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Durante los últimos años, los inmunólogos han disfrutado de una explosión de información acerca de nuevas citocinas y de nuevos receptores de citocina como resultado de avances en el análisis genómico y proteómico. En el recuadro de Avances 4-1 se describe un método proteómico recién desarrollado para la búsqueda de nuevas citocinas secretadas, e ilustra la manera en la cual una apreciación sofisticada de los aspectos de biología molecular y celular de las vías secretoras ayuda en la identificación de nuevas citocinas. El propósito de este capítulo no es proporcionar una lista exhaustiva de las citocinas y sus receptores (en los apéndices II y III se presenta una lista integral y actualizada de citocinas y quimiocinas), sino más bien esbozar algunos principios generales de la estructura y función de citocinas y receptores que deben permitir al lector colocar cualquier citocina dentro de su contexto biológico singular.
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RECUADRO 4-1
AVANCES: Métodos usados para mapear el secretoma
Los métodos relacionados de genómica y proteómica proporcionan a los científicos recursos que pueden usar para evaluar los cambios complejos que ocurren en la expresión de gen y proteína inducidos por estímulos, como estimulación por antígeno o citocina. Vastas cantidades de información respecto a la derivación y lectura de genes en diferentes células y organismos, y la expresión de proteínas particulares, se pueden analizar y presentar de maneras no disponibles para los científicos hasta hace apenas algunos años.
A últimas fechas, la ciencia de la proteómica se ha extendido para abordar el mapeo de proteínas que son secretadas por diversos tipos de células. La gama de proteínas secretadas por una célula se denomina su secretoma, el cual puede definirse más formalmente como las “proteínas liberadas por una célula, un tejido, o por organismos, por medio de mecanismos de secreción clásicos y no clásicos”.
Los científicos se interesaron por vez primera en el concepto del secretoma como una manera de diagnosticar e identificar diversos tipos de cáncer. Razonaron que podían usar el grupo de proteínas secretadas hacia el suero u otros líquidos tisulares como un marcador biológico para tipos de tumor específicos. Si puede mostrarse que proteínas particulares son secretadas a concentración alta sólo en condiciones de enfermedad maligna, pueden crearse pruebas rápidas y económicas que tienen el potencial de investigar tumores a una etapa temprana, cuando aún se prestan a tratamiento. Aunque esos perfiles de proteínas secretadas específicos para tumor son sorprendentemente difíciles de desarrollar, dada la gama de mutaciones asociadas con la generación de un cáncer, la capacidad para diagnosticar un tumor a una etapa temprana usando sólo una muestra de suero proporciona intensa motivación, y muchos intentos están en proceso.
Desde entonces, los métodos que se utilizan para definir un grupo de secretomas de cáncer se han aplicado a estudios de muchas otras poblaciones de células no malignas para las cuales la descripción de un secretoma sería un recurso analítico útil. Estas poblaciones comprenden células madre, células del sistema inmunitario y células adiposas. Dada la diversidad de citocinas que pueden ser secretadas por una célula única, y la manera en la cual las actividades de citocinas pueden interactuar en el ámbito de la célula blanco, los aspectos biológicos de la citocina son un estupendo blanco para un enfoque tan global.
En un análisis de secretoma reciente (Botto et al., 2011) se abordó la pregunta de cómo el citomegalovirus del ser humano induce la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis). Se encontró que el sobrenadante libre de virus de células endoteliales infectadas por virus induce angiogénesis. El análisis de secretoma del sobrenadante de células endoteliales infectadas reveló la presencia de múltiples citocinas, entre ellas IL-8, GM-CSF e IL-6. Después se mostró que la adición de un anticuerpo anti-IL-6 bloqueador al mismo tiempo que el sobrenadante libre de virus inhibe su actividad angiogénica, lo que demostró así que la inducción del crecimiento de nuevos vasos sanguíneos dependió principalmente de la actividad de IL-6 en el sobrenadante.
Una dificultad que suele encontrarse cuando se trata de analizar el secretoma de un tipo de célula particular es la necesidad de muchas células de crecer en un líquido de cultivo de tejido complementado con suero, que en sí es una mezcla compleja de proteínas. En este caso es importante distinguir entre proteínas liberadas por las células bajo estudio y aquellas que originalmente estuvieron presentes en el suero. Se dispone de varias técnicas para distinguir entre proteínas secretadas y las que provienen de los medios de cultivo de tejidos, incluso añadir inhibidores de secreción a algunos cultivos y después comparar las proteínas presentes en el sobrenadante del cultivo en presencia de inhibidores y en ausencia de los mismos. De manera alternativa, el cultivo de las células en presencia de radioisótopos que sólo marcan proteínas recién sintetizadas, como 35S metionina, puede usarse para distinguir entre estas proteínas y proteínas preexistentes en el medio de cultivo.
En el caso de que una línea de células se esté probando para determinar si secreta un grupo de citocinas para las cuales ya hay ensayos de anticuerpos, como en el caso antes descrito, pueden usarse dos tipos de mediciones múltiples (figura 1). En estos dos métodos se utilizan anticuerpos contra la gama de citocinas que se van a analizar, fijos a alguna clase de soporte de fase sólida. Este soporte puede ser vidrio, una membrana, o un grupo de cuentas; cada anticuerpo está fijo a una cuenta de un color diferente. La muestra de líquido de cultivo de tejido se añade al anticuerpo de fase sólida, se elimina el líquido excesivo, y después se agregan anticuerpos biotinilados. (La biotina, una molécula pequeña, se usa porque tiene una afinidad en extremo alta por una proteína, la estreptavidina y, por ende, se usa para acoplar dos moléculas entre sí en ensayos como éstos. En el capítulo 20 se presentan más detalles.) Después de la unión a anticuerpo, los anticuerpos biotinilados excesivos son eliminados mediante lavado, y las concentraciones de citocina se evalúan mediante la adición de estreptavidina fluorescente, que se unirá a la biotina. Una señal fluorescente indica la presencia de la citocina en la muestra, y la magnitud de la señal revela su concentración. Dado que cada cuenta muestra fluorescencia a una longitud de onda diferente, puede distinguirse la fluorescencia asociada con cada citocina.
Se han creado diversos recursos de bioinformática que tienen aplicación particular al análisis de secretoma, los cuales incluyen SignalP, que identifica la presencia de péptidos señal y muestra también la ubicación de sitios de división del péptido señal en proteínas bacterianas y eucariontes. Además, SecretomeP puede usarse para la predicción de proteínas secretadas de manera no clásica. En varias herramientas de bioinformática, entre ellas TargetP y Protein Prowler, se usa la secuencia de proteínas para predecir su ubicación subcelular. Por último, Ingenuity Pathway Analysis permite al investigador buscar parejas de interacción de proteína y predecir la participación de la proteína de interés en redes funcionales.
Botto, S., D.N. Streblow, V. DeFilippis, L. White, C. N. Kreklywich, P.P. Smith, y P. Caposio. (2011). IL-6 in human cytomegalovirus secretome promotes angiogenesis and survival of endothelial cells through the stimulation of survivin. Blood 117:352-361.
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Estudios detallados de la estructura y función de citocinas han revelado características comunes entre familias de citocinas. Las citocinas son proteínas relativamente pequeñas, y por lo general tienen una masa molecular de menos de 30 kDa. Muchas están glucosiladas, y la glucosilación parece contribuir a la estabilidad de la citocina, aunque no necesariamente a la actividad de la misma. Las citocinas caracterizadas hasta ahora pertenecen a uno de seis grupos: la familia de la interleucina-1 (IL-1), la familia de la hematopoyetina (citocina clase I), la familia del interferón (citocina clase II), la familia del factor de necrosis tumoral (tnf), la familia de la interleucina-17 (IL-17) y la familia de la quimiocina (cuadro 4-2). En las páginas que siguen se describe cada una de estas seis familias de citocinas, los receptores que se unen a ellas, y las vías de emisión de señales que transducen el mensaje recibido en el momento de unión a citocina hacia el resultado biológico apropiado.
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Las citocinas de la familia IL-1 promueven señales proinflamatorias
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Las citocinas de la familia de la interleucina-1 (IL-1) típicamente son secretadas en etapas muy tempranas de la respuesta inmunitaria por células dendríticas y monocitos o macrófagos. La secreción de IL-1 es estimulada por reconocimiento de antígenos virales, parasitarios o bacterianos por receptores inmunitarios innatos. Los miembros de la familia IL-1 por lo general son proinflamatorios, lo que significa que inducen un incremento de la permeabilidad capilar en el sitio de secreción de citocina, junto con amplificación de la magnitud de la migración de leucocitos hacia los tejidos infectados. Además, la IL-1 tiene efectos sistémicos (en todo el organismo), y emite señales hacia el hígado para que produzca proteínas de fase aguda, como los interferones tipo I (IFN α y β), IL-6, y la quimiocina CXCL8. Estas proteínas inducen más efectos protectores múltiples, incluso la destrucción de rna viral y la generación de una respuesta de fiebre sistémica (que ayuda a eliminar muchas cepas de bacterias sensibles a la temperatura). La IL-1 también activa células tanto T como B en el momento de la inducción de la respuesta inmunitaria adaptativa.
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Citocinas de la familia de la IL-1
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En la figura 4-5 se muestran los miembros de la familia de citocinas IL-1 y de receptores de la misma. Los miembros canónicos (más representativos) de la familia de la IL-1, IL-1α e IL-1β, son sintetizados como precursores de 31 kDa, pro-IL-1α y pro-IL-1β. La pro-IL-1α es biológicamente activa, y a menudo ocurre en una forma unida a membrana, mientras que la pro-IL-1β requiere procesamiento para hacer de ella una molécula soluble por completo madura antes de que pueda funcionar. La pro-IL-1α y la pro-IL-1β son recortadas hasta sus formas activas de 17 kDa por la enzima proteolítica caspasa-1 dentro de la célula secretora. La caspasa-1 activa está ubicada en un grupo complejo de proteínas denominado inflamasoma (capítulo 5).
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Otros miembros de la familia de la IL-1, la IL-18 e IL-33, también se ha mostrado que son procesados por la caspasa-1 in vitro (aunque hay ambigüedad respecto a si la IL-33 requiere este procesamiento para tener actividad completa in vivo). La IL-18 se relaciona con la IL-1, usa la misma familia de receptores, y tiene una función similar; al igual que la IL-1, la IL-18 es expresada por monocitos, macrófagos y células dendríticas, y es secretada en etapas tempranas de la respuesta inmunitaria. En contraste, la IL-33 es expresada de manera constitutiva en el músculo liso y en epitelios bronquiales, y su expresión puede ser inducida por IL-1β y TNF-α en fibroblastos de los pulmones y de la piel. Se ha mostrado que la IL-33 induce citocinas TH2 que promueven interacciones de linfocitos T con células B, mastocitos y eosinófilos. La IL-33 también ha quedado implicada en las alteraciones de padecimientos como asma y enfermedades inflamatorias de las vías respiratorias y del intestino.
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Otros dos miembros de esta familia de citocinas actúan como inhibidores naturales de la función de la familia de la IL-1. La proteína soluble IL-1Ra (antagonista del receptor de la IL-1) se une al receptor IL-1RI, evitando su interacción con su cadena homóloga, IL-1RAcP, lo que la hace incapaz de transducir una señal hacia el interior de la célula. Por ende, el IL-1Ra funciona como un ligando antagonista de la IL-1. La IL-18BP adopta una estrategia de inhibición diferente, al unirse a la IL-18 en solución y evitar que la IL-18 interactúe de manera productiva con su receptor. El efecto inhibidor de la IL-18BP es aumentado por la unión adicional de IL-1F7 (figura 4-5b).
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Receptores de la familia de citocinas IL-1
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La familia de receptores de la interleucina-1 incluye los receptores para IL-1, IL-18 e IL-33. Ambas formas de IL-1 —IL-1α e IL-1β— se unen a los mismos receptores y median las mismas respuestas. Se conocen dos receptores diferentes para IL-1, y ambos son miembros de la superfamilia de proteínas inmunoglobulina (capítulo 3). Sólo el IL-1R tipo I (IL-1RI), que es expresado sobre muchos tipos de células, es capaz de transducir una señal celular; el IL-1R tipo II (IL-1RII) está limitado a células B y es inactivo. Para funcionar por completo, el IL-1R tipo I también requiere la presencia de una proteína accesoria que interactúa, la IL-1RAcP (proteína accesoria del receptor de IL-1) (figura 4-5a).
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Note que las cadenas de receptor tanto IL-1RI como IL-1RII, así como la proteína accesoria de receptor existen en formas tanto soluble como unida a membrana. Aun así, sólo se transmite una señal completa desde el dímero de las formas unidas a membrana de IL-1RI e IL-1RAcP. Las formas unida a membrana y soluble alternativas de las proteínas de unión a IL-1, pueden “absorber” la citocina excesiva, pero son incapaces de transducir la señal de interleucina. Así, al secretar más o menos de estos receptores inactivos, en diferentes momentos durante una respuesta inmunitaria, el organismo tiene la oportunidad de afinar la señal de citocina al permitir que los receptores inactivo y soluble compitan por la citocina disponible con el receptor que está transduciendo la señal. Este tema encuentra ecos en otras familias de receptores del sistema inmunitario, y parece ser una estrategia que ha evolucionado con frecuencia para controlar la fuerza de señales que dan lugar a resultados importantes. En el caso de la IL-1, el resultado final de la emisión de señales de IL-1 exitosa es un estado proinflamatorio global; así, el costo pagado por el huésped por una respuesta de IL-1 inapropiadamente fuerte sería importante desde el punto de vista fisiológico o incluso en potencia mortal.
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El receptor para IL-18 también es un heterodímero, constituido de IL-18Rα e IL-18Rβ. La IL-33 es reconocida por el IL-1RAcP en combinación con una proteína receptora nueva, denominada de manera variada T1/ST-2 o IL-1RL1. Al igual que para la IL-1, hay receptores inhibidores para la IL-33 (figura 4-5c).
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Señalización a partir de receptores de IL-1
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La unión de ligando productiva a la porción extracelular del receptor de IL-1 conduce a una alteración conformacional de su dominio citoplasmático. Esta alteración estructural en el receptor da pie a una serie de eventos de emisión de señales torrente abajo (figura 4-6). Con base en la información contenida en el capítulo 3, el lector estará familiarizado con casi todos los temas de estos eventos, y se mencionarán de nuevo en el capítulo 5, en la exposición sobre los receptores inmunitarios innatos.
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En primer lugar, la unión de la proteína adaptadora MyD88 al receptor ocupado permite el reclutamiento al complejo receptor de uno o más miembros de la familia de proteínas de cinasa activada por receptor de IL-1 (irak). Una de éstas, la IRAK-4, es activada mediante autofosforilación y fosforila sus irak compañeros, lo que da lugar a la generación de sitios de unión para factor asociado a receptor de TNF 6 (TRAF6) que está asociado con un complejo de ubiquitina-ligasa capaz de generar cadenas de poliubiquitina. El complejo IRAK-TRAF6 ahora se disocia del receptor e interactúa con un complejo citosólico preformado constituido de la cinasa asociada a TGFβ 1 (TAK1) y dos proteínas de unión (binding) a TAK1, TAB1 y TAB2. La unión de cadenas de poliubiquitina a las proteínas tab en el complejo TAK1 lo activa.
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El complejo TAK1 ahora desempeña dos funciones con las cuales el lector debe estar familiarizado. Fosforila el complejo ikk y lo activa, lo que lleva a la destrucción de IκB y la activación resultante del factor de transcripción NF-κB (figura 3-17). Además, TRAF6 también desempeña un papel en la activación de ikk al proporcionar sitios de ubiquitinación a los cuales puede unirse el componente nemo de ikk, lo que da lugar a su activación adicional. TAK1 también activa miembros torrente abajo de la cascada de la map cinasa que, a su vez, activan el factor de transcripción AP-1 (figura 3-16). Así, la unión de citocinas de la familia de la IL-1 a sus receptores conduce a una alteración global de los patrones de transcripción de las células afectadas que, a su vez, da lugar a la regulación ascendente de citocinas proinflamatorias y moléculas de adhesión.
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Las citocinas de la familia de la hematopoyetina (clase I) comparten motivos estructurales tridimensionales, pero inducen diversas funciones en las células blanco
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Los miembros de la familia de citocinas hematopoyetina (clase I) son citocinas solubles, pequeñas, que comunican células del sistema inmunitario. Su nombre es un poco desorientador por cuanto no todos los miembros de esta familia están implicados en funciones hematopoyéticas (formación de células sanguíneas) en sí. De cualquier modo, algunos de los primeros miembros de esta familia que se caracterizaron de hecho tienen funciones hematopoyéticas, y la familia de citocinas fue definida entonces con base en similitudes estructurales entre todos los participantes. Dado que la familia de la hematopoyetina contiene algunas de las primeras citocinas que se caracterizaron estructuralmente, a veces también se denomina la familia de citocinas clase I.
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Citocinas de la familia de la hematopoyetina (clase I)
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A medida que se han definido más miembros de la familia de la hematopoyetina, ha quedado claro que sus orígenes celulares y células blanco son tan diversos como sus funciones finales, que varían desde la señalización para el inicio de la proliferación de células T y B (p. ej., IL-2), la señalización para el inicio de la diferenciación de células B hacia células plasmáticas y secreción de anticuerpo (como IL-6), la señalización para la diferenciación de una célula T auxiliar a lo largo de una vía de diferenciación particular en contraposición con otra (p. ej., IL-4 en contraposición con IL-12) y, finalmente, hasta el inicio de la diferenciación de líneas de leucocitos particulares (p. ej., gm-csf, g-csf). En el apéndice II se listan las citocinas descritas en este libro, junto con sus células de origen, sus células blanco y las funciones que inducen.
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Una homología importante en la estructura tridimensional de citocinas de la familia de la hematopoyetina las define como miembros de una familia de proteínas única, a pesar de un grado relativamente alto de diversidad de secuencia de aminoácidos. La característica estructural que define a esta clase de citocinas es un motivo fascículo de cuatro hélices, organizado hacia cuatro hélices antiparalelas (figura 4-7). Los miembros de esta familia pueden subclasificarse más con base en la longitud de la hélice. Las citocinas como la IL-2, IL-4 e IL-3 típicamente tienen hélices cortas de ocho a 10 residuos de longitud. En contraste, las llamadas citocinas de cadena larga, que incluyen IL-6 e IL-12, típicamente tienen longitudes de hélice de 10 a 20 residuos.
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La familia de receptores de hematopoyetina o clase I
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Casi todos los receptores de citocina hematopoyetina comprenden dos tipos de dominios proteínicos: un dominio tipo inmunoglobulina, constituido de láminas β (capítulo 3), y dominios que portan homología estructural con el dominio fniii de la proteína de la matriz extracelular, fibronectina. Los sitios de unión para casi todas las citocinas se encontrarán en una estructura constituida de dos dominios fniii en tándem (lado a lado) denominados regiones de homología de unión a citocina (chr). Como se verá, el motivo chr es común a receptores de citocina de varias familias.
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Una característica común a casi todas las familias de receptor de citocina hematopoyetina e interferón es la presencia de múltiples subunidades. En el cuadro 4-3 se listan las tres subfamilias de receptores de hematopoyetina; cada subfamilia se define por una subunidad de receptor que es compartida entre todos los miembros de esa familia.
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La superfamilia que porta cadena γ, o receptor de IL-2
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La expresión de una cadena γ común define la subfamilia de receptor de IL-2, que incluye receptores para IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 e IL-21. Los receptores de IL-2 e IL-15 son heterotrímeros, que constan de una cadena α específica para citocina y dos cadenas —β y γ— que se encargan tanto de transducción de señal como de reconocimiento de citocina. La cadena γ del receptor de IL-2 también funciona como la subunidad transductora de señal para los otros receptores en esta subfamilia, todos los cuales son dímeros. La inmunodeficiencia combinada grave ligada a X (xscid) congénita se produce por un defecto en el gen que codifica para la cadena γ, que se mapea al cromosoma X. La inmunodeficiencia observada en este trastorno, que incluye deficiencias de la actividad tanto de células T como de células NK, se produce por la pérdida de todas las funciones de citocina mediadas por los receptores de la subfamilia de la IL-2.
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El receptor de IL-2 ocurre en tres formas, cada una de las cuales muestra una afinidad diferente por la IL-2: el IL-2Rα monomérico, de baja afinidad (CD25) (que puede unirse a IL-2, pero es incapaz de transducir una señal desde ella), el IL-2Rβγ dimérico, de afinidad intermedia (que tiene capacidad de transducción de señal) y el IL-2Rαβγ trimérico, de alta afinidad (del cual depende casi toda la emisión de señales de IL-2 relevante desde el punto de vista fisiológico) (figura 4-8a). Una estructura cristalográfica de rayos X reciente de la forma trimérica de alta afinidad del receptor de IL-2 con una molécula de IL-2 en su sitio de unión revela que la IL-2 se une en una bolsa formada por las cadenas β y γ (figura 4-8b). Cuando la cadena α está presente, contribuye con importantes contactos adicionales con el ligando de IL-2, lo cual explica la afinidad de unión más alta por el trímero.
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La expresión de las tres cadenas del receptor de IL-2 varía entre los tipos de células en diferentes estados de activación. Los receptores de IL-2 de afinidad intermedia (βγ) son expresados sobre células T en reposo y sobre células nk, mientras que las células T y B activadas expresan las formas del receptor tanto de baja afinidad (α) como de alta afinidad (αβγ) (figura 4-8a). Puesto que hay alrededor de 10 veces más receptores de baja afinidad que de alta afinidad sobre células T activadas (50 000 en contraposición con 5 000), es necesario preguntarse cuál podría ser la función del receptor de baja afinidad, y se han propuesto dos ideas posibles. Tal vez sirva para concentrar la IL-2 sobre la superficie de la célula receptora para paso al receptor de alta afinidad. Por el contrario, puede reducir la concentración local de IL-2 disponible, lo cual asegura que sólo las células que portan el receptor de alta afinidad sean capaces de ser activadas. Cualquiera que pueda ser la respuesta a esta pregunta, la restricción de la expresión del receptor de IL-2 de alta afinidad a células T activadas asegura que sólo las células T CD4+ y CD8+ activadas por antígeno proliferarán en respuesta a concentraciones fisiológicas de IL-2.
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La subfamilia de receptor que poseen cadena β o de gm-csf
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Los miembros de la subfamilia de receptor de gm-csf, que incluye los receptores para IL-3, IL-5 y gm-csf, comparten la subunidad emisora de señales β. Cada una de estas citocinas se une con afinidad relativamente baja a una proteína receptora específica para citocina, única, la subunidad α de un receptor dimérico. Las tres subunidades de baja afinidad se asocian de modo no covalente con la subunidad β transductora de señal común. El receptor dimérico αβ resultante tiene una afinidad más alta por la citocina que la cadena α específica sola y es capaz también de transducir una señal a través de la membrana en el momento de unión a citocina (figura 4-9a).
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La IL-3, la IL-5 y el gm-csf muestran actividades redundantes. Tanto la IL-3 como el gm-csf actúan sobre células madre y células progenitoras hematopoyéticas, activan monocitos e inducen diferenciación de megacariocitos, y estas tres citocinas inducen la proliferación de eosinófilos y la desgranulación de basófilos, con liberación de histamina.
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Puesto que los receptores para IL-3, IL-5 y gm-csf comparten una subunidad β transductora de señal, común, se esperaría que cada una de estas citocinas transdujera una señal de activación similar, lo cual explica la redundancia que se observa entre sus efectos biológicos y, de hecho, las tres citocinas inducen los mismos patrones de fosforilación de proteína en el momento de activación celular. No obstante, cuando se introducen de manera simultánea a un cultivo de células, la IL-3 y el gm-csf parecen antagonizarse entre sí; la unión de IL-3 es inhibida por el gm-csf, y la unión del gm-csf es inhibida por la IL-3. Este antagonismo se origina por competencia por un número limitado de subunidades β disponibles para asociarse con las subunidades α específicas para citocinas de los receptores diméricos (figura 4-9b).
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La subfamilia de receptor de gp130
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La importancia de la familia de receptor de citocina gp130 para el desarrollo y la salud del individuo es subrayada por los resultados de estudios de deleción que han demostrado que la alteración dirigida de gp130 en ratones durante el desarrollo embrionario es mortal. Los receptores de esta familia comprenden los receptores para IL-6, importantes en el inicio de la respuesta inmunitaria, y para IL-12, cruciales para la señalización para la diferenciación de células T auxiliares a lo largo de la vía TH1. La alteración dirigida de receptores de citocina individuales, así como de las citocinas mismas, ha proporcionado mucha información funcional acerca de la señalización por medio de estos miembros de la familia de citocinas.
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La especificidad de citocina de la familia de receptores de la gp130 está determinada por la expresión regulada de cadenas específicas para ligando en dímeros, o trímeros, con el componente gp130. La familia de la subunidad gp130 de receptores de citocina se subdivide en receptores específicos para citocinas monoméricas, como la IL-6, y los que se unen a las citocinas diméricas, como IL-12.
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Puesto que las familias de receptor de citocina hematopoyetina (clase I) e interferón (clase II) utilizan vías de señalización, primero se describirán los interferones y sus receptores, y a continuación se considerarán las vías de señalización usadas por las dos familias juntas.
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La familia de citocinas interferón (clase II) fue la primera en descubrirse
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A finales de la década de 1950-1959, investigadores que estaban estudiando dos sistemas virales diferentes en dos laboratorios separados por medio mundo, descubrieron de manera casi simultánea los interferones. Yasu-Ichi Nagano y Yashuhiko Kojima, virólogos japoneses, estuvieron usando un modelo de cultivo de tejidos de piel y testículos de conejo para desarrollar una vacuna contra la viruela. Notaron que la inmunización con una forma del virus de la viruela bovina inactivado con luz uv dio lugar a la inhibición localizada del crecimiento viral, después de una inyección subsiguiente del mismo virus. La inhibición del crecimiento viral se restringió a un área pequeña de la piel, cerca del sitio de la inmunización original, y los científicos postularon que la inyección inicial había dado lugar a la producción de un “factor inhibidor viral”. Después de mostrar que su “factor inhibidor” no era simplemente un anticuerpo, publicaron una serie de artículos al respecto. En retrospectiva, científicos ahora creen que su efecto protector estuvo mediado por interferones. Sin embargo, la complejidad técnica de su sistema, y el hecho de que sus artículos se publicaron en francés, en lugar de inglés, retrasaron la difusión de sus datos a la comunidad científica en general.
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Entre tanto, en Londres, Alick Isaacs y Jean Lindenman estuvieron cultivando virus de la gripe vivos sobre membranas corioalantoideas de huevo de pollo (un método que aún se utiliza en la actualidad), y notaron que la exposición de sus membranas a una forma de virus de gripe desactivado con calor interfirió con el crecimiento subsiguiente de una preparación de virus vivos sobre la superficie de esa preparación de superficie. Probaron que la inhibición del crecimiento dependió de la producción de una molécula inhibidora por la membrana de pollo. La nombraron “interferón” debido a su capacidad para “interferir” con el crecimiento de los virus vivos. Su sistema de ensayo in vitro más sencillo les permitió caracterizar con rapidez los efectos biológicos de la molécula involucrada, y escribieron una serie de artículos en los que describieron los efectos biológicos del o los interferones a finales de la década de 1950-1959. Empero, puesto que los interferones son activos a concentraciones muy bajas, no fue sino hasta 1978 cuando se produjeron en cantidades suficientes para análisis bioquímico y cristalográfico. Desde esa época, investigadores han mostrado que hay dos tipos principales de interferones, los tipos I y II, y que los interferones tipo I pueden subdividirse en dos subgrupos.
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Los interferones tipo I están compuestos de interferones α, una familia de alrededor de 20 proteínas relacionadas, e interferón-β, que son secretados por macrófagos activados y células dendríticas, así como por células infectadas por virus. Los interferones α y β también son secretados por células infectadas por virus después de reconocimiento de componentes virales por receptores de reconocimiento de patrones (prr) ubicados sea en la superficie celular o dentro de la célula (capítulo 5). Los prr intracelulares pueden interactuar con ácidos nucleicos derivados de virus o con partículas virales que han sido objeto de endocitosis. Los interferones tipo I secretados a continuación interactúan a su vez con receptores de interferón unidos a membrana sobre las superficies de muchos tipos de células. Los resultados de su interacción con estos receptores se comentarán con detalle en el capítulo 5, pero incluyen la inducción de ribonucleasas que destruyen rna viral (y celular), y el cese de la síntesis de proteína celular. De este modo, los interferones evitan que las células infectadas por virus se repliquen, y que sinteticen nuevas partículas virales. Con todo, en forma simultánea inhiben funciones celulares normales y destruyen células infectadas por virus, de modo que la infección no pueda diseminarse.
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Los interferones tipo I son dímeros de polipéptidos de 18 a 20 kDa, con estructura predominantemente helicoidal, y algunos miembros de esta familia están naturalmente glucosilados. Los interferones tipo I se usan en el tratamiento de diversas enfermedades de seres humanos, entre las que destacan infecciones por virus de la hepatitis.
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El interferón tipo II, por lo demás conocido como interferón-γ, es producido por células T activadas y nk, y se libera como un dímero (figura 4-10). El interferón-γ es un poderoso modulador de la respuesta inmunitaria adaptativa; sesga el auxilio de células T hacia el tipo TH1, e induce la activación de macrófagos, con destrucción subsiguiente de cualesquiera agentes patógenos intracelulares, y la diferenciación de células T citotóxicas. Los tres interferones aumentan la expresión de proteínas del complejo mhc sobre la superficie de células, lo que incrementa sus capacidades de presentación de antígeno.
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El interferón-γ se usa médicamente para sesgar el sistema inmunitario adaptativo hacia una respuesta citotóxica en enfermedades como la lepra y la toxoplasmosis, en las cuales las respuestas de anticuerpos son menos eficaces que las que destruyen células infectadas. En el recuadro 4-2 de Enfoque clínico se describen funciones adicionales de los interferones en la clínica.
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RECUADRO 4-2
ENFOQUE CLÍNICO: Terapia con interferones
Los interferones son un extraordinario grupo de proteínas con efectos importantes sobre el sistema inmunitario. Sus acciones afectan los extremos tanto adaptativo como innato del sistema inmunitario, e incluyen la inducción de incrementos de la expresión de moléculas del mhc tanto clase I como clase II, y el aumento de la actividad de células nk. La clonación de los genes que codifican para IFN-α, IFN-β e IFN-γ ha hecho posible que la industria de la biotecnología produzca grandes cantidades de cada uno de estos interferones a costos que hacen práctico su uso clínico (cuadro 1).
El IFN-α se ha usado para el tratamiento de hepatitis C y de hepatitis B. También se ha encontrado que es útil en varias aplicaciones diferentes en la terapia del cáncer. Un tipo de leucemia de células B conocido como leucemia de células pilosas (porque las células están cubiertas con proyecciones citoplasmáticas finas parecidas a pelo) responde bien al IFN-α. La leucemia mielógena crónica, una enfermedad que se caracteriza por números aumentados de granulocitos, empieza con una fase crónica que se desarrolla lentamente, que cambia hacia una fase acelerada, y termina en una fase blástica, que por lo general muestra resistencia al tratamiento. El IFN-α es un tratamiento eficaz para esta leucemia durante la fase crónica (se han reportado tasas de respuesta de 70%), y algunos pacientes (hasta 20% en algunos estudios) muestran remisión completa. El sarcoma de Kaposi, el cáncer que se observa más a menudo en pacientes con sida en Estados Unidos, también responde al tratamiento con IFN-α, y hay reportes de una tendencia hacia supervivencia más prolongada y menos infecciones oportunistas en pacientes tratados con este compuesto. Casi todos los efectos antes mencionados se han obtenido en estudios clínicos en los que se usó IFN-α solo, pero en ciertas aplicaciones, como la terapia de la hepatitis C, se usa comúnmente con un fármaco antiviral, como la ribavirina. El tiempo de depuración del IFN-α se prolonga al usarlo en una forma en complejo con polietilenglicol (peg), llamado un interferón pegilado.
El IFN-β ha surgido como el primer fármaco capaz de producir mejoría clínica en pacientes con esclerosis múltiple (ms). Los adultos jóvenes son el blanco primario de esta enfermedad neurológica autoinmunitaria, en la cual hay desmielinización de nervios en el sistema nervioso central (cns). Esto da lugar a disfunción neurológica progresiva, lo que da pie a discapacidad importante y, en muchos casos, grave. Esta enfermedad a menudo se caracteriza por periodos de ausencia de progresión, y de remisión, que alternan con periodos de recaída. El tratamiento con IFN-β proporciona periodos de remisión más prolongados y reduce la gravedad de las recaídas. Además, estudios de imágenes de resonancia magnética (mri) de daño del cns en pacientes tratados y no tratados revelaron que el daño inducido por ms fue menos grave en un grupo de pacientes tratados con IFN-β que en los no tratados.
El IFN-γ se ha utilizado, con éxito variable, para tratar diversas enfermedades malignas que incluyen linfoma no Hodgkin, linfoma de células T cutáneo y mieloma múltiple. Una aplicación clínica más exitosa del IFN-γ en clínica es en el tratamiento de la inmunodeficiencia hereditaria, enfermedad granulomatosa crónica (cgd; capítulo 18). En la cgd se observa un serio deterioro de la capacidad de las células fagocíticas para matar microbios ingeridos, y los pacientes con cgd sufren infecciones recurrentes por diversas bacterias (Staphylococcus aureus, Klebsiella, Pseudomonas y otras) y hongos como Aspergillus y Candida. Antes de la terapia con interferón, el tratamiento estándar para la enfermedad incluía intentos por evitar infección, administración enérgica de antibióticos, y drenaje quirúrgico de abscesos. Un fracaso para generar oxidantes microbicidas (H2O2, superóxido y otros) es la base de la cgd, y la administración de IFN-γ revierte de manera significativa este defecto. La terapia de pacientes que padecen cgd con IFN-γ reduce de manera significativa la incidencia de infecciones. Asimismo, las infecciones que se contraen son menos graves, y se reduce el número promedio de días de hospitalización.
También se ha mostrado que el IFN-γ es eficaz en el tratamiento de la osteopetrosis (no osteoporosis), un trastorno congénito que pone en peligro la vida, caracterizado por crecimiento excesivo de hueso que da lugar a ceguera y sordera. Otro problema que plantea esta enfermedad es que la acumulación de hueso reduce la cantidad de espacio disponible para la médula ósea, y el decremento de la hematopoyesis da lugar a menos eritrocitos, y a anemia. La generación disminuida de leucocitos causa un incremento de la susceptibilidad a infección.
Es probable que el uso de interferones en la práctica clínica se expanda conforme se aprende más acerca de sus efectos en combinación con otros agentes terapéuticos. Si bien los interferones, en común con otras citocinas, son poderosos modificadores de respuestas biológicas, los efectos secundarios que acompañan a su uso por fortuna son relativamente leves. Los efectos secundarios típicos comprenden síntomas parecidos a gripe, como cefalea, fiebre, escalofríos y fatiga. Estos síntomas pueden manejarse en su mayor parte con acetaminofeno y disminuyen de intensidad durante tratamiento continuo. Si bien la toxicidad por interferón por lo general no es grave, el tratamiento a veces se asocia con manifestaciones graves, como anemia y depresión de los recuentos de plaquetas y leucocitos.
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Los miembros minoría de la familia de citocinas interferón comprenden IL-10, secretada por monocitos y por células T, B y dendríticas que regula respuestas inmunitarias. La IL-10 comparte similitudes estructurales con el interferón-γ, y estas similitudes le permiten unirse a la misma clase de receptores. Además, en 2003 se descubrió una tercera clase de interferones, el llamado interferón-λ, o familia del interferón tipo III. En la actualidad esta familia tiene tres miembros: interferón-λ1 (IL-29), interferón-λ2 (IL-28A), e interferón-λ3 (IL-28B). Al igual que los interferones tipo I, los interferones tipo III regulan en dirección ascendente la expresión de genes que controlan la replicación viral y la proliferación de células huésped.
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Receptores de interferón
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Los miembros de la familia de receptores de interferón son heterodímeros que comparten residuos de cisteína conservados, que muestran ubicación similar, con miembros de la familia de receptor de hematopoyetina. Inicialmente, se creyó que sólo los interferones-α, β y γ eran ligandos para estos receptores. Aun así, investigación reciente ha mostrado que la familia de receptores consta de 12 cadenas de receptor que, en sus diversas combinaciones, se unen a no menos de 27 citocinas diferentes, incluso seis miembros de la familia de la IL-10, 17 interferones tipo I, un interferón tipo II, y tres miembros de la recién descrita familia del interferón-λ, incluso IL-28A, IL-28B e IL-29.
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La vía de emisión de señales jak-stat
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Experimentos tempranos en la señalización de citocina demostraron que una serie de fosforilaciones de proteína tirosina sigue con rapidez a la interacción de una citocina con un receptor de las familias de receptores de citocina clase I o clase II. Estos resultados inicialmente fueron enigmáticos, porque los receptores de citocina carecen de los motivos de inmunoactivación de tirosina (itam) característicos de los receptores de célula B y T. De cualquier modo, estudios de los eventos moleculares desencadenados por la unión de interferón-γ (IFN-γ) a su receptor aclararon el modo de transducción de señal usado por miembros de las familias de citocinas tanto hematopoyetina como interferón.
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En ausencia de citocina, las subunidades de receptor están asociadas sólo laxamente una con otra en el plano de la membrana, y la región citoplasmática de cada una de las subunidades de receptor está asociada de manera no covalente con tirosina cinasas inactivas llamadas cinasas activadas Janus (jak). (Algunos miembros de esta familia de cinasas retienen su nombre más temprano de Tyk, pero comparten propiedades estructurales y funcionales con la familia de cinasas jak.) Se ha mostrado que el proceso de transducción de señal desde receptores de citocina clase I y clase II procede de acuerdo con los pasos que siguen (figura 4-11):
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La unión a citocina induce la asociación de las dos subunidades de receptor de citocina separadas, y activación de las jak asociadas a receptor.
Las jak asociadas a receptor fosforilan tirosinas específicas en las subunidades de receptor.
Estos residuos de tirosina fosforilados sirven como sitios de acoplamiento para factores de transcripción inactivos conocidos como transductores de señal y activadores de la transcripción (stat).
Los stat inactivos son fosforilados por las cinasas jak y Tyk.
Los factores de transcripción stat fosforilados se dimerizan, y se unen uno a otro por medio de interacciones SH2/fosfotirosina.
La fosforilación también da lugar a un cambio conformacional en el dímero de stat, que revela una señal de localización nuclear.
El dímero stat se transloca hacia el núcleo, donde inicia la transcripción de genes específicos.
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En la actualidad se sabe de siete proteínas stat (stat 1 a 4, 5A, 5B y 6) y cuatro proteínas jak (jak 1 a 3, y Tyk2) en mamíferos. stat específicos desempeñan funciones esenciales en las vías de emisión de señales de una amplia variedad de citocinas (cuadro 4-4).
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Dada la generalidad de esta vía entre citocinas clase I y clase II, ¿de qué modo el sistema inmunitario induce una respuesta específica a cada citocina? En primer lugar, la unión de citocinas a sus receptores muestra especificidad extrema. En segundo lugar, receptores de citocina particulares están unidos a enzimas jak pareja específicas, que a su vez activan factores de transcripción stat singulares. En tercer lugar, la actividad de transcripción de stat activados es específica porque un homodímero o heterodímero de stat sólo reconocerá ciertos motivos de secuencia y, así, únicamente puede interactuar con los promotores de ciertos genes. Por último, sólo los genes blanco cuya expresión es permitida por un tipo de célula particular pueden ser activados dentro de esa variedad de células. Por ejemplo, las regiones promotoras en algunos tipos de células pueden estar captadas en heterocromatina y ser inaccesibles a factores de transcripción. De esta manera, la citocina clase I, IL-4, puede inducir un grupo de genes en células T, otro en células B, y aún un tercero en eosinófilos.
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Las vías jak-stat no son exclusivas para el sistema inmunitario. Entre los muchos genes que se sabe que están regulados por proteínas stat de mamíferos están los que codifican para factores de supervivencia celular, como los miembros de la familia Bcl-2, los involucrados en la proliferación celular, como la ciclina D1 y myc, y los implicados en la angiogénesis o en metástasis, como el factor de crecimiento del endotelio vascular, o vegf.
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Al final de la emisión de señales de citocina, se cree que reguladores negativos de la vía stat, como la proteína inhibidora de stat activado (pias), el supresor de emisión de señales de citocina (socs) y proteína tirosina fosfatasas, se encargan de desactivar la emisión de señales de jak-stat y de devolver la célula a un estado quiescente.
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Los miembros de la familia de citocinas TNF pueden emitir señales para desarrollo, activación o muerte
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La familia de citocinas factor de necrosis tumoral (tnf) regula el desarrollo, la función efectora y la homeostasis de células que participan en los sistemas esquelético, neuronal e inmunitario, entre otros.
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Citocinas de la familia del TNF pueden ser solubles o estar unidas a membrana
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Las citocinas relacionadas con el tnf son poco comunes por cuanto suelen estar firmemente ancladas en la membrana celular. Por lo general son proteínas transmembrana tipo 2 con una región N terminal intracitoplasmática corta, y una región C terminal extracelular más larga. La región extracelular típicamente contiene un dominio de homología de tnf canónico del cual depende la interacción con los receptores de citocina. Los miembros de la familia del tnf también pueden actuar como mediadores solubles, después de división de sus regiones extracelulares y, en algunos casos, la misma citocina existe en formas tanto soluble como unida a membrana.
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Hay dos miembros homónimos (que tienen el mismo nombre que) de la familia del tnf: TNF-α y TNF-β, aunque el TNF-β es más comúnmente conocido como linfotoxina-α, o LT-α. Ambos son secretados como proteínas solubles. El TNF-α (a menudo denominado simplemente tnf) es una citocina proinflamatoria, producida principalmente por macrófagos activados, pero también por otros tipos de células, incluso linfocitos, fibroblastos y queratinocitos (células de la piel), en respuesta a infección, inflamación y factores ambientales que generan estrés. El tnf desencadena sus efectos biológicos mediante unión a sus receptores, TNF-R1 o TNF-R2, que se describen más adelante. La linfotoxina-α es producida por linfocitos activados, y puede emitir diversas señales. En el momento de la unión a neutrófilos, células endoteliales y osteoclastos (células óseas), la linfotoxina-α emite señales de activación; en otras células, la unión de linfotoxina-α puede llevar a expresión aumentada de glucoproteínas del mhc, y de moléculas de adhesión.
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En este texto se han descrito cinco miembros de la familia de tnf unidos a membrana importantes desde el punto de vista fisiológica. La linfotoxina-β, una citocina unida a membrana, es importante en la diferenciación de linfocitos. Se brindará información acerca de baff y april en el contexto del desarrollo de células B y la homeostasis de las mismas (capítulo 10). CD40L es una citocina expresada sobre la superficie de células T, que se requiere para la emisión de señales para la diferenciación de células B (capítulo 12). El ligando Fas (FasL), o CD95L, induce apoptosis en el momento de unión a su receptor cognado, Fas, o CD95.
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Sea unidas a membrana o en forma soluble, las citocinas activas de la familia del tnf se montan hacia trímeros. Si bien casi siempre son homotriméricas, se forman citocinas heterotriméricas entre los miembros de la familia del tnf linfotoxina-α y linfotoxina-β, y entre april y baff. El análisis cristalográfico de miembros de la familia del tnf ha revelado que tienen una estructura terciaria conservada y que se pliegan hacia un sándwich de lámina β. Los residuos conservados dirigen el plegamiento en las cadenas β internas que, a su vez, promueven la formación de trímero (figura 4-12).
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Los miembros de la superfamilia de receptores de tnf son definidos por la presencia de dominios ricos en cisteína (crd) en el dominio de unión a ligando extracelular. Cada crd típicamente contiene seis residuos de cisteína, que forman tres asas con enlace disulfuro, y miembros individuales de la superfamilia pueden contener desde uno hasta seis crd.
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Si bien casi todos los receptores de tnf son proteínas de membrana tipo 1 (sus N terminales están fuera de la célula), algunos miembros de la familia son divididos desde la membrana para formar variantes de receptor solubles. De manera alternativa, algunos carecen en absoluto de un dominio de fijación a membrana, o están enlazados a esta última sólo por medio de anclas de glicolípido, unidas de manera covalente. Estas formas solubles de receptores de la familia del tnf se conocen como “receptores señuelo”, porque son capaces de interceptar la señal proveniente del ligando antes de que pueda llegar a una célula, lo que bloquea la señal con eficacia; se trata de un tema ya mencionado en la consideración de la familia de receptores de IL-1.
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Señalización por medio de receptores de la superfamilia del tnf
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El trabajo de delinear las vías de emisión de señales precisas por medio de receptores de la familia del tnf está en proceso, y algunas preguntas importantes aún esperan resolución. Una razón por la cual estas vías han sido tan difíciles de definir es que el mismo receptor, TNF-R1, puede transducir señales tanto activadoras como promotoras de muerte, dependiendo del ambiente celular y molecular local en el cual se recibe la señal, y los investigadores aún tienen que determinar el desencadenante que cambia el programa de señalización desde vida hacia muerte. No obstante, se sabe mucho acerca de cómo funciona cada una de estas vías de señalización, una vez que se ha tomado esa decisión tan importante.
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Se empezará por describir la vía proapoptótica (inductora de muerte) que es iniciada cuando el miembro de la familia del tnf unido a membrana, FasL, sobre una célula, se une a un receptor Fas sobre una segunda célula, lo que lleva a muerte de la célula que porta el receptor Fas. Con esto como el fundamento, a continuación se ilustrará cómo el receptor TNF-R1 media señales promotoras tanto de vida como de muerte. La emisión de señales por medio de otros miembros de la familia del tnf-r, como CD40, baff y April, se describirá en capítulos posteriores en el contexto de las diversas respuestas inmunitarias en las cuales están involucrados.
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Señalización por medio del receptor Fas
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Al final de una respuesta inmunitaria, cuando el agente patógeno es destruido sin riesgos, y el sistema inmunitario necesita eliminar los linfocitos extra que ha generado para afrontar el invasor, los linfocitos que mostraron respuesta empiezan a expresar el receptor de la familia del tnf, Fas, sobre su superficie celular. Fas, y su ligando FasL, son miembros especializados de las familias del receptor de tnf y de la citocina tnf, respectivamente, y funcionan juntos para promover la homeostasis de linfocitos. Ratones con mutaciones en los genes fas (mrl/lpr en ratones) o fasL (gld en ratones) sufren en consecuencia trastornos linfoproliferativos graves, indicativos de su incapacidad para eliminar linfocitos que ya no sirven para un propósito útil.
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En el momento de la interacción con otras células inmunitarias que portan FasL, el receptor Fas se trimeriza y transduce una señal al interior de la célula que porta Fas, que da lugar a su eliminación mediante apoptosis. La apoptosis, o muerte celular programada, es un mecanismo de muerte celular en el cual la célula muere desde dentro, y es fragmentada hacia vesículas rodeadas por membrana que pueden ser fagocitadas con rapidez por macrófagos vecinos (figura 4-13a). Al usar estas vías apoptóticas bien controladas, el organismo asegura que el final natural de la respuesta inmunitaria se asocie con inflamación mínima. La activación de la vía apoptótica desencadena la activación de caspasas; éstas son proteasas, que portan residuos de Cisteína en sus sitios activos, que se dividen después en residuos de ácido ASPártico.
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La unión de Fas a FasL da lugar a la agrupación de los receptores Fas (figura 4-13b) lo que, a su vez, promueve la interacción entre sus regiones citoplasmáticas, que incluyen dominios comunes a varias moléculas emisoras de señales proapoptóticas llamadas dominios de muerte. Ese tipo de interacción entre dominios de proteína homólogos que expresan afinidad uno por otro, se denomina una interacción homotípica. Conforme se unen uno a otro, los dominios de muerte proteína Fas agrupados incorporan dominios de muerte provenientes de la proteína adaptadora fadd (proteína que contiene dominio de muerte [death] asociado a Fas). La fadd no sólo contiene dominios de muerte, sino también un tipo de dominio relacionado que se llama dominio efector de muerte (death) (ded). Éste, a su vez, se une de manera homotípica a los dominios ded de la caspasa-8, lo que da lugar a la agrupación de moléculas de procaspasa-8. Dichas moléculas contienen la enzima caspasa-8 activa, mantenida en un estado inactivo por medio de unión a prodominios.
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La multimerización de moléculas de procaspasa-8 da lugar a división mutua de sus prodominios, e induce la activación de caspasa-8. A continuación, la caspasa-8 divide muchas proteínas blanco cruciales para la generación de apoptosis. Las proteínas blanco de la caspasa-8 comprenden las caspasas ejecutoras, –3 y –7 (que dividen y activan nucleasas que llevan a la degradación de dna nuclear), y el miembro de la familia Bcl-2 proapoptótica, bid. El complejo de Fas, fadd y procaspasa-8 se denomina el complejo emisor de señales inductoras de muerte (death) (disc). El resultado final de la activación de esta cascada es la condensación de material nuclear (figura 4-13a), la degradación de dna nuclear hacia fragmentos de ácido nucleico de 240 pares de bases, y la desintegración subsiguiente de la célula hacia fragmentos rodeados por membrana “fácilmente digeribles”.
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Señalización por medio del receptor TNF-R1
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El receptor TNF-R1 está presente sobre la superficie de todas las células de vertebrados y, al igual que Fas, tiene un dominio de muerte (dd) intracitoplasmático. Si bien este receptor es capaz de unirse tanto al TNF-α como a la linfotoxina-α, la presente exposición se centrará en la señalización que es desencadenada por el TNF-α (tnf). La unión de tnf al receptor TNF-R1 puede llevar a dos resultados muy diferentes: apoptosis (muerte) o supervivencia (vida). Cómo lo hace aún es el enfoque de investigación intensiva, pero la historia tal como se está desplegando ya es en sí fascinante.
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El mecanismo mediante el cual la unión de tnf conduce a apoptosis difiere un poco del que sigue a la unión de Fas-FasL. Al igual que FasL, la unión de tnf al receptor TNF-R1 induce trimerización del receptor, así como una alteración de su conformación y éstas, juntas, dan lugar a la unión de una molécula adaptadora que contiene dd, en este caso tradd, a la cara interna de la molécula de receptor (figura 4-14). La molécula adaptadora tradd proporciona sitios de unión adicionales para los componentes RIP1 (una serina/treonina cinasa, llamada de manera más bien evocativa Descanse en Paz [Rest In Peace] 1), que se une por medio de sus propias dd y TRAF2, el factor asociado a receptor de tnf 2. Esto se conoce como el complejo I. Experimentos de localización intracelular han mostrado que este complejo puede disociarse desde el TNF-R en la membrana, y migrar hacia el citoplasma, donde se une a la ahora conocida proteína fadd que contiene dd. La fadd recluta procaspasa-8, como se describió, lo que da lugar a la generación de una señal apoptótica. El complejo citoplasmático proapoptótico generado en el momento de unión a receptor TNF-R1 se muestra en la figura 4-14a como el complejo II.
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Contrario a lo que indicaría la intuición, la unión de esta misma molécula, tnf, al mismo receptor, TNF-R1, puede dar lugar al suministro de señales de supervivencia, así como de señales proapoptóticas. ¿De qué modo puede la misma citocina, actuando por medio del mismo receptor, desencadenar dos acciones al parecer opuestas?
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En la vía de supervivencia mediada por tnf (figura 4-14b), la generación del complejo de membrana original parece iniciarse de la misma manera general que para la vía proapoptótica. Sin embargo, en el caso de la vía prosupervivencia, el complejo que contiene tradd no se disocia de la membrana, sino más bien permanece en la superficie celular, y recluta varios otros componentes, entre ellos las ubiquitina ligasas cIAP1 y cIAP2.
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Una vez que cIAP1 y cIAP2 se unen al complejo de TNF-R1 en la membrana celular, reclutan las proteínas lubac, que fijan cadenas de ubiquitina lineales a RIP1. La RIP1 poliubiquitinada a continuación se une al componente nemo de ikk, así como a TAK1, que ya ha formado un complejo con sus proteínas tab asociadas, como se describió. RIP1 y TAK1 activan el complejo ikk, lo que da pie a la fosforilación y destrucción de IκB, y activación subsiguiente de NF-κB. Una vez que NF-κB es activado por completo, activa la expresión de la proteína cFLIP que a continuación inhibe la actividad de la caspasa-8; esto desactiva con eficacia la vía proapoptótica, antagonista (figura 4-14a). Como se describió, el complejo TAK1 también actúa para activar la vía de la map cinasa, lo cual aumenta la emisión de señales de supervivencia.
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Las decisiones de supervivencia en contraposición con muerte que se toman en el ámbito del receptor TNF-R1 dependen del resultado de la carrera entre la generación de caspasa-8 activa por un lado, y la generación del inhibidor de caspasa-8, cFLIP, por el otro. Aunque ahora se entienden los mecanismos moleculares que desencadenan las consecuencias de estas decisiones, aún hay mucho que aprender respecto a cómo la célula integra las señales recibidas por medio del TNF-R1 con otras señales suministradas a la célula para determinar cuál de las dos vías que compiten prevalecerá. Puesto que la generación del complejo unido a membrana que es capaz de activar NF-κB depende por completo de interacciones entre diversas proteínas ubiquitinadas, ahora parece ser que la decisión de vida-muerte para una célula tal vez sea ejecutada por una proteína pequeña que previamente se creía que sólo tenía propósito destructivo.
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La familia de la IL-17 es una agrupación de citocinas proinflamatorias recién descubierta
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La familia de citocinas descrita en fecha más reciente, la familia de la IL-17, incluye las interleucinas 17A, 17B, 17C, 17D y 17F. La emisión de señales por medio de casi todos los miembros de esta familia culmina en la generación de inflamación. Los receptores de IL-17 se encuentran sobre neutrófilos, queratinocitos y otras células no linfoides. Por ende, los miembros de la familia de la IL-17 parecen ocupar un sitio en la interfaz de las inmunidades innata y adaptativa. Las citocinas IL-17 no comparten similitud de secuencia con otras citocinas, sino que es interesante que la secuencia de aminoácidos de la IL-17A es 58% idéntica a un marco de lectura abierto (ORF13) que se encuentra en un herpesvirus trópico para células T. Hasta ahora se desconoce la importancia de esta relación de secuencia; ¿el virus secuestró la secuencia de citocina para sus propias necesidades, o el secuestro ocurrió en la dirección opuesta?
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La IL-17A, el primer miembro que se identificó de esta familia, es liberado por células T activadas, y estimula la producción de factores que emiten señales para un estado proinflamatorio, entre ellas IL-6, CXCL8, y factor estimulante de colonias de granulocitos (g-csf). A medida que progresó la caracterización de la IL-17A y de las células T que la secretaban, quedó claro que las células T que secretan esta citocina representan una nueva línea, el subgrupo de células TH17, que en la actualidad es el enfoque de investigación intensa (capítulo 11). Desde entonces, la secuenciación genómica ha llevado a la identificación de varios homólogos de la IL-17A (cuadro 4-5). Casi todas las interleucinas en la familia de la IL-17 comparten la propiedad de operar en la interfaz de las inmunidades innata y adaptativa, y sirven para coordinar la liberación de citocinas proinflamatorias y movilizadoras de neutrófilos. Empero, la IL-17E es una excepción a esta regla general; en lugar de eso promueve la diferenciación de la subclase TH2 antiinflamatoria, mientras que suprime más las respuestas de células TH17, en lo que asciende a un asa de retroacción negativa.
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En general, los miembros de la familia de la IL-17 existen como homodímeros, pero se han descrito heterodímeros de IL-17A y de IL-17F. El peso molecular de las unidades monoméricas de los miembros de la familia de la IL-17 varía desde 17.3 hasta 22.8 kDa, y el análisis cristalográfico ha revelado que comparten una estructura cuya naturaleza es principalmente de lámina β, estabilizada por medio de enlaces disulfuro intracadena.
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Los receptores de la familia de la IL-17
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La familia de receptores de la IL-17 está compuesta de cinco cadenas de proteínas —IL-17RA, IL-17RB, IL-17RC, IL-17RD e IL-17RE— que están dispuestas de manera variada hacia unidades homo- y heterodiméricas y triméricas para formar las moléculas de receptor completas (figura 4-15). Los miembros de la familia de receptores de la IL-17 comparten dominios de fibronectina con receptores de citocina de la familia de la hematopoyetina y del interferón, y son proteínas transmembrana únicas. Todas contienen dominios SEF/IL-17R citoplasmático (expresión similar al receptor de interleucina-17 factor de crecimiento de fibroblastos, o sefir), que se encargan de mediar las interacciones proteína-proteína de la vía de transducción de señal del IL-17R. La cadena IL-17RA también contiene un dominio de asa (loop) tipo tir (-like) (till), análogo a estructuras que se encuentran en las moléculas Toll y de receptor de IL-1, así como un dominio de activación C/EBPβ (cbad), capaz de activar el factor de transcripción C/EBPβ.
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Emisión de señales por medio de receptores de IL-17
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De manera análoga a la emisión de señales mediante receptores de IL-1, la emisión de señales por medio de casi todos los receptores de IL-17 da lugar a una respuesta inflamatoria y, así, no debe sorprender enterarse de que la emisión de señales por medio del receptor de IL-17 da lugar a activación de NF-κB, un factor de transcripción característico de la inflamación. Los detalles de las vías de emisión de señales que emanan del IL-17R aún se están estudiando, pero en la figura 4-16 se ilustran las principales características del conocimiento actual.
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Activación de NF-κB por medio de IL-17RA e IL-17RC. La unión de IL-17A a las moléculas de receptor IL-17RA e IL-17RC da lugar al reclutamiento de la proteína adaptadora ACT1 al dominio sefir. La ACT1 se une a otras proteínas, incluso TRAF3 y TRAF6, que a continuación se unen al complejo TAK1. La activación de TAK1 da lugar a la fosforilación y desactivación del inhibidor de NF-κB (IκB), lo que permite la activación y migración nuclear de NF-κB.
Activación de la vía de la map cinasa y estabilización de mRNA que codifica para citocina. Las proteínas adaptadoras unidas al receptor también reclutan componentes de la vía de la map cinasa, lo que da lugar a la activación de map cinasas, incluso la cinasa regulada por señal extracelular, Erkl. Aunque es poco común, parece ser que la función más importante de la Erkl en la emisión de señales de la IL-17 no yace en la generación de factores de transcripción fosforilados (como sucede para su participación en la emisión de señales celulares mediada por tcr y por bcr), sino más bien en el control de la estabilidad de transcritos de mRNA que codifican para citocinas. Muchos de los genes blanco de la emisión de señales de la IL-17 son citocinas y quimiocinas cuya transcripción es regulada en dirección ascendente en el momento en que se recibe una señal de IL-17. La concentración de mRNA que codifica para citocina está controlada en parte por unión de la proteínacitoplasmática tristetraprolina a elementos ricos en au (are) en las regiones 3′-no traducidas de transcritos de mRNA. La tristetraprolina a continuación lleva los mRNA que codifican para citocina a los complejos exosoma de las células, donde son degradados. Con todo, la fosforilación de la tristetraprolina por map cinasas inhibe su capacidad para reclutar la maquinaria de degradación y, por ende, da lugar a la estabilidad aumentada de los mRNA que codifican para citocina y quimiocina.
Activación de los factores de transcripción C/EBPβ y C/EBPδ. Además de regulación ascendente de NF-κB y de miembros de la vía de la map cinasa, también se ha mostrado que la emisión de señales por medio de proteínas IL-17RA e IL-17RC activa los factores de transcripción C/EBPβ y C/EBPδ, que promueven la expresión de IL-6, una de las citocinas inflamatorias esenciales.
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Las quimiocinas dirigen la migración de leucocitos por el cuerpo
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Las quimiocinas son una familia de citocinas pequeñas estructuralmente relacionadas que se unen a receptores de superficie celular e inducen el movimiento de leucocitos a favor de un gradiente de concentración, y hacia la fuente de quimiocina. Este movimiento celular dirigido por factor soluble se conoce como quimiotaxis, y las moléculas que pueden desencadenar ese movimiento se llaman quimioatrayentes (recuadro 4-3). Algunas quimiocinas despliegan afinidad innata por los carbohidratos llamados glicosaminoglicanos, ubicados en la superficie de células endoteliales, una propiedad que les permite unirse a las superficies internas de vasos sanguíneos y establecer un gradiente de quimioatrayente unido a célula a lo largo de las paredes de vasos sanguíneos, lo cual dirige el movimiento de leucocitos.
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RECUADRO 4-3
AVANCES: ¿De qué modo la unión de quimiocina a un receptor de superficie celular da lugar a movimiento celular a lo largo del gradiente de quimiocina?
La quimiotaxis es el mecanismo mediante el cual la rapidez y dirección del movimiento de la célula son controladas por un gradiente de concentración de moléculas emisoras de señales. Los receptores sobre la superficie de las células que tienen capacidad de respuesta se unen a factores quimiotácticos y dirigen la célula para que se mueva hacia la fuente de secreción del factor. La quimiotaxis fue reconocida como un fenómeno biológico en una época tan temprana como la década de 1880-1889, y se encontró en organismos tan simples como bacterias, que usan la quimiotaxis para ubicar fuentes de nutrición. De cualquier modo, sólo conforme los científicos han adquirido la capacidad para analizar vías de emisión de señales y observar el movimiento de células individuales en condiciones in vivo, ha sido posible una comprensión mecánica de la compleja serie de eventos intracelulares que culminan en movimiento celular dirigido por sustancias químicas en el sistema inmunitario. Si bien aún no se entienden todos los detalles de este proceso, han empezado a surgir algunos principios generales.
Primero se aborda el medio por el cual las células detectan señales quimioatrayentes. A continuación se desarrolla una apreciación de cómo se mueven las células, y finalmente puede describirse un poco de lo que se sabe respecto a cómo quedan polarizadas para dirigir su movimiento según lo especifica la señal quimiotáctica.
DETECCIÓN DE SEÑAL Los leucocitos reconocen señales quimioatrayentes, o quimiocinas, usando los receptores acoplados a proteína G, que se describen en este capítulo. Esos receptores están situados en la membrana plasmática, y la cara citoplasmática de estos receptores está asociada con una proteína G polimérica, así llamada debido a su afinidad por fosfatos de guanosina. En el momento de unión a su ligando quimiocina, el receptor altera su conformación y pasa ese cambio conformacional a sus proteínas G asociadas. La proteína G unida pierde entonces afinidad por el difosfato de guanosina (gdp), y en lugar de eso se une al trifosfato de guanosina (gtp) y, así, alcanza su conformación activa. A continuación, la proteína G se disocia hacia dos subunidades, llamadas Gα-GTP y Gβγ. Las vías de emisión de señales que emanan de cada una de estas subunidades se describen en el texto. Es difícil exagerar la eficacia de estas señales de receptor en la determinación de la dirección del movimiento celular y la rapidez del mismo. Por ejemplo, los neutrófilos pueden reconocer, y moverse, en respuesta a gradientes quimioatrayentes en extremo bajos, en los cuales la concentración del quimioatrayente en el frente del gradiente es tan poco como 2% más alta que en la parte posterior.
CÓMO SE MUEVEN LAS CÉLULAS En la figura 1 se ilustra un modelo de movimiento celular ameboide, el mecanismo usado por los leucocitos. La migración ameboide es un tipo de movimiento celular rápido; los leucocitos y las células madre, que usan este modo de migración, pueden moverse con tanta rapidez como 30 μm/min. Las células sistemáticamente se mueven sobre otras células y tejidos (los sustratos) al formar primero abultamientos celulares en su borde de avance —el borde más cercano a la dirección del movimiento—. Dependiendo del tipo de célula y de la naturaleza de la señal quimioatrayente, estos abultamientos pueden ser delgados, y casi como alambres (filopodios), o sobresalir desde la superficie de la célula como una lámina (lamelipodios). El núcleo de la célula que está migrando yace detrás de estos abultamientos en el cuerpo de la célula, y en la parte posterior de la célula se encuentra una cola casi cilíndrica, el uropodio, que puede medir hasta 10 μm.
Los abultamientos en el borde de avance de un leucocito que se está moviendo forman fijaciones no covalentes al sustrato usando interacciones adhesivas entre proteínas sobre el abultamiento celular y otras proteínas sobre el sustrato. Por ejemplo, el sustrato puede ser una célula endotelial capilar, cuando un leucocito rueda a lo largo del interior de un capilar sanguíneo. De manera alternativa, durante el movimiento de leucocitos dentro de un ganglio linfático, la interacción adhesiva puede ocurrir entre integrinas de superficie de linfocitos B o T y proteínas ubicadas en una extensión celular desde una célula reticular folicular.
Una vez que la célula que está migrando es fijada temporalmente al sustrato, contracciones del cuerpo celular mediadas por actina y miosina, y reordenamientos resultantes del citoesqueleto, llevan el resto de la célula hacia adelante, hacia el borde de avance, y después puede recurrir el ciclo de avance con abultamientos celulares y contracción del resto de la célula en la dirección del borde de avance.
GENERACIÓN DE SEÑALES DE POLARIDAD: CÓMO LAS CÉLULAS DETERMINAN LA DIRECCIÓN DEL MOVIMIENTO En el momento en que reciben una señal quimiotáctica, los leucocitos se polarizan con mucha rapidez, y el movimiento de leucocitos es claramente visible en el transcurso de 30 segundos después de que la célula recibe la quimiocina.
Los científicos inicialmente emitieron la hipótesis de que el movimiento de un leucocito hacia un quimioatrayente particular puede producirse por una distribución asimétrica de receptores de quimioatrayente sobre la superficie celular, con una concentración más alta de receptores situada en el borde de avance de la célula. No obstante, observaciones al microscopio sugieren que esta hipótesis inicial era incorrecta. En lugar de eso, los investigadores encontraron una distribución asimétrica de moléculas emisoras de señales y componentes del citoesqueleto (figura 2). Así, aun cuando hay una distribución uniforme de receptores sobre la superficie celular, la distribución de receptores ocupados es asimétrica, lo cual significa que la señal recibida desde quimiocinas sobre el lado de la célula que mira a la fuente de quimiocina es más fuerte que la recibida en otro sitio de la superficie celular. El resultado final de esta señal asimétrica proveniente de los receptores ocupados es una redistribución interna de los componentes de la vía de emisión de señales y elementos del citoesqueleto; esto, a su vez, hace que la célula se mueva hacia la fuente de la señal.
Con base en la información que se presenta en el capítulo 3 y en este capítulo, el lector ya está familiarizado con muchas de las vías de señalización que median el movimiento direccional. El dímero βγ de la proteína G activada recluta una subclase particular de enzimas PI3 cinasa a la capa interna del borde de avance de la membrana, donde fosforila PIP2 y otros fosfatidil inositol fosfatos. Estos lípidos fosforilados a continuación sirven como sitios de acoplamiento para proteínas que contienen dominio ph, entre ellas Akt, que a su vez fosforilan efectores torrente abajo que llevan a polimerización de actina. Dependiendo del tipo de célula y de la naturaleza de la estimulación, las GTPasas pequeñas Rac, Cdc42 y Rho también están implicadas en las modificaciones del citoesqueleto mediadas por quimiocina que son necesarias para el movimiento de la célula, y éstas son activadas por medio de tirosina cinasas en los linfocitos, y mediante vías que todavía no se caracterizan por completo en otros tipos de leucocitos.
Una célula sólo puede moverse en respuesta a un gradiente si el borde posterior de la célula se mueve a la misma tasa que el borde de avance, y el uropodio de leucocitos en movimiento es susceptible a su propio grupo de señales mediadas por proteína G. Después de redistribución de los componentes de señalización internos, los receptores de quimiocina en el borde posterior de la célula están acoplados a un grupo de trímeros de proteína G diferentes de los que hay en el borde de avance. La interacción de receptores acoplados a proteína G (gpcr) localizados en el uropodio lleva a la formación y contracción de complejos de actina-miosina y retracción subsiguiente del uropodio.
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Estructura de las quimiocinas
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Las quimiocinas tienen peso molecular relativamente bajo (7.5 a 12.5 kDa), y son estructuralmente homólogas. La estructura terciaria de las quimiocinas está constreñida por un grupo de enlaces disulfuro altamente conservados; las posiciones de los residuos de cisteína determinan la clasificación de las quimiocinas en seis categorías estructurales diferentes (figura 4-17). Dentro de cualquier categoría, las quimiocinas pueden compartir 30 a 99% de identidad de secuencia.
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El agrupamiento de quimiocinas hacia las subclases que se muestran en la figura 4-17 tiene importancia funcional, así como estructural; por ejemplo, las siete quimiocinas cxc del ser humano dentro de la subclase elr comparten el mismo receptor (CXCR2), atraen neutrófilos, son angiogénicas y tienen más de 40% de identidad de secuencia. (Una sustancia es angiogénica si promueve la formación de nuevos vasos sanguíneos, y es angiostática si la evita.) Las quimiocinas cxcl no elr, CXCL9, CXCL10 y CXCL11, también son más de 40% idénticas entre sí; aun así, este grupo es angiostático, no angiogénico, y utiliza el receptor CXCR4. Los miembros de los dos grupos cc estructuralmente separados son quimioatrayentes que atraen monocitos y macrófagos (aunque no neutrófilos) al sitio de infección. En el apéndice III se presenta un cuadro más completo de las quimiocinas y sus funciones inmunitarias.
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Receptores de quimiocina
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Durante la década de 1950-1959, investigaciones de los mecanismos mediante los cuales la emisión de señales de glucagón y adrenalina llevó a un incremento de la tasa de metabolismo del glucógeno, revelaron la existencia de una clase de receptores que pasan siete veces a través de la membrana, y transducen la señal de ligando por medio de interacciones con una “proteína G” de unión a gtp/gdp polimérica. Esta clase de receptores acoplados a proteína G (gpcr) se utiliza en el reconocimiento de muchos tipos de señales, incluso las mediadas por quimiocinas. Ciertas características esenciales de esta vía están conservadas en todas las respuestas tipo gpcr. (Estas proteínas G asociadas a receptor que pasan siete veces por la membrana, poliméricas, de mayor tamaño, difieren de las proteínas G monoméricas pequeñas, como ras, que participan en partes más torrente abajo en las vías de emisión de señales intracelulares. Si bien ambos tipos de proteínas G son activados por unión a gtp, sus estructuras y funciones son bastante diferentes.)
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Los gpcr se clasifican de acuerdo con el tipo de quimiocina a la cual se unen. Por ejemplo, los receptores de cc (ccr) reconocen quimiocinas cc, los cxcr reconocen quimiocinas cxcl, y así sucesivamente. Los receptores de quimiocina se unen a sus ligandos respectivos de manera bastante estrecha (Kd ≅ 10–9 M). Despierta interés que la especificidad intrínseca de los receptores está equilibrada por la capacidad de muchos receptores para unirse a más de una quimiocina de una familia particular, y de varias quimiocinas a unirse a más de un receptor. Por ejemplo, el receptor CXCR2 reconoce siete quimiocinas diferentes, y CCL5 puede unirse tanto a CCR3 como a CCR5.
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Señalización por medio de receptores de quimiocina
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Las caras citoplasmáticas de gpcr que pasan siete veces por la membrana se asocian con proteínas de unión a gtp triméricas, intracelulares, que constan de subunidades Gα, Gβ y Gγ (figura 4-18a). Cuando el sitio receptor está desocupado, la subunidad Gα de la proteína G trimérica se une a gdp. La ligadura de quimiocina al receptor da lugar a un cambio conformacional que se transmite a la proteína G y, a su vez, induce un intercambio de gdp por gtp en el sitio de unión de Gα, que es análogo al que ocurre en el momento de unión de gtp a las proteínas de unión a gtp pequeñas, como Ras. Esto da lugar a la disociación de la proteína G hacia un monómero Gα-GTP y un dímero Gβγ. En el caso del receptor de quimiocina asociado a las proteínas G la señalización está mediada tanto por el dímero Gβγ disociado (que no tiene sitios de unión a nucleótido) como por la subunidad Gα-GTP.
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Del mismo modo que para las vías acopladas a proteína G pequeña, la duración de la señalización por medio del receptor de quimiocina está limitada por la actividad de GTPasa intrínseca de la subunidad Gα que, a su vez, puede ser aumentada por proteínas activadoras de GTPasa (gap), también conocidas como reguladores de la señalización de proteína G (rgs). Dado que la vía sólo es activa cuando la proteína se une a gtp, las gap regulan en dirección descendente la actividad mediada por el receptor (figura 3-15). Una vez que el gtp en el sitio de unión Gα es hidrolizado hacia gdp, Gα vuelve a asociarse con los dímeros Gβγ, lo cual termina con eficacia la señalización. Hay múltiples subtipos de subunidades Gα y Gβ cuya representación varía entre diferentes tipos de células. La señalización por medio de distintas subunidades puede dar lugar a diferentes consecuencias, dependiendo de las vías torrente abajo que son desencadenadas. Del mismo modo que para la proteína G pequeña, hay varias proteínas G poliméricas grandes diferentes, que varían en su distribución celular y parejas de receptor.
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Una vez liberada desde su pareja Gα, la subunidad Gβγ de la proteína G trimérica activa diversas moléculas efectoras torrente abajo, incluso las de la vía de la Ras/MAP cinasa (vía 1 en la figura 4-18). La fosforilación de tirosina mediada por tirosina cinasas activadas por Gα-GTP (que no se muestran) facilita más la activación completa de la map cinasa. La activación de la vía Ras culmina en el inicio de la transcripción, así como en regulación ascendente de moléculas de adhesión de la familia de las integrinas sobre la membrana celular. La señalización Gβγ también coopera con la señalización mediadas por Gα-GTP para activar una isoforma de fosfolipasa C, PLCβ, lo que da lugar a un incremento de la actividad del factor de transcripción NF-κB (vía 2).
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El complejo Gα gtp también activa una vía de señalización que es iniciada por la proteína G pequeña, Rho (vía 3). Esta vía conduce a polimerización de actina y la promoción de migración celular, de modo que el aspecto más comúnmente descrito de la emisión de señales de quimiocina: el movimiento celular depende de esta tercera vía (recuadro 4-3). La señalización Rho también es fundamental para desencadenar cambios en el programa de transcripción de la célula. Por último, una jak asociada con el gpcr inicia emisión de señales por medio de vías mediadas por pkc que culminan en la activación de Akt y supervivencia celular aumentada (vía 4), así como en alteraciones adicionales de la transcripción.
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La cualidad de la respuesta desencadenada por quimiocinas particulares en diferentes tipos de células depende de la naturaleza del ligando quimiocina, así como del microambiente de señalización que, a su vez, está determinado por el rango de subtipos de proteína G y moléculas reguladoras presentes en esa célula. Sin embargo, con base en la complejidad de las opciones de señalización disponibles para el receptor, es fácil ver cómo la unión de una molécula de quimiocina a su receptor puede desencadenar simultáneamente alteraciones en la ubicación, la capacidad de unión de moléculas de adhesión, y el programa de transcripción de la célula activada por quimiocina.