciones en los intermediarios moleculares y factores de transcripción involucrados permiten que haya variaciones de las identidades de los genes controlados por señales particulares, y que haya mecanismos de control de la transcripción específicos para tipo de célula. Por ejemplo, la enzima plc existe en diferentes formas; la PLCγ1 se usa en células T, y la PLCγ2 en células B. De modo similar, la familia de factores de transcripción factor nuclear de células T activadas (Nuclear Factor of Activated T cells [nfat]) incluye cinco miembros, algunos de los cuales son expresados como variantes empalmadas de manera diferencial y cada uno de los cuales es afectado por disposiciones diferentes de señales moleculares.

Además, la activación de la transcripción desde algunos promotores requiere la unión de múltiples factores de transcripción. Por ejemplo, la expresión completa del gen que codifica para la interleucina-2 (IL-2) requiere la unión de AP-1, NF-κB y nfat, además de varios otros factores de transcripción, al promotor de interleucina. De esta manera, el promotor puede estar parcialmente activado en presencia de algunos de estos factores de transcripción, pero no está por completo activo sino hasta que todos ellos están en su sitio. La sección que sigue se centra en los principios generales que rigen el control de estas tres vías, desde la recepción de una señal de antígeno, hasta la activación de un tipo particular de factor de transcripción.

La vía de la plc induce liberación de calcio y activación de pkc

Los elementos esenciales de esta vía se presentaron en la exposición sobre las enzimas que modulan el PIP₂ en el momento de la activación celular (figura 3-12), y ahora se sabe que la plc desintegra la PIP₂ hacia IP₃ y dag; sin embargo, ¿de qué modo la plc queda activada en primer lugar? Aquí se usan células T como ejemplo.

Como se mencionó, las células T usan la forma PLCγ1 de la enzima. En el momento de la estimulación por antígeno, la fosforilación de tirosina de los residuos de itam del complejo asociado a receptor CD3 da lugar a la localización de la proteína adaptadora lat a la membrana (figura 3-14). La lat a su vez es fosforilada, y la PLCγ1 a continuación se une a lat fosforilada; esta unión asegura que la PLCγ1 se localice a la membrana celular, el sitio de su sustrato, PIP₂. Una vez ubicada en la membrana plasmática, la PLCγ1 es más activada por fosforilación de tirosina mediada por la cinasa activada por receptor, Lck, así como por una segunda tirosina cinasa, Itk. La PLCγ1 fosforilada y activada a continuación media la división de PIP₂ hacia IP₃ y dag, como se describió.

¿De qué modo estos mediadores secundarios funcionan a continuación para desencadenar la activación de linfocitos? Los iones calcio, liberados a partir de reservas intracelulares de IP₃, se unen al intermediario emisor de señales, calmodulina. Cada molécula de calmodulina se une a cuatro iones calcio, unión que da lugar a una profunda alteración de su conformación (figura 3-13). El complejo de calcio-calmodulina a continuación se une a, y activa, la fosfatasa calcineurina, que desfosforila el factor de transcripción nfat (figura 3-14). Esta desfosforilación induce un cambio conformacional en nfat, que revela una secuencia de localización nuclear, que dirige el nfat para que entre al núcleo y active la transcripción de varios genes blanco importantes de célula T. Los genes activados por la unión a nfat comprenden los que codifican para interleucina-2, una citocina que tiene importancia fundamental en el control de la proliferación de células T.

La importancia de la vía de la PLCγ1 para la activación de células T es ilustrada por los profundos efectos inmunosupresores del fármaco ciclosporina, que se usa para tratar tanto enfermedad autoinmunitaria mediada por células T como rechazo de trasplante de órgano. En las células T, la ciclosporina se une a la proteína ciclofilina (inmunofilina), y el complejo de ciclosporina/ciclofilina se une a la calcineurina y la inhibe, lo que suspende con eficacia la proliferación de células T.

La división de PIP₂ por plc es una estrategia de emisión de señales en particular eficiente porque ambos productos de la desintegración del PIP₂ son activos en eventos celulares subsiguientes. El dag, el segundo producto de la desintegración del PIP₂ (figura 3-12), permanece en la membrana, donde se une a enzimas de la familia de la proteína cinasa C (pkc) y las activa. Estas cinasas son serina/treonina cinasas activas en diversas vías de señalización. La proteína cinasa Cθ, importante en la señalización de células T, sólo requiere unión de dag, mientras que su pariente, la proteína cinasa C, también debe unirse a iones Ca²⁺ para quedar activada por completo. El dag también está implicado en la vía Ras (que se describe en la sección siguiente).

La cascada de Ras/Map cinasa activa la transcripción por medio de AP-1

La vía de emisión de señales Ras se descubrió inicialmente después de que se encontró que una forma viral mutada de la proteína Ras induce cáncer en un modelo de rata. La Ras es una proteína de unión a gtp, monomérica (que se abrevia proteína G). Cuando Ras se une a gtp, su conformación cambia hacia un estado activo, en el cual es capaz de unirse a varias serina/treonina cinasas, y de activarlas. Empero, la proteína Ras posee una actividad de GTPasa intrínseca que hidroliza gtp hacia gdp, y la forma Ras-gdp de la proteína es incapaz de transmitir una señal positiva a cinasas torrente abajo (figura 3-15); por ende, la activación de la vía Ras depende de la capacidad para mantener Ras en su estado unido a gtp. La modulación entre la forma unida a gtp, activa, y la forma unida a gdp, inactiva, es desencadenada por dos familias de enzimas. Los factores de intercambio de guanina-nucleótido (gef) activan Ras al inducirla a liberar gdp y aceptar gtp; las proteínas activadoras de GTPasa (GTPase Activating Proteins [gap]) inhiben la actividad de proteína al estimular la habilidad intrínseca de Ras para hidrolizar gtp unido.

Al igual que la vía PLCγ, la vía Ras es iniciada durante activación de linfocitos tanto B como T y, de nuevo, se usarán las células T como ejemplo. El dag, liberado después de división de PIP₂ mediada por PLCγ1, se une a, y activa, Ras-GRP, una proteína adaptadora que a continuación recluta el gef, Son of Sevenless (sos). sos se une a Ras, y la induce para que se una a gtp, momento en el cual Ras adquiere la capacidad para unirse a, y activar, el primer miembro de una cascada de enzimas serina/treonina cinasa que se fosforilan y activan una a la otra. Dado que los miembros de esta cascada se identificaron por vez primera en experimentos en los que se estudió la activación de células por mitógenos (agentes que inducen proliferación), se denominan la cascada de proteína cinasa activada por mitógeno (Mitogen Activated Protein Kinase) o de map cinasa. Los miembros de la cascada son mantenidos en estrecha proximidad uno a otro mediante la proteína adaptadora ksr.

En la forma de esta cascada de activación de célula T (figura 3-16), RasGTP se une a la map cinasa cinasa cinasa (mapkkk) Raf. La unión de RasGTP altera la conformación de Raf y estimula su actividad de serina/treonina cinasa. A continuación Raf fosforila y activa la siguiente enzima en el relevo, una map cinasa cinasa (mapkk). En este caso mek. mek activada a continuación fosforila su sustrato, la cinasa relacionada con señal extracelular (Extracellular signal-Related Kinase) o Erk, una map cinasa, que en consecuencia adquiere la capacidad para pasar a través de la membrana nuclear.

Una vez dentro del núcleo, Erk fosforila y activa un factor de transcripción, Elk-1, que coopera con una segunda proteína, el factor de respuesta sérica (srf), para activar la transcripción del gen fos. La proteína Fos también es fosforilada por Erk, y junto con su pareja, Jun, forma el factor de transcripción maestro, AP-1. Jun es fosforilada y activada por medio de una forma un poco diferente de la vía de la map cinasa. AP-1 es otro de los factores de transcripción que facilita la transcripción del gen que codifica para IL-2.

La vía Ras es un componente de importancia de muchos programas vinculados con el desarrollo, y de activación celular. Cada vía usa combinaciones un poco diferentes de proteínas cinasas torrente abajo, pero todas se apegan al mismo modo general de pasar la señal desde la superficie celular hacia el núcleo por medio de una cascada de reacciones de fosforilación, con la activación resultante de un nuevo programa de transcripción.

La pkc activa el factor de transcripción NF-κB

El NF-κB pertenece a una familia de factores de transcripción heterodiméricos, y cada dímero activa su propio repertorio de promotores. En las células en reposo, heterodímeros de NF-κB son mantenidos en el citoplasma mediante unión a la proteína Inhibidor de NF-κB (IκB). La activación celular induce la fosforilación de estas proteínas inhibidoras mediante un complejo de IκB cinasa (IKK). La proteína IκB fosforilada a continuación es establecida como objetivo para degradación proteosomal, lo que libera el NF-κB para que entre al núcleo y se una a los promotores de una amplia gama de genes importantes desde el punto de vista inmunitario.

NF-κB es importante en el control de la transcripción de proteínas necesarias para el funcionamiento apropiado de muchos tipos de células de los sistemas inmunitarios innato y adaptativo; en general, la transcripción mediada por NF-κB está asociada con eventos proinflamatorios y de activación, más que con procesos reguladores. Diferentes tipos de células y receptores usan diversas formas de activación de proteína cinasa, así como diversas combinaciones de moléculas adaptadoras en la vía que llevan a la activación de NF-κB. Con todo, todas estas vías culminan en la fosforilación y la destrucción subsiguiente del inhibidor de NF-κB, IκB. A continuación se describe la vía de activación de NF-κB que es desencadenada por el reconocimiento de antígeno por tcr.

En las células T, la activación de NF-κB empieza cuando el dag, generado por PLCγ1, recluta la serina/treonina cinasa PKCθ a la membrana (figura 3-17). Como se mencionó, PKCθ es la forma de la serina/treonina cinasa que se usa en la vía de emisión de señales de receptor de célula T. Una vez unida a dag, la PKCθ es activada y fosforila proteínas adaptadoras, incluso Carma1, que inician una cascada que finalmente recluta la ubiquitina ligasa TRAF6. TRAF6 ubiquitina y activa parcialmente el complejo ikk, que está constituido de la proteína reguladora nemo, y dos subunidades ikk catalíticas. El complejo ikk sólo es activado por completo cuando está fosforilado y ubiquitinado. (Note que éste es uno de los casos en los cuales la ubiquitinación no da lugar a degradación subsiguiente de proteína, sino más bien a su activación.) Otras señales mediadas por células T activan el complejo TAK1, que fosforila ikk, lo que completa su activación y permite que fosforile IκB. En este paso, la fosforilación de IκB emite señales para su degradación, más que para su activación. NF-κB a continuación está libre para moverse hacia el núcleo y activar la transcripción de sus genes blanco, incluso el gen que codifica para IL-2.

Además de esta vía de activación de NF-κB mediada por receptor de célula T, la señalización por medio de CD28, el correceptor de célula T, también ejerce control positivo de la activación de NF-κB en células T.

Estas tres vías juntas ilustran cómo los conceptos amplios antes introducidos en este capítulo pueden aplicarse a entender los mecanismos que subyacen la activación de células T; estos temas recurren en muchas formas en todo el sistema inmunitario.

Una vez esbozados algunos de los conceptos generales que constituyen la base de muchas diferentes interacciones receptor-ligando y vías de señalización, ahora se centrará la atención de manera más específica en los receptores de antígeno del sistema inmunitario adaptativo.

En el momento de la estimulación con antígeno, las células B secretan anticuerpos que tienen sitios de unión a antígeno idénticos a los que están en el receptor de antígeno de la membrana de célula B. La identidad entre los sitios de unión del anticuerpo secretado y el Receptor de Célula B (BCR) unido a membrana se demostró por vez primera al sintetizar reactivos que se unieron a anticuerpos secretados por una clona de células B particular, y mostrar que esos reactivos también se unieron a los receptores sobre las células que habían secretado los anticuerpos. Dado que trabajar con proteínas solubles es significativamente más fácil que manipular proteínas receptoras de membrana, la presencia de una forma soluble del receptor facilitó mucho la caracterización de la estructura del receptor de célula B. En consecuencia, los aspectos de bioquímica básica del receptor de célula B se establecieron mucho tiempo antes que los del Receptor de Célula T (TCR) que, a diferencia del bcr, no se libera en una forma secretada. El recuadro 3-1, Experimento clásico, detalla los experimentos ganadores del Premio Nobel que establecieron la estructura de cuatro cadenas de la molécula de anticuerpo.

Esta sección empieza con una exposición de la estructura de anticuerpos, y después se describe el receptor de membrana de célula B y sus vías de señalización asociadas. Los anticuerpos secretados y sus formas de receptor unidas a membrana pertenecen a la familia de proteínas inmunoglobulina. Esta familia grande de proteínas, que incluye receptores tanto de célula B como de célula T, moléculas de adhesión, algunas tirosina cinasas y otros receptores inmunitarios, se caracteriza por la presencia de uno o más dominios de inmunoglobulina.

Los anticuerpos están constituidos de múltiples dominios de inmunoglobulina

El dominio de inmunoglobulina (figura 3-18) se genera cuando una cadena polipeptídica se pliega hacia una serie organizada de cadenas con plegamiento β paralelas. Dentro de cada dominio, las cadenas β están dispuestas hacia un par de láminas β que forman un dominio terciario, compacto. El número de cadenas por cada lámina varía entre proteínas individuales. En moléculas de anticuerpo, casi todos los dominios de inmunoglobulina contienen aproximadamente 110 aminoácidos, y cada lámina β contiene de tres a cinco cadenas. El par de láminas β dentro de cada dominio son estabilizadas una respecto a la otra por medio de un enlace disulfuro intracadena. Los dominios vecinos están conectados uno a otro por medio de un tramo de cadena polipeptídica relativamente no estructurada. Dentro de las cadenas β, aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos alternan, y sus cadenas laterales están orientadas en posición perpendicular al plano de la lámina. Los aminoácidos hidrofóbicos sobre una lámina están orientados hacia la lámina opuesta y, por ende, las dos láminas dentro de cada dominio son estabilizadas por interacciones hidrofóbicas entre las dos láminas, así como por el enlace disulfuro covalente.

El plegamiento de inmunoglobulina proporciona un ejemplo perfecto de cómo la estructura determina la función, o la facilita, o ambas cosas. En los extremos de cada una de las láminas β, regiones polipeptídicas que muestran plegamiento más laxo enlazan una cadena β a la siguiente, y estas regiones laxamente plegadas pueden dar cabida a diversas longitudes y estructuras de cadena lateral de aminoácidos sin causar alteración alguna de la estructura general de la molécula. Por ende, en la molécula de anticuerpo, el plegamiento de inmunoglobulina está muy bien adaptado para proporcionar un andamio único en el cual pueden construirse múltiples sitios de unión diferentes, puesto que los sitios de unión a antígeno pueden simplemente integrarse hacia estas regiones laxamente plegadas de los dominios de unión a antígeno. Estas propiedades explican por qué el dominio de inmunoglobulina se ha usado en tantas proteínas con funciones de reconocimiento o de adhesión. La estructura del dominio esencial proporciona un esqueleto molecular, mientras que las regiones laxamente plegadas se pueden adaptar para que se unan de manera específica a muchas estructuras adhesivas o antigénicas.

De hecho, la estructura del dominio de inmunoglobulina es usada por muchas proteínas además de las cadenas de bcr. El receptor de célula T también está constituido de unidades repetitivas del dominio de inmunoglobulina (véase más adelante). Otras proteínas en las que se utilizan dominios de inmunoglobulina comprenden receptores Fc; las proteínas accesorias del receptor de célula T CD2, CD4, CD8 y CD28; las proteínas asociadas a receptor tanto del tcr como del bcr; moléculas de adhesión, y otras. En la figura 3-19 se ilustran algunas de estas proteínas que contienen dominio de inmunoglobulina. Cada una de estas proteínas es clasificada como un miembro de la superfamilia de inmunoglobulina, un término que se usa para denotar proteínas derivadas de un gen primordial común que codifica para la estructura del dominio básica.

Los anticuerpos comparten una estructura de dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas

Todos los anticuerpos comparten una estructura de cuatro cadenas polipeptídicas (figura 3-20), que consta de dos cadenas ligeras (L) idénticas y dos cadenas pesadas (heavy [H]) también idénticas. Cada cadena ligera está unida a su cadena pesada pareja mediante un enlace disulfuro entre residuos de cisteína correspondientes, así como por interacciones no covalentes entre los dominios V_H y V_L y los dominios C_H1 y C_L. Estos enlaces permiten la formación de un heterodímero estrechamente asociado (H-L). Múltiples puentes disulfuro enlazan juntas las dos cadenas pesadas a alrededor de la mitad de su longitud, y las partes C terminal de las dos cadenas pesadas también participan en interacciones de enlace no covalente entre dominios correspondientes.

La molécula de anticuerpo forma una Y, con dos regiones de unión a antígeno en los extremos de la Y (figura 3-21). Cada región de unión a antígeno está constituida de aminoácidos derivados de los dominios amino terminal de las cadenas tanto pesada como ligera. Las cadenas tanto pesada como ligera contribuyen con dos dominios a cada extremo de la Y; el dominio no de unión a antígeno de cada cadena sirve para extender el extremo de unión a antígeno. La base de la Y consta de los dominios C terminal de la cadena pesada de anticuerpo.

La figura 3-21 muestra que la estructura general de la molécula de anticuerpo consta de tres regiones relativamente compactas unidas por una región bisagra más flexible. La región bisagra es en particular susceptible a división proteolítica por la enzima papaína. La división con papaína resuelve la molécula de anticuerpo hacia dos fragmentos idénticos que retienen la especificidad de unión a antígeno (antigen-binding) del anticuerpo original (que se muestra como las regiones Fab en la figura 3-21), y la región restante de la molécula, que consta de la porción no de unión a antígeno. Esta última región, que es idéntica para todos los anticuerpos de una clase dada, se cristaliza fácilmente y, así, se llama la región Fc (fragmento cristalizable).

Cada región Fab y región Fc de los anticuerpos media sus propias funciones particulares durante una respuesta de anticuerpos a un antígeno. Las regiones Fab se unen al antígeno, y la región Fc del anticuerpo unido a antígeno se une a los receptores Fc sobre células fagocíticas o citolíticas, o a moléculas efectoras inmunitarias. De esta manera, los anticuerpos sirven como puentes fisiológicos entre un antígeno presente en un agente patógeno, y las células o moléculas que finalmente lo destruirán. Hay una familia de receptores Fc; cada receptor Fc se expresa sobre una gama distinta de células, y se une a una clase diferente de anticuerpos.

Hay dos clases principales de cadenas ligeras de anticuerpo

La secuenciación de aminoácidos de cadenas ligeras de anticuerpos reveló que la mitad amino terminal (alrededor de 110 aminoácidos) de la cadena ligera era en extremo variable, mientras que la secuencia de la mitad carboxilo terminal podía clasificarse en una de dos tipos de secuencias principales. Así, la mitad N terminal de cadenas ligeras se denomina región variable, o V_L, de la cadena ligera, y la parte menos variable de la secuencia se llama región constante, o C_L. Las dos secuencias principales de región constante de cadena ligera se denominan cadenas κ (kappa) o λ (lambda). Conforme se generaron más secuencias de cadena ligera, quedó de manifiesto que las secuencias de la región constante de la cadena λ podían subdividirse en cuatro subtipos —λ1, λ2, λ3 y λ4— con base en sustituciones de aminoácido en algunas posiciones. En seres humanos, las cadenas ligeras están divididas de manera bastante uniforme entre las dos clases de cadena ligera; 60% de las cadenas ligeras de ser humano es κ, mientras que sólo 40% es λ. En ratones, la situación es bastante distinta: sólo 5% de las cadenas ligeras de ratón es del tipo de cadena ligera λ. Todas las cadenas ligeras tienen un peso molecular de aproximadamente 22 kDa.

El análisis adicional de secuencias de cadena ligera demostró que, incluso dentro de las regiones variables de la cadena ligera, hubo regiones de hipervariabilidad. Dado que pudo mostrarse que estas regiones hipervariables interactúan con el antígeno unido, se renombraron las regiones determinantes de la complementariedad o CDR.

Los lectores con conocimiento en genética identificarán de inmediato un problema: ¿cómo es posible codificar una cadena proteínica única con algunas regiones que son en extremo diversas y otras regiones que son relativamente constantes, mientras se mantiene esa distinción a través de millones de años de deriva evolutiva? La solución a este enigma comprende la codificación de una región variable de anticuerpo única en múltiples segmentos genéticos que después se unen entre sí en diferentes combinaciones en cada célula productora de anticuerpos individual. Este mecanismo singular se describirá a fondo en el capítulo 7.

Hay cinco clases principales de cadenas pesadas de anticuerpo

Al usar anticuerpos dirigidos hacia la región constante de inmunoglobulinas, y la secuenciación de aminoácidos de inmunoglobulinas derivadas de células tumorales de plasmacitoma, ciertos investigadores descubrieron que las secuencias de las regiones constantes de cadena pesada caen dentro de cinco patrones básicos. Estas cinco secuencias básicas se han llamado con las letras griegas: μ (mu), δ (delta), γ (gamma), ϵ (épsilon) y α (alfa). Cada región constante de cadena pesada diferente se denomina isotipo, y el isotipo de las cadenas pesadas de una molécula de anticuerpo dada determina su clase. Así, los anticuerpos con una cadena pesada del isotipo μ son de la clase IgM; aquellos con una cadena pesada δ son IgD; aquellos con γ, IgG; aquellos con є, IgE, y aquellos con α, IgA. La longitud de la región constante de las cadenas pesadas es de 330 residuos de aminoácidos (para las cadenas γ, δ y α) o de 440 aminoácidos (para las cadenas μ y ε). De modo correspondiente, los pesos moleculares de las cadenas pesadas varían de acuerdo a su clase. Las cadenas pesadas de IgA, IgD e IgG pesan alrededor de 55 kDa, mientras que los anticuerpos IgM e IgE son aproximadamente 20% más pesados.

Diferencias menores en las secuencias de aminoácidos de grupos de cadenas pesadas α y γ llevaron a subclasificación adicional de esas cadenas pesadas en subisotipos y, por ende, sus anticuerpos correspondientes, hacia subclases (cuadro 3-2). Hay dos subisotipos de la cadena pesada α, α1 y α2, y, así, dos clases de IgA, IgA1 e IgA2. De modo similar, hay cuatro subisotipos de las cadenas pesadas γ, γ1, γ2, γ3 y γ4, con la formación correspondiente de las cuatro subclases de IgG: IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4. En ratones, los cuatro subisotipos de cadena γ son γ1, γ2α, γ2β y γ3, y las subclases correspondientes de anticuerpos IgG de ratón son IgG1, IgG2a, IgG2b e IgG3, respectivamente.

El análisis adicional reveló que el número exacto de enlaces disulfuro entre las cadenas pesadas de anticuerpos, y las posiciones precisas de dichos enlaces, varían entre anticuerpos de distintas clases y subclases (figura 3-22).

Los anticuerpos y los fragmentos de anticuerpos pueden servir como antígenos

Los principios esenciales de la estructura de anticuerpos se establecieron antes del desarrollo de la tecnología requerida para generar artificialmente anticuerpos monoclonales y, de hecho, gran parte de la investigación básica de determinación de la estructura se completó antes de que hubiera técnicas disponibles para secuenciación rápida de dna. Por ende, como una fuente de anticuerpos homogéneos, los inmunólogos recurrieron a los productos proteínicos de tumores secretores de anticuerpos. Los plasmacitomas son tumores de células plasmáticas, la célula de etapa final de diferenciación de células B, y las células de ese tumor normalmente están situadas en la médula ósea. Cuando una clona única de células plasmáticas se hace cancerosa, se llama plasmacitoma en tanto permanece en un solo hueso. Sin embargo, una vez que metastatiza hacia múltiples sitios de la médula ósea, el tumor se llama mieloma múltiple. Los tumores plasmacitoma o mieloma secretan grandes cantidades de anticuerpos monoclonales hacia el suero y los líquidos tisulares de los pacientes, y estos anticuerpos pueden purificarse en grandes cantidades. En lugar de secretar el anticuerpo entero, algunos de estos tumores sólo secretarán las cadenas ligeras, o a veces tanto las cadenas ligeras como los anticuerpos enteros, hacia el suero. Las cadenas ligeras homogéneas secretadas por estos tumores mieloma se llaman proteínas de Bence-Jones.

Entre mediados y finales del siglo xx se usaron anticuerpos derivados de tumor para generar mucha información respecto a la estructura de anticuerpos y la secuencia de los mismos. Cuando se creó un medio por el cual generar estos tumores artificialmente en ratones, los datos provenientes de tumores de seres humanos se complementaron con información derivada de líneas de células murinas generadas en el laboratorio, muchas de las cuales aún se usan.

Los anticuerpos séricos tanto derivados de tumor como purificados también se usaron como antígenos, y los anticuerpos anti-inmunoglobulina así derivados resultaron ser extraordinariamente útiles en la elucidación de la estructura de anticuerpos. Los anticuerpos o los fragmentos de anticuerpo derivados de una especie de animal (por ejemplo, un conejo), pueden inyectarse en una segunda especie (p. ej., una cabra), o incluso en otro animal de la misma especie, en el cual el anticuerpo o el fragmento de anticuerpo servirá como un antígeno. En el recuadro 3-1 se describe la serie de experimentos en los cuales anticuerpos sintetizados contra fragmentos proteolíticos aislados de moléculas de inmunoglobulina se usaron para ayudar a determinar la estructura de la inmunoglobulina. Para entender estos experimentos, y muchos otros en los que también se usan anticuerpos dirigidos contra inmunoglobulinas enteras o contra fragmentos de inmunoglobulina, es importante comprender bien la naturaleza de los determinantes antigénicos sobre moléculas de inmunoglobulina. Un determinante antigénico se define como una región de un antígeno que hace contacto con la región de combinación a antígeno sobre un anticuerpo. En el cuadro 3-3 se describen los diferentes tipos de anticuerpos que reconocen determinantes de inmunoglobulina.

Los anticuerpos anti-isotipo se dirigen contra determinantes antigénicos presentes en la región constante de una clase de anticuerpo de cadena pesada o de cadena ligera particular, pero no sobre cualquiera de las otras. Por ejemplo, un anticuerpo anti-isotipo sólo puede unirse a cadenas pesadas μ humanas, pero no a regiones constantes δ, γ, α o є humanas. De manera alternativa, puede unirse a cadenas ligeras κ, pero no a cadenas ligeras λ. Así, un anticuerpo anti-isotipo sólo se une a una clase o subclase de región constante de anticuerpo única. Los anticuerpos anti-isotipo por lo general son específicos para determinantes presentes sobre la región constante de anticuerpos provenientes de una especie de animal particular, aunque puede ocurrir algo de reactividad cruzada entre especies relacionadas —por ejemplo, ratones y ratas—.

Algunos genes que codifican para cadena pesada o ligera existen en múltiples formas alélicas, y las formas alélicas alternativas del mismo isotipo se denominan alotipos. En general, dos anticuerpos con diferencias alotípicas variarán en sólo algunos residuos de una de las cadenas de inmunoglobulina, y estos residuos constituyen los determinantes alotípicos. Los anticuerpos antialotipo son generados al inmunizar a un individuo de una especie con anticuerpos derivados de un segundo animal de la misma especie que porta una forma alternativa (alelo) del gen que codifica para inmunoglobulina particular. Después de que ha ocurrido una respuesta inmunitaria, el investigador purifica o selecciona los anticuerpos que reconocen los determinantes alotípicos provenientes del individuo inmunizado. Los anticuerpos antialotipo se usan, por ejemplo, para rastrear poblaciones de células particulares en experimentos en los cuales células B que provienen de una cepa de animales que portan un alotipo particular son transferidas hacia una segunda cepa que difiere en el alotipo de inmunoglobulina.

Por último, anticuerpos dirigidos contra el sitio de unión a antígeno de un anticuerpo particular se denominan anticuerpos anti-idiotípicos. Pueden generarse al inmunizar un animal con grandes cantidades de un anticuerpo monoclonal purificado que, por definición, porta un sitio único de unión a antígeno. Los anticuerpos provenientes del animal inmunizado que reconocen el sitio de unión a antígeno del anticuerpo original a continuación se pueden purificar. Los anticuerpos anti-idiotípicos se usaron en los experimentos iniciales que probaron que el receptor de célula B tenía el mismo sitio de unión a antígeno que el anticuerpo secretado por esa célula B, y ahora se usan para dar seguimiento al destino de células B que portan una especificidad de receptor única en experimentos de inmunolocalización.

Como se describió, el tratamiento de moléculas de anticuerpos enteras con la enzima papaína divide la molécula de anticuerpo en la región bisagra, y libera dos fragmentos Fab de unión a antígeno y un fragmento Fc por cada molécula de anticuerpo. Los anticuerpos anti-Fab y anti-Fc se producen al inmunizar una especie distinta de animal de la que proporcionó los fragmentos de anticuerpo, con fragmentos Fab o Fc, respectivamente.

Cada uno de los dominios de las cadenas pesada y ligera de anticuerpo media funciones específicas

Los anticuerpos protegen al huésped contra infecciones, al unirse a agentes patógenos y facilitar su eliminación. Los anticuerpos de diferentes clases de cadena pesada están especializados para mediar funciones protectoras particulares, como activación de complemento (capítulo 6), aglutinación de agente patógeno, o fagocitosis (capítulo 13), y cada dominio diferente de la molécula de anticuerpo desempeña su propio papel en estos mecanismos de defensa del huésped. Aquí se examina brevemente la estructura de cada uno de los dominios de cadena pesada de anticuerpo a la vez, empezando con los dominios C_H1 y C_L, que son los proximales a los dominios V_H y V_L, respectivamente (figura 3-20).

Dominios C_H1 y C_L

Como se comentó, la multivalencia del receptor aumenta mucho la fuerza (avidez) de la unión de receptor a antígeno. Los anticuerpos han evolucionado para aprovechar esta propiedad al emplear dos sitios de unión a antígeno, cada uno de los cuales puede unirse a determinantes individuales sobre antígenos multivalentes, como los que se encuentran sobre superficies bacterianas. Los dominios C_H1 y C_L sirven para extender los extremos de unión a antígeno de la molécula de anticuerpo, lo que facilita interacciones con antígenos multivalentes y maximiza la capacidad del anticuerpo para unirse a más de un sitio sobre un antígeno multivalente. Un enlace disulfuro intercadena entre estos dos dominios los mantiene juntos y puede facilitar la capacidad de algunos pares V_H-V_L para unirse entre sí y formar un sitio de combinación estable.

Las regiones bisagra

Las cadenas pesadas γ, δ y α contienen una secuencia peptídica extendida entre los dominios C_H1 y C_H2, que no tiene homología con los otros dominios (figuras 3-20 y 3-22). Esta llamada región bisagra es rica en residuos de prolina, que la hacen en particular flexible y, como consecuencia, los dos extremos de unión a antígeno de anticuerpos IgG, IgD e IgA pueden adoptar una amplia variedad de ángulos uno respecto a otro, lo cual facilita la unión eficiente a antígeno. La naturaleza extendida de la cadena de aminoácidos en la región bisagra contribuye a la vulnerabilidad de esta parte de la molécula a la división por proteasa, una vulnerabilidad que se explotó ingeniosamente en los experimentos tempranos que caracterizaron la estructura de anticuerpos (recuadro 3-1).

Además de estos residuos de prolina, la región bisagra también contiene varias cisteínas, que participan en la dimerización de cadena pesada. El número real de enlaces disulfuro intercadena en la región bisagra varía considerablemente entre diferentes clases y subclases de cadena pesada de anticuerpos (figura 3-23) así como entre especies. Al carecer de una región bisagra, las cadenas pesadas de IgE hacen sus enlaces disulfuro entre cadena pesada entre los dominios C_H1 y C_H3. En la IgM, los enlaces disulfuro forman puentes entre los pares de cadenas pesadas al nivel de C_H3 y C_H4. Aunque las cadenas μ y ε carecen de regiones bisagra, tienen un dominio de inmunoglobulina adicional que retiene algunas cualidades tipo bisagra.

Cadenas de carbohidratos

Los dos dominios C_H2 de las cadenas α, δ y γ, y los dos dominios C_H3 de las cadenas μ y ε están separados de sus dominios pareja de cadena pesada mediante cadenas laterales de oligosacárido que evitan que las dos cadenas pesadas se enclaven una cerca de la otra (figura 3-24). Como resultado, los dominios pares están significativamente más accesibles al ambiente acuoso que los otros dominios de región constante. Se cree que esta accesibilidad contribuye a la capacidad de los anticuerpos IgM e IgG para unirse a componentes del complemento. En general, las inmunoglobulinas están extensamente glucosiladas, y algunos anticuerpos incluso tienen carbohidratos fijos a sus cadenas ligeras.

Los dominios carboxilo terminal

Las cinco clases de anticuerpos pueden expresarse como inmunoglobulina de membrana o secretada. Los anticuerpos secretados tienen una secuencia de aminoácidos hidrofílica de diversas longitudes en el carboxilo terminal del dominio C_H final. En receptores de inmunoglobulina unidos a membrana, esta región hidrofílica es reemplazada por tres regiones (figura 3-25):

• Una secuencia “espaciadora” hidrofílica, extracelular, de aproximadamente 26 aminoácidos

• Un segmento transmembrana hidrofílico de alrededor de 25 aminoácidos

• Una cola citoplasmática muy corta, de aproximadamente tres aminoácidos

Las células B expresan diferentes clases de inmunoglobulina de membrana en etapas del desarrollo particulares, y bajo condiciones estimulatorias diferentes. Las células pre-B, inmaduras, sólo expresan IgM de membrana. La coexpresión de IgD de membrana, junto con IgM, es uno de los marcadores de diferenciación hacia una célula B por completo madura que todavía no ha encontrado antígeno. Después de la estimulación con antígeno, la IgD se pierde de la superficie celular, y la región constante de la membrana y la inmunoglobulina secretada pueden cambiar hacia cualquiera de los otros isotipos. La clase de anticuerpo secretado por células B estimuladas por antígeno está determinada por citocinas liberadas por células T y células presentadoras de antígeno en la vecindad de la célula B activada. Anticuerpos de diferentes clases de cadena pesada tienen afinidades selectivas por receptores Fc de superficie celular particulares, así como por componentes del sistema de complemento. Las funciones efectoras de clases de anticuerpos particulares se comentan más en los capítulos 6 y 13.

La cristalografía de rayos X se ha usado para definir la base estructural de la unión antígeno-anticuerpo

La cristalografía se ha usado para explorar la naturaleza de la unión antígeno-anticuerpo para un gran número de anticuerpos, y ha demostrado que una u otra cadena, o ambas cadenas, podrían proporcionar casi todos los residuos de contacto con cualquier antígeno. Así, algunos anticuerpos se unen al antígeno principalmente por medio de contactos con residuos de la región variable de cadena pesada; la cadena ligera meramente proporciona apoyo estructural para el sitio de unión; sucede lo contrario para otras interacciones antígeno-anticuerpo. Aun otros anticuerpos usan residuos provenientes de ambas cadenas para ponerse en contacto de manera directa con el antígeno. Aun así, casi siempre los contactos entre antígeno y anticuerpo ocurren en una amplia cara, y las protuberancias y depresiones en la superficie del anticuerpo probablemente coinciden con depresiones o abultamientos complementarios en el antígeno. En la figura 3-26 se ilustra la unión de un anticuerpo al extremo de la molécula de hemaglutinina del virus de la gripe. En otro caso bien estudiado de una unión de anticuerpo a la proteína lisozima, se mostró que el área de superficie de interacción es bastante grande; en diferentes pares de anticuerpo-lisozima varía de 650 a 900 Angstroms cuadrados. Dada la unión estrecha entre un anticuerpo y su antígeno complementario, no debe sorprender que, al menos en algunos casos, la unión de antígeno a anticuerpo induce un cambio conformacional en el anticuerpo, que puede visualizarse mediante cristalografía de rayos X (figura 3-27).

Una vez descrita la estructura de las moléculas de anticuerpo y su forma unida a membrana, el receptor de célula B (bcr), ahora se dirigirá la atención a la función del bcr. Recuérdese que la estructura del bcr es idéntica a la de los anticuerpos que la célula secretará en el momento de la estimulación por antígeno, excepto por la porción C– terminal de la cadena pesada; esta porción es modificada de modo que fije el receptor a la membrana plasmática de la célula B. Antes del reconocimiento de antígeno, las células B maduras que residen en los tejidos linfoides secundarios, como el bazo o los ganglios linfáticos, expresan formas unidas a membrana tanto de IgM como de IgD.

Como se describió, la cola citoplasmática de la cadena pesada del bcr es en extremo corta —sólo tiene tres aminoácidos— y, así, uno de los enigmas que tuvieron que resolver quienes exploraron la activación de antígeno mediado por bcr fue cómo una cola citoplasmática tan corta podía transmitir con eficiencia una señal hacia el citoplasma. Este problema se resolvió cuando experimentos de coinmunoprecipitación revelaron que cada molécula de bcr estaba asociada de manera no covalente con un heterodímero, la Igα/Igβ (figura 3-7a) que se encarga de transducir la señal de antígeno hacia el interior de la célula. Recuerde que las cadenas de Igα/Igβ contienen itam que incluyen residuos de tirosina que quedan fosforilados en el momento de activación por medio del receptor, y sirven como residuos de acoplamiento para componentes de emisión de señales torrente abajo. Por ende, el bcr se divide desde los puntos de vista estructural y funcional en dos componentes: un componente de reconocimiento (el receptor de inmunoglobulina) y un componente de transducción de señal (Igα/Igβ).

En secciones previas de este capítulo se describieron algunos principios generales de la transducción de señal, y se esbozaron tres vías de transducción de señal empleadas comúnmente (figura 3-5, Perspectiva general). En esta sección se muestra cómo esos principios se aplican a los eventos intracelulares que suceden en el momento de interacciones antígeno-receptor en células B.

La unión a antígeno da lugar a acoplamiento de moléculas adaptadoras y enzimas hacia el complejo de membrana de BCR-Igα/Igβ

La unión a antígeno induce alteraciones conformacionales en el bcr, que exponen regiones en los dominios Cμ4 de las cadenas pesadas de receptor. Las interacciones entre moléculas receptoras vecinas por medio de estos dominios generan oligomerización de receptor (formación de agrupaciones pequeñas de complejos de antígeno-receptor) y movimiento subsiguiente de estas agrupaciones de receptor hacia regiones de balsas de lípidos especializadas de la membrana de la célula B. Por ende, los residuos itam de Igα/Igβ son acercados mucho a las cinasas de la familia Src, Lyn (figura 3-28), Fyn y Blk. La fosforilación de tirosina de los residuos de itam Igα/Igβ por estas cinasas de la familia Src, en particular Lyn, a continuación proporciona sitios de fijación para la proteína adaptadora blnk y una tirosina cinasa adicional, Syk, que es fosforilada y activada por las cinasas de la familia Src. A continuación, Syk fosforila blnk, lo que proporciona sitios de acoplamiento para múltiples componentes torrente abajo de la vía de señalización. La proteína adaptadora bcap y CD19, el co-receptor de célula B, también son fosforiladas por estas tirosina cinasas, y sirven para reclutar la enzima PI3 cinasa hacia la membrana plasmática.

Las células B usan muchas de las vías de señalización torrente abajo antes descritas

Las vías de emisión de señales torrente abajo usadas por el bcr ahora serán familiares. Las tirosina cinasas Syk y Btk juntas fosforilan y activan PLCγ2, que hidroliza PIP₂, como se describió. El aumento resultante de las concentraciones intracitoplasmáticas de Ca²⁺ induce la activación de calcineurina y el movimiento de nfat hacia el núcleo (figura 3-24). El otro producto de la hidrólisis del PIP₂, el dag (figura 3-12), permanece en la membrana y se une a la isoforma de célula B de proteína cinasa C, lo que da pie a la fosforilación y liberación del inhibidor de NF-κB, como se describió para células T (figura 3-17). Esto da lugar a la localización nuclear y activación de NF-κB.

Vías efectoras torrente abajo adicionales desencadenan los muchos otros cambios que tienen lugar en el momento de activación de célula B; por ejemplo, la PI3 cinasa, ahora localizada a la membrana, fosforila PIP₂ hacia PIP₃ (figura 3-11), lo que permite el reclutamiento de las proteínas que contienen dominio ph, PDK1 y Akt. En el momento de la fosforilación por la serina-treonina cinasa PDK1, Akt promueve la supervivencia celular al fosforilar moléculas proapoptóticas, como Bax y Bad, y desactivarlas. También fosforila y activa los factores de transcripción NF-κB y creb, que apoyan las funciones de proliferación, diferenciación y supervivencia de las células B activadas.

La vía de la map cinasa (figura 3-16) también es activada durante la activación de células B. La fijación de Grb2 a blnk desencadena la unión del gef sos, seguida por la unión y activación de Ras, como se describió. De modo similar, Rac, otra proteína G monomérica pequeña de la familia Ras, es activada por la unión de la proteína gef, Vav. Tanto Ras como Rac son proteínas G pequeñas que actúan para iniciar vías de emisión de señales de map cinasa. Como se describió, la activación de la vía de la map cinasa culmina en la expresión del factor de transcripción fosforilado Elk. En células B, Elk promueve la síntesis del factor de transcripción Egr-1, que actúa para inducir alteraciones de la expresión de superficie celular de moléculas de adhesión importantes, y finalmente sirve para ayudar a la migración de linfocitos B hacia tejidos linfoides secundarios y dentro de los mismos. Efectores torrente abajo desde Rac promueven la polimerización de actina, lo que facilita más la motilidad de células B.

En conclusión, la unión de antígeno en el bcr lleva a múltiples cambios de la actividad transcripcional, así como de la localización de células B y la motilidad de las mismas, que juntas dan lugar a su supervivencia, proliferación, diferenciación y secreción final de anticuerpos, aumentadas. Como se ejemplifica en el recuadro 3-2, los defectos en proteínas involucradas en la señalización de célula B pueden llevar a inmunodeficiencias.

Las células B también reciben señales por medio de co-receptores

El receptor de inmunoglobulina sobre la membrana de célula B está asociado de manera no covalente con tres moléculas transmembrana: CD19, CD21 y CD81 (TAPA-1) (figura 3-7a). Los antígenos a veces son presentados al bcr ya unidos de manera covalente a proteínas del complemento, en particular al componente del complemento C3d. (La cascada de complemento se comenta en el capítulo 6.) El co-receptor de célula B CD21 se une de manera específica a C3d, sobre antígenos cubiertos por C3d. Esta co-unión (co-engagement) del bcr y CD21 lleva el co-receptor y el bcr hacia estrecha aposición uno con otro. Cuando esto sucede, residuos de tirosina sobre la cara citoplasmática del co-receptor quedan fosforilados por las mismas enzimas que fosforilan los itam sobre Igα/Igβ, lo que proporciona sitios de fijación para PI3 cinasa. La localización de la PI3 cinasa al co-receptor aumenta tanto la supervivencia celular como las alteraciones del programa de transcripción que acompañan a la activación celular (figura 3-28). CD19 también sirve como un sitio adicional de reclutamiento de PLCγ.

Las células T se unen a antígenos complejos constituidos de péptidos ubicados en el surco de proteínas del mhc unidas a membrana. Cuando el receptor de célula T hace contacto con su mhc-antígeno peptídico sobre la superficie de una célula presentadora de antígeno, las dos membranas celulares son llevadas hacia aposición estrecha una con otra. Esto añade otro estrato de complejidad al proceso de activación de célula T que no encuentra paralelo en la señalización de célula B. Al margen de esta complejidad adicional, los eventos de activación de célula T aún se despliegan de acuerdo con una mezcla de las estrategias antes descritas, y tienen muchas similitudes con la emisión de señales de receptor de célula B. Aquí, se describe brevemente la estructura del receptor de célula T y a continuación se caracterizan las rutas de emisión de señales por medio de este receptor. El recuadro 3-3 describe los experimentos que dieron lugar al aislamiento y la caracterización del αβTCR.

El receptor de célula T es un heterodímero con regiones variable y constante

Hay dos tipos de receptores de célula T, ambos son heterodímeros (dímeros constituidos de dos polipéptidos diferentes). Casi todas las células T recirculantes portan heterodímeros αβ, que se unen a ligandos constituidos de un péptido antigénico presentado en un surco molecular sobre la superficie de una molécula del mhc tipo I o tipo II. Un segundo subgrupo de células T expresa, en lugar de esto, un receptor de célula T heterodimérico compuesto de un par diferente de cadenas de proteína, llamadas γ y δ. Las células T que portan receptores γδ tienen patrones de localización particulares (a menudo en tejidos mucosos) y algunas células T γδ reconocen tipos de antígenos diferentes de los que son unidos por células T αβ. Aunque algunas células T γδ reconocen antígenos peptídicos presentados por mhc convencionales, otras células T γδ se unen a porciones de lípido y glicolípido presentadas por moléculas del mhc no canónicas. Aún otras clonas de células T γδ parecen reconocer proteínas de choque por calor autogeneradas o fosfoantígenos derivados de microbios. No ha logrado establecerse todavía una teoría unificada de la naturaleza precisa de antígenos reconocidos por células T γδ. Empero, esta capacidad de dichas células para romper las reglas de restricción del mhc tal vez explique la evolución de una diferencia leve en el ángulo entre la región de unión a antígeno y la región constante del receptor de célula T, que queda de manifiesto en un análisis cristalográfico de rayos X de los dos tipos de receptor (figura 3-29). A pesar de estas diferencias funcionales en los receptores αβ en contraposición con γδ, sus características bioquímicas esenciales son bastante similares.

El resto de este capítulo se enfoca en la estructura y la señalización del tipo de tcr αβ dominante, reconociendo que puede haber diferencias menores entre los dos tipos de receptores y sus componentes torrente abajo.

Aunque el tcr no es una inmunoglobulina en sí, las proteínas del tcr son miembros de la superfamilia de proteínas inmunoglobulina y, por ende, las estructuras dominio de heterodímeros de tcr αβ y γδ son notoriamente similares a las de las inmunoglobulinas (figura 3-19). La cadena α tiene un peso molecular de 40 a 50 kDa, y la cadena β es de 40 a 45 kDa. Al igual que las cadenas ligeras de anticuerpo, las cadenas de tcr tienen dos dominios tipo inmunoglobulina, cada uno de los cuales contiene un enlace disulfuro intracadena que abarca 60 a 75 aminoácidos. El dominio Cα del tcr difiere de casi todos los dominios de inmunoglobulina en que posee sólo una lámina β única, en lugar de un par, y el resto de la secuencia muestra plegamiento más variable. El dominio amino terminal (variable) en ambas cadenas muestra notoria variación de secuencia, pero las secuencias del resto de cada cadena están conservadas (son constantes). Cada uno de los dominios variables de tcr tiene tres regiones hipervariables, que parecen ser equivalentes a las regiones determinantes de la complementariedad (cdr) en las cadenas ligera y pesada de inmunoglobulina. Una cuarta región hipervariable sobre la cadena β de tcr no parece tener contacto con el antígeno, y, por ende, su importancia funcional es incierta.

En el extremo C terminal del dominio constante, cada cadena de tcr contiene una secuencia conectora corta, en la cual un residuo de cisteína forma un enlace disulfuro con la otra cadena del heterodímero. En posición C– terminal a este disulfuro hay una región transmembrana de 21 o 22 aminoácidos, que ancla cada cadena en la membrana plasmática. Los dominios transmembrana de las cadenas alfa y beta de tcr son poco comunes por cuanto cada uno de ellos contiene residuos de aminoácido con carga positiva que promueven la interacción con residuos con carga negativa correspondientes sobre las cadenas del complejo CD3 transductor de señal. Por último, al igual que los bcr, cada cadena de tcr sólo contiene una cola citoplasmática muy corta en el extremo carboxilo terminal.

El complejo de transducción de señal de célula T incluye CD3

Del mismo modo que la señalización de célula B requiere la participación del complejo de transducción de señal Igα/Igβ, la emisión de señales por medio del tcr depende de un complejo de proteínas denominadas en conjunto CD3 (figura 3-30). El complejo CD3 está constituido de tres dímeros, un par δє (delta épsilon), un par γє (gamma épsilon), y un tercer par que consta de dos moléculas de CD3ζ (zeta) o un heterodímero ζη (zeta, eta). (Note que las cadenas γ y δ de CD3 son distintas de las cadenas que constituyen el tcr γδ.) Al igual que Igα e Igβ, las colas citoplasmáticas de las moléculas de CD3 están salpicadas de secuencias itam que sirven como sitios de acoplamiento para proteínas adaptadoras después de fosforilación de tirosina inducida por activación. Cada uno de los dímeros CD3 contiene aminoácidos con carga negativa en su dominio transmembrana que forman enlaces iónicos con los residuos que tienen carga positiva sobre las regiones intramembrana del receptor de célula T.

Los co-receptores de célula T CD4 y CD8 también se unen al mhc

El receptor de célula T está asociado de manera no covalente con varias moléculas accesorias sobre la superficie celular (cuadro 3-4). Con todo, las únicas dos de esas moléculas que también reconocen el mhc-antígeno peptídico son CD4 y CD8. Recuérdese que las células T maduras pueden subdividirse en dos poblaciones de acuerdo con su expresión de CD4 o CD8 sobre la membrana plasmática. Las células T CD4⁺ reconocen péptidos que están combinados con moléculas del mhc clase II, y funcionan principalmente como células T auxiliares o reguladoras, mientras que las células T CD8⁺ reconocen antígeno que es expresado sobre la superficie de moléculas del mhc clase I, y funcionan principalmente como células T citotóxicas.

CD4 es una glucoproteína de membrana monomérica de 55 kDa que contiene cuatro dominios tipo inmunoglobulina extracelulares (D₁ a D₄), una región transmembrana hidrofóbica, y una cola citoplasmática larga que contiene tres residuos de serina que pueden ser fosforilados (figura 3-31). CD8 adopta la forma de un heterodímero αβ u homodímero αα enlazado con enlace disulfuro (no son lo mismo que las cadenas α y β que constituyen el heterodímero de tcr). Las cadenas tanto α como β del CD8 son glucoproteínas pequeñas de aproximadamente 30 a 38 kDa. Cada cadena consta de un dominio tipo inmunoglobulina, extracelular, único, una región tallo, una región transmembrana hidrofóbica, y una cola citoplasmática que contiene 25 a 27 residuos, varios de los cuales pueden ser fosforilados.

Los dominios extracelulares de CD4 y CD8 se unen a regiones conservadas de moléculas del mhc clase II y clase I, respectivamente (figura 3-7b). La co-unión de una molécula del mhc única tanto por el tcr como por su co-receptor CD4 o CD8 aumenta la avidez de la unión de célula T a su blanco. Esta co-unión también acerca mucho los dominios citoplasmáticos del TCR/CD3 y el co-receptor respectivo, y ayuda a iniciar la cascada de eventos intracelulares que activan una célula T.

La señalización por medio del receptor de antígeno, incluso cuando se combina con la que ocurre por medio de CD4 o CD8, es insuficiente para activar una célula T que no ha tenido contacto previo con antígeno (una célula T virgen). Una célula T virgen necesita recibir simultáneamente señales por medio del tcr y su co-receptor, CD28, para ser activada. Las moléculas de tcr y CD28 sobre una célula T virgen deben co-unirse al mhc-péptido presentado y el ligando CD28, CD80 (o CD86), respectivamente, sobre la célula presentadora de antígeno para que ocurra activación completa. Ya se hizo alusión a los eventos de señalización mediados por CD28, que incluyen la estimulación de la síntesis de interleucina-2 por la célula T, y se comentan a fondo en el capítulo 11.

La Lck es la primera tirosina cinasa activada en la señalización de célula T

Cuando el receptor de célula T interactúa con su antígeno unido a célula, receptores, co-receptores y moléculas emisoras de señales se agrupan hacia las balsas de lípidos ricas en colesterol de la membrana plasmática (figura 3-32). La tirosina cinasa de la familia Src, Lck, en circunstancias normales se encuentra asociada con CD4 y CD8, y la asociación entre Lck y CD4 es en particular estrecha. La agrupación (inducida por antígeno) del complejo de receptor-co-receptor lleva Lck hacia la vecindad de la tirosina fosfatasa asociada a membrana, CD45, que elimina el grupo fosfato inhibitorio sobre Lck. La fosforilación recíproca por moléculas de Lck cercanas en sus sitios de tirosina activadores (figura 3-9) a continuación induce a Lck para que fosforile residuos de itam de CD3. (Note que estos eventos tempranos corren parejos con los inducidos en células B por la cinasa de la familia SRC, Lyn, que también está regulada por la actividad de fosfatasa de CD45.)

Una vez que los itam de CD3 son fosforilados, una segunda tirosina cinasa, ZAP-70, se acopla en los residuos de tirosina fosforilados de las cadenas CD3ζ. ZAP-70 es activada por fosforilación mediada por Lck, y fosforila muchas moléculas adaptadoras, incluso SLP-76 y LAT, así como enzimas importantes en la activación de células T, como PLCγ1.

Las células T usan estrategias de señalización torrente abajo similares a las de las células B

Del mismo modo que en las células B, las señales iniciadoras en el receptor de antígeno de células T con eventos de fosforilación de tirosina a continuación son diseminadas a enzimas y factores de transcripción intracelulares usando una red de moléculas adaptadoras y enzimas.

En células T, una de las moléculas adaptadoras más tempranas que se incorpora en el complejo de emisión de señales es LAT (proteína enlazadora de células T activadas [Linker protein of activated T cells]), una proteína transmembrana asociada con balsas de lípidos en la membrana plasmática. Después de ligadura a tcr, lat es fosforilada en múltiples residuos por ZAP-70, y estos residuos fosforilados ahora proporcionan sitios de acoplamiento para varias enzimas importantes que portan dominios SH2, incluso PLCγ1 (figura 3-32). La lat fosforilada también se une a la proteína adaptadora gads, que está asociada de manera constitutiva con el adaptador SLP-76. Esta combinación de proteínas adaptadoras es crucial para la señalización de receptor de célula T; proporciona el marco estructural para casi todos los eventos de emisión de señales torrente abajo.

Muchos de estos eventos torrente abajo ahora serán familiares. PLCγ1, localizado a la membrana plasmática por unión a lat, es más activado por fosforilación de tirosina, mediada por la cinasa Itk (que pertenece a una familia de cinasa denominada cinasas Tec). Como se describió, PLCγ1 desintegra PIP₂, lo que libera IP₃, que induce la liberación de calcio y la activación de nfat por medio de la activación de calcineurina. El dag creado por hidrólisis de PIP₂ se une, en células T, a una forma especializada de pkc llamada la PKCθ (theta). Como se describió, esta parte de la cascada de emisión de señales culmina de modo similar en la degradación de los inhibidores de NF-κB y la translocación del factor de transcripción activo hacia el núcleo (figura 3-17).

La lat fosforilada también se asocia con el dominio SH2 de Grb2, la ahora familiar molécula adaptadora que introduce componentes de la vía Ras al complejo de señalización. Recuerde que Grb2 se une de manera constitutiva a sos, el gef que facilita la activación de la vía Ras. En células T, la vía Ras es importante tanto para la activación del factor de transcripción AP-1, que funciona para emitir señales para la secreción de citocina, como para el paso de señales que reorganizan el citoesqueleto de actina para liberación de citocina dirigida.

Así, al igual que para células B, la unión de tcr-antígeno conduce a una multitud de consecuencias, entre ellas regulación ascendente de factor de transcripción, reorganización del citoesqueleto, y secreción de citocina. De nuevo, al igual que para células B, la emisión de señales de células T también afecta la expresión de moléculas de adhesión como integrinas sobre la superficie celular y quimiocinas, que tiene efectos subsiguientes sobre la localización celular.

Está claro que la descripción de la señalización de la inmunidad adaptativa ofrecida en este capítulo representa sólo la punta del iceberg, y estas cascadas de emisión de señales contienen más componentes y resultados que aquellos a los que puede hacerse alusión en este breve esbozo. No obstante, del mismo modo que las proteínas adaptadoras proporcionan un andamio para que el sistema inmunitario organice sus proteínas emisoras de señales, los autores esperan que este capítulo haya proporcionado un andamio similar para la organización de los pensamientos del lector respecto a estos procesos fascinantes y complejos.

• Los antígenos se unen a receptores por medio de interacciones de enlace no covalentes.

• Las interacciones entre antígenos y receptores del sistema inmunitario son aumentadas por interacciones simultáneas entre co-receptores expresados por linfocitos y moléculas sobre células presentadoras de antígeno o sobre antígenos complejos.

• Casi todas las interacciones receptor-antígeno son multivalentes, y esta multivalencia aumenta significativamente la avidez de la interacción de unión de receptor-antígeno.

• La unión de antígeno a receptor induce una cascada de señalización en la célula que porta el receptor, que da pie a alteraciones de la motilidad, las propiedades adhesivas y el programa de transcripción de la célula activada.

• La señalización de antígeno es iniciada por células tanto T como B por agrupación de receptor mediada por antígeno. Los receptores agrupados están situados en regiones especializadas de las membranas, llamadas balsas de lípidos.

• Las proteínas CD3 e Igα/Igβ, que son elementos de transducción de señal asociados con receptor de células B y T, son fosforiladas sobre motivos de activación de inmunorreceptor basados en tirosina (Immunoreceptor Tyrosine Activation Motifs [itam]), y éstos sirven como puntos de acoplamiento para moléculas adaptadoras.

• Enzimas emisoras de señales torrente abajo y gef se acoplan sobre las moléculas adaptadoras y hacen contacto con sus sustratos. Estas enzimas incluyen fosfolipasa Cγ, que desintegra PIP₂ hacia dag e IP₃. La interacción de IP₃ con receptores localizados al er lleva a la liberación de calcio intracelular y la activación de proteínas reguladas por calcio, como la fosfatasa calcineurina. La calcineurina desfosforila el factor de transcripción nfat, lo que permite que éste tenga acceso al núcleo. El dag se une a la proteína cinasa C y la activa, lo que finalmente conduce a activación de NF-κB. El acoplamiento de la molécula adaptadora Grb2 a proteínas adaptadoras facilita su unión a la proteína gef, sos, y la activación de la vía de la map cinasa, lo que da por resultado activación del factor de transcripción AP-1.

• El receptor de antígeno sobre células B es una forma unida a membrana de la molécula de inmunoglobulina de cuatro cadenas que la célula B secreta en el momento de estimulación. Una molécula de inmunoglobulina comúnmente se conoce como un anticuerpo. Los anticuerpos tienen dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras.

• Los anticuerpos secretados por células B en el momento de estimulación se clasifican de acuerdo con la secuencia de aminoácidos de la cadena pesada, y anticuerpos de diferentes clases desempeñan diversas funciones durante una respuesta inmunitaria.

• La señalización de antígeno en células B procede de acuerdo con las estrategias de emisión de señales compartidas entre muchos tipos de células.

• El receptor de antígeno sobre células T no es una molécula de inmunoglobulina, aunque sus dominios de proteína están clasificados como pertenecientes a la superfamilia de proteínas inmunoglobulina.

• Casi todas las células T portan receptores constituidos por un heterodímero αβ que reconoce un antígeno complejo, que consiste en un péptido corto insertado en un surco en la superficie de una proteína codificada por el complejo principal de histocompatibilidad (mhc) de genes.

• Algunas células T portan receptores formados de cadenas receptoras γδ que reconocen una gama diferente de antígenos.

• La señalización de antígeno en células T comparte muchas estrategias características con la señalización de célula B.

Sitios web útiles

www.genego.com Este sitio ofrece una base de datos de vías metabólicas y reguladoras en la cual pueden efectuarse búsquedas.

www.nature.com/subject/cellsignaling Es una colección de artículos de investigación originales, revisiones y comentarios respecto a la emisión de señales celulares.

http://stke.sciencemag.org El sitio web de Signal Transduction Knowledge Environment, mantenido por la revista Science. Es un excelente sitio, pero partes del mismo están cerradas a quienes carecen de una suscripción.

www.signaling-gateway.org Este portal es presentado por la University of California en San Diego, y es apoyado por Genentech y Nature. Un excelente recurso, completo, con artículos especiales.

www.qiagen.com/geneglobe/pathwayview.aspx Qiagen. Un útil sitio web comercial.

www.biosignaling.com Parte de Springer Science+Business Media.

www.youtube.com Muchos videos y animaciones excelentes de sitios web de emisión de señales están disponibles en Youtube, demasiado numerosos como para mencionarlos aquí. Simplemente hay que escribir las vías en un navegador de web e ingresar. Sin embargo, es necesario conocer de dónde proviene el video. No todos los videos son exactos, de modo que es necesario verificar los hechos con la literatura médica publicada.

www.hhmi.org/biointeractive/immunology/tcell.html Película del Howard Hughes Medical Institute (HHMI): Cloning an Army of T Cells for Immune Defense.

1. La familia nfat es una familia omnipresente de factores de transcripción.

   1. En condiciones de reposo, ¿dónde está ubicado el nfat en una célula?

   2. En condiciones activadas, ¿dónde está ubicado el nfat en una célula?

   3. ¿Cómo se libera desde su estado en reposo y se le permite que se reubique?

   4. Los fármacos inmunosupresores, como la ciclosporina, actúan por medio de inhibición de la fosfatasa calcineurina. Si nfat es omnipresente, ¿cómo cree que estos fármacos pueden actuar con tan pocos efectos secundarios sobre otros procesos de señalización dentro del cuerpo?

2. Durante los primeros días de los experimentos diseñados para detectar el receptor de célula T, varios grupos de investigación diferentes encontraron que los anticuerpos dirigidos contra proteínas de inmunoglobulina parecieron unirse al receptor de célula T. Dado lo que ahora se sabe acerca de la estructura de las inmunoglobulinas y el receptor de célula T, ¿por qué esto no es por completo sorprendente?

3. ¿Cierto o falso? Explique sus respuestas. Las interacciones entre receptores y ligandos en la superficie celular:

   1. están mediadas por interacciones covalentes.

   2. pueden dar lugar a la creación de nuevas interacciones covalentes dentro de la célula.

4. Describa cómo las manipulaciones experimentales que siguen se usaron para determinar la estructura de anticuerpos.

   1. Reducción y alquilación de la molécula de anticuerpo

   2. Digestión enzimática de la molécula de anticuerpo

   3. Detección de fragmentos de inmunoglobulina por anticuerpo

5. ¿Qué es un itam, y qué proteínas modifican el itam en Igα e Igβ?

6. Defina una proteína adaptadora. Describa cómo una interacción entre proteínas que portan SH2 y grupos de tirosina fosforilados (pY) ayuda a transducir una señal desde el receptor de célula T hacia la proteína cinasa ZAP-70.

7. La IgM tiene 10 sitios de unión a antígeno por cada molécula, mientras que la IgM sólo tiene dos. ¿Esperaría que la IgM fuera capaz de unirse a cinco veces más sitios antigénicos en un antígeno multivalente que la IgG? ¿Por qué sí/por qué no?

8. Usted y otra compañera están estudiando un receptor de citocina sobre una célula B que tiene un Kd de 10^–6 M. Usted sabe que los sitios receptores de citocina sobre la superficie celular deben estar ocupados al menos 50% para que la célula B reciba una señal de citocina desde una célula T auxiliar. Su compañera de laboratorio mide la concentración de citocina en la sangre del animal de experimentación y detecta una concentración de 10^–7 M. Ella le dice a usted que el efecto que ustedes han estado midiendo posiblemente no podría depender de las citocina que están estudiando. Usted está en desacuerdo. ¿Por qué?

9. La activación de cinasas de la familia Src es el primer paso en varios tipos diferentes de vías de señalización. Por ende tiene sentido biológico que la actividad de esta familia de tirosina cinasas esté regulada de manera en extremo estrecha. Describa cómo la fosforilación de cinasas de la familia Src puede suministrar señales tanto activadoras como inhibidoras a cinasas Src.

10. Usted ha generado una clona de células T en la cual la tirosina cinasa de la familia Src, Lck, es inactiva. Estimula esa clona con su péptido antigénico cognado, presentado sobre la plataforma de mhc apropiada, y hace pruebas para secreción de interleucina-2, como una medida de activación de células T. ¿Espera ver secreción de IL-2 o no? Explique.

11. Nombre una proteína que se ha mostrado que es defectuosa en muchos casos de agammaglobulinemia ligada a X, y describa cómo una reducción de la actividad de esta proteína podría llevar a inmunodeficiencia.

12. Las proteínas receptoras de células B y T tienen regiones intracitoplasmáticas notoriamente cortas, de sólo algunos aminoácidos. ¿Cómo puede usted conciliar esta característica estructural con la necesidad de emitir una señal al interior de la célula de la presencia de antígeno unido?

13. Describa una manera en la cual la estructura de los anticuerpos está muy bien adaptada a su función.

14. Como un estudiante graduado, su asesor ha dado a usted una clona de células T que parece estar constitutivamente (siempre) activada, aunque a un bajo nivel, incluso en ausencia de estimulación antigénica, y le ha pedido que averigüe por qué. Su compañero de pupitre le sugiere empezar por verificar la secuencia de su gen lck, o el estado de la actividad de Csk en la célula. Usted está de acuerdo en que son buenas ideas. ¿Cuál es su razonamiento?

1. a) Citoplasma b) Núcleo c) Mediante desfosforilación con la enzima calcineurina fosfatasa, activada por unión al complejo de calcio-calmodulina. La activación de la célula da lugar a un incremento de la concentración intracitoplasmática de ion calcio. d) Hay muchas respuestas posibles a esta pregunta. Por ejemplo, puede haber múltiples formas de nfat y, así, estos fármacos pueden sólo interactuar con formas particulares de la enzima. Otras células pueden tener vías alternativas que pueden sortear la necesidad de calcineurina, no así las células T. De hecho, la ciclosporina se une a la proteína inmunofilina, que es expresada de manera específica en células T activadas, y es el complejo de ciclosporina e inmunofilina lo que inhibe la actividad de la calcineurina.

2. Las proteínas inmunoglobulina y el receptor de célula T comparten un motivo común: el pliegue de inmunoglobulina, que puede ser el blanco de unión para estos anticuerpos.

3. a) Falso. Los receptores y los ligandos se unen por medio de interacciones no covalentes, como enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos, interacciones hidrofóbicas e interacciones de van der Waals. b) Verdadero. La unión de receptor-ligando puede activar el receptor y dar lugar a fosforilación y formación de enlace covalente con el receptor.

4. a) La reducción permitió la rotura de enlaces disulfuro entre las cadenas pesada y ligera y los pares de cadenas pesadas en la molécula de IgG. La alquilación aseguró que los enlaces entre las cadenas separadas no volverían a formarse. Los científicos a continuación pudieron separar las cadenas y averiguar su peso molecular y cuántas cadenas pertenecieron a cada molécula. b) La papaína digirió la molécula en la región bisagra, lo cual liberó dos fragmentos de unión a antígeno (Fab) y un fragmento no de unión a antígeno, que se cristalizó de manera espontánea (Fc). Este hallazgo indicó a los investigadores que hubo dos sitios de unión a antígeno por cada molécula, y sugirió que parte de la molécula no era de secuencia variable (porque tuvo estructura suficientemente regular como para cristalizarse). La pepsina aisló del resto la parte de unión a antígeno divalente de la molécula. c) Se generaron anticuerpos que reconocieron de manera específica los fragmentos Fab y Fc. Se encontró que los anticuerpos contra Fab se unen a cadenas tanto pesadas como ligeras, lo que indicó que los sitios de unión a antígeno tuvieron componentes de ambas cadenas. Los anticuerpos contra fragmentos Fc sólo se unieron a la cadena pesada.

5. Un itam es un Motivo de Activación de Inmunorreceptor basado en Tirosina. Es un motivo con una secuencia particular que contiene tirosinas fosforilables en las regiones citoplasmáticas de varias proteínas importantes desde el punto de vista inmunitario. Igα e Igβ forman parte del complejo de señalización en células B, y son fosforiladas por la cinasa de la familia Src, Lyn, cuando el bcr se mueve hacia las regiones balsas de lípido de la membrana en el momento de activación.

6. Una proteína adaptadora porta más de un sitio de unión para otras proteínas, y sirve para poner en contacto otras proteínas una con otra sin, por sí misma, tener actividad enzimática alguna. La activación del tcr da lugar a activación de la cinasa de la familia de Src, Lck. La Lck fosforila los residuos de tirosina sobre los itam del complejo CD3 asociado con el tcr. A continuación, ZAP-70 se une a los residuos pY por medio de sus regiones SH2, y posteriormente es fosforilada y activada ella misma.

7. Esperaría que la IgM fuera capaz de unirse a más moléculas de antígeno que la IgG, pero quizá no cinco veces más. Restricciones de obstáculo estérico/conformacionales pueden evitar que los 10 sitios de unión a antígeno de la IgM sean capaces de unirse de manera simultánea a 10 sitios antigénicos.

8. Porque usted sabe que, en al menos un caso, la activación de una célula puede dar lugar a una alteración del fenotipo del receptor de citocina, lo que da por resultado un incremento notorio de su afinidad por la citocina. Por ejemplo, el IL-2R existe en dos formas: una forma de afinidad moderada que consta de un dímero βγ, y una forma de alta afinidad, sólo sintetizada después de activación celular, que consta de un trímero αβγ.

9. Las cinasas de la familia Src tienen dos sitios tirosina en los cuales pueden ser fosforiladas: un sitio inhibidor y un sitio activador. En el estado en reposo, el sitio inhibidor es fosforilado por la cinasa Csk, y la cinasa se pliega sobre sí misma, lo cual forma un enlace entre un grupo SH2 interno y el fosfato inhibidor, lo que protege el sitio activo de la enzima. La separación del grupo fosfato desde la tirosina inhibidora permite que la enzima abra su estructura y revele el sitio activo. A continuación ocurre activación adicional de la enzima cuando una segunda tirosina es fosforilada y estabiliza el estado activado.

10. Dado que la Lck yace al principio de la vía de señalización desde el receptor de célula T, una célula T con una forma inactiva de Lck será incapaz de pasar por activación para secretar IL-2.

11. La cinasa emisora de señales tirosina cinasa de Bruton (Btk) es defectuosa en 85% de los pacientes con agammaglobulinemia ligada a X. Es codificada en el cromosoma X y, por ende, la mayor parte de los casos de esta enfermedad ocurre en niños varones. La fosforilación por Btk activa PLCγ2, que divide PIP₂ hacia trifosfato de inositol (IP₃) y diacilglicerol (dag) después de activación de células pre-B por medio del receptor de célula pre-B, o de células B mediante el receptor de inmunoglobulina. Esto lleva finalmente a activación de las vías de factor de transcripción nfat y map cinasa, lo cual culmina en diferenciación y proliferación de células B, que no puede ocurrir en ausencia de una proteína Btk funcionante.

12. Tanto el bcr como el tcr están asociados de manera no covalente sobre sus membranas celulares respectivas con complejos de transducción de señal que funcionan para transducir la señal iniciada por unión de antígeno al receptor hacia el interior de la célula. En el caso del receptor de célula B, el complejo de transducción de señal está compuesto de Igα/Igβ. Los itam sobre Igα/Igβ son fosforilados por tirosina cinasas que son llevadas a estrecha proximidad con el complejo de receptor de célula B en el momento de la oligomerización del receptor y su movimiento hacia las regiones de balsas de lípido de la membrana, que ocurren en el momento de unión a antígeno. Las tirosinas fosforiladas de Igα/Igβ a continuación sirven como puntos de acoplamiento para componentes torrente abajo de la vía de transducción de señal. En el caso del tcr, el complejo de transducción de señal es el juego de proteínas CD3, que contiene seis cadenas y desempeña una función similar la de Igα/Igβ. Los itam sobre CD3 son fosforilados por cinasas de la familia Src, en particular Lck, y a continuación sirven como puntos de acoplamiento para componentes torrente abajo de la vía de señalización de tcr. A su vez, Lck es asociada con los correceptores de tcr CD8 y CD4.

13. (Hay múltiples posibilidades para esta respuesta, y aquí los autores ofrecen algunas.)

    a) El anticuerpo es una molécula en forma de Y, con las regiones de unión a antígeno situadas en los dos extremos de la Y. En la unión de las tres secciones hay una región bisagra flexible que permite que los dos extremos se muevan uno respecto a otro y, por ende, que se unan a determinantes antigénicos dispuestos a distancias variables uno de otro sobre un antígeno multivalente. b) Dentro de los dominios de región variable de las cadenas pesada y ligera, un armazón de lámina con plegamiento β común incluye múltiples cadenas β antiparalelas en una conformación conservada. Aun así, en los giros entre las cadenas β hay números y secuencias variables de aminoácidos, que corresponden a regiones hipervariables en las secuencias de regiones variables de inmunoglobulina. Éstas permiten la creación de muchos sitios de unión a antígeno diferentes. c) Las regiones constantes de moléculas de anticuerpos forman el puente entre la región de unión a antígeno y receptores sobre células fagocíticas que engullirán complejos de antígeno-anticuerpo, o componentes del sistema de complemento que se unirán a las regiones Fc del anticuerpo y ayudarán a la eliminación del antígeno. Diferentes estructuras de la región constante se unen a diferentes receptores Fc y componentes del complemento.

14. Las cinasas de la familia Src, como Lck, están situadas al principio de muchas vías de transducción de señales, y sus actividades están sujetas a mecanismos de control rigurosos. Lck es mantenida en un estado inactivo al ser fosforilada sobre un residuo de tirosina inhibidor. A continuación, esta tirosina fosforilada es unida por un dominio SH2 interno que mantiene la Lck en una conformación inerte, cerrada. Si el dna que codifica para este residuo de tirosina ha sido mutado o eliminado, de modo que esta fosforilación no puede ocurrir, habrá una magnitud constitutiva de actividad de Lck. Puesto que la enzima que fosforila esta tirosina inhibidora es Csk, una reducción de la actividad de Csk tendría el mismo efecto.