Capítulo 4: Receptores y señalización: citocinas y quimiocinas

Los cientos de millones de células que comprenden el sistema inmunitario de vertebrados están distribuidos en todo el cuerpo del huésped (capítulo 2). Algunas células circulan por los sistemas sanguíneo y linfático, mientras que otras son sésiles (permanecen en un solo sitio) en los tejidos linfoides primarios y secundarios, la piel, y la mucosa de los tractos respiratorio, alimentario y genitourinario. La clave para el éxito de un sistema tan ampliamente disperso es la capacidad de sus diversos componentes para comunicarse entre sí con rapidez y eficiencia, de modo que las células correctas puedan dirigirse hacia las ubicaciones apropiadas y poner en práctica las medidas necesarias para destruir agentes patógenos invasores.

Las moléculas que comunican células del sistema inmunitario se denominan citocinas. En general, las citocinas son moléculas solubles, aunque algunas también existen en formas unidas a membrana. La interacción de una citocina con su receptor sobre una célula blanco puede causar cambios de la expresión de moléculas de adhesión y receptores para quimiocina sobre la membrana blanco, lo que le permite moverse de un sitio a otro. Las citocinas también pueden emitir señales hacia una célula inmunitaria para que aumente o disminuya la actividad de enzimas particulares, o para que cambie su programa de transcripción, lo que altera sus funciones efectoras y las aumenta. Por último, pueden dar instrucciones a una célula respecto a cuándo sobrevivir y cuándo morir.

En un intento temprano por clasificar citocinas, los inmunólogos empezaron a numerarlas en el orden de su descubrimiento, y las nombraron interleucinas; este nombre refleja el hecho de que las interleucinas comunican entre (del latín, inter) sí a los leucocitos. Los ejemplos comprenden interleucina-1 (IL-1), secretada por macrófagos, e interleucina-2 (IL-2), secretada por células T activadas. Sin embargo, muchas citocinas que se nombraron antes de este intento de racionalizar la nomenclatura se han resistido a la reclasificación; así, los estudiantes se encontrarán con citocinas como el factor de necrosis tumoral o los interferones, que también son “interleucinas” en todos los aspectos salvo en el nombre.

Si bien el término citocina se refiere a todas las moléculas que comunican células inmunitarias entre sí, el nombre quimiocina se usa específicamente para describir la subpoblación de citocinas que comparte el propósito específico de movilizar células inmunitarias desde un órgano, o de hecho, desde una parte de un órgano, hacia otro. Las quimiocinas pertenecen a la clase de moléculas llamadas quimioatrayentes, moléculas que atraen células al influir sobre el montaje, el desmontaje y la contractilidad de proteínas del citoesqueleto y la expresión de moléculas de adhesión de superficie celular. Las quimiocinas atraen células que tienen los receptores de quimiocina apropiados hacia regiones donde la concentración de quimiocina es más alta. Por ejemplo, las quimiocinas son importantes para atraer células del sistema inmunitario innato hacia el sitio de infección, e inducir el movimiento de células T hacia células presentadoras de antígeno en los tejidos linfoides secundarios. Los leucocitos cambian su patrón de expresión de receptores de quimiocina en el transcurso de una respuesta inmunitaria; primero migran hacia los órganos inmunitarios secundarios, en los cuales pasan por diferenciación hacia células efectoras maduras, y después salen hacia los tejidos afectados para combatir la infección, y muestran respuesta a distintos gradientes de quimiocina con cada movimiento. Las quimiocinas también tienen la capacidad de dar instrucción a las células para que alteren sus programas de transcripción (véase más adelante).

La clasificación y nomenclatura de las quimiocinas es más lógica que la de las interleucinas, y se basa en sus estructuras bioquímicas. Aunque las quimiocinas técnicamente caen bajo la clasificación general de “citocinas”, el uso normal está evolucionando de modo que el término “quimiocina” se usa para hacer referencia a moléculas que mueven células inmunitarias de un sitio a otro, y el término “citocina” se emplea cuando se hace referencia a cualquier otra molécula mensajera del sistema inmunitario.

Al igual que todas las moléculas emisoras de señales, las citocinas pueden subclasificarse con base en la distancia entre la célula que secreta el ligando emisor de señales y la célula que recibe esa señal química. Las citocinas que actúan sobre células a cierta distancia de la célula secretora, de modo que deben viajar por el torrente sanguíneo antes de llegar a su blanco, se denominan endocrinas (figura 4-1). Las que actúan sobre células cerca de la célula secretora, de modo que la citocina meramente tiene que difundirse algunos Ångstrom a través de los líquidos tisulares o a través de una sinapsis inmunológica, se denominan paracrinas. A veces, una célula necesita recibir una señal a través de sus propios receptores de membrana desde una citocina que ella misma ha secretado; este tipo de emisión de señales se denomina autocrina. Cabe hacer notar que la interleucina de células T IL-2 actúa efectivamente de los tres modos. A diferencia de las hormonas clásicas, como la insulina y el glucagón, que por lo general actúan a larga distancia de una manera endocrina, muchas citocinas actúan a una corta distancia de una manera autocrina o paracrina.

Este capítulo empieza con una introducción a las propiedades generales de las citocinas y las quimiocinas, lo cual va seguido por una exposición de los receptores y las vías de emisión de señales específicos usados por las seis familias de citocinas y quimiocinas del sistema inmunitario. A continuación, se describen las maneras en las cuales la emisión de señales de citocinas puede ser regulada por antagonistas. Por último, se dirige la atención al papel de las citocinas y las quimiocinas en enfermedad y medicina.

La actividad de las citocinas se reconoció por vez primera a mediados del decenio de 1960-1969, cuando se encontró que sobrenadantes derivados de cultivos in vitro de linfocitos contenían factores solubles, por lo general proteínas o glucoproteínas, que podían regular la proliferación, diferenciación y maduración de células del sistema inmunitario. La producción de estos factores por linfocitos en cultivo se indujo mediante activación con antígenos o con mitógenos (moléculas que inducen división celular, o mitosis) inespecíficos. Empero, el aislamiento y la purificación bioquímicos de citocinas inicialmente quedó obstaculizado debido a sus concentraciones bajas en los sobrenadantes de cultivos, y la falta de sistemas de ensayo bien definidos para citocinas individuales.

El advenimiento de tecnología de hibridoma (capítulo 20) permitió la producción de tumores de células T generados de manera artificial que produjeron de modo constitutivo IL-2, lo que permitió su purificación y caracterización. A continuación, técnicas de clonación de gen desarrolladas durante los decenios de 1970-1979 y 1980-1989 hicieron posible generar citocinas puras al expresar las proteínas provenientes de genes clonados derivados de hibridomas o de leucocitos normales, después de transfección hacia células bacterianas o de levadura. Usando estas preparaciones de citocinas puras, los investigadores lograron identificar líneas de células cuyo crecimiento dependió de la presencia de una citocina particular, lo que les proporcionó sistemas de ensayo de citocinas biológicos. Desde entonces, anticuerpos monoclonales específicos para muchas citocinas han hecho posible desarrollar inmunoensayos específicos para citocina, cuantitativos, rápidos. Los ensayos elisa miden las concentraciones de citocinas en solución, los ensayos Elispot cuantifican las citocinas secretadas por células individuales, y pueden usarse anticuerpos específicos para citocinas a fin de identificar células secretoras de citocinas usando tinción de citocina intracelular seguida por citometría de flujo o microscopia de inmunofluorescencia (capítulo 20).

Las citocinas median la activación, proliferación y diferenciación de células blanco

Las citocinas se unen a receptores específicos sobre las membranas de células blanco, y desencadenan vías de transducción de señal que finalmente alteran la actividad enzimática y la expresión génica (figura 4-2). La susceptibilidad de una célula blanco a una citocina particular está determinada por la presencia de receptores de membrana específicos. En general, las citocinas y sus receptores por completo ensamblados muestran afinidad muy alta una por otra; las constantes de disociación para citocinas y sus receptores varían de 10^–8 a 10^–12 M^–1. Puesto que sus afinidades de receptor son tan altas, y dado que las citocinas a menudo son secretadas en estrecha proximidad a sus receptores, de modo que la concentración de citocina no es diluida por difusión (como se menciona en el capítulo 3), la secreción de muy pocas moléculas de citocina puede mediar efectos biológicos poderosos.

Las citocinas regulan la intensidad y la duración de la respuesta inmunitaria al estimular o inhibir la activación, proliferación, o diferenciación (o varios de estos factores a la vez) de diversas células, al regular la secreción de otras citocinas o de anticuerpos, o en algunos casos al, en realidad, inducir muerte celular programada en la célula blanco. Además, las citocinas pueden modular la expresión de diversos receptores de superficie celular para quimiocinas, otras citocinas o incluso para sí mismas. De este modo, las citocinas secretadas por incluso un número pequeño de linfocitos activados por antígeno pueden influir sobre la actividad de muchos tipos diferentes de células involucradas en la respuesta inmunitaria.

Las citocinas muestran los atributos de pleiotropía, redundancia, sinergismo, antagonismo e inducción de cascada (figura 4-3), que les permiten regular la actividad celular de una manera coordinada, interactiva. Se dice que una citocina que induce diferentes efectos biológicos dependiendo de la naturaleza de las células blanco tiene una acción pleiotrópica, mientras que se afirma que dos o más citocinas que median funciones similares son redundantes. La sinergia de citocina ocurre cuando el efecto combinado de dos citocinas sobre la actividad celular es mayor que los efectos aditivos de las citocinas individuales. En algunos casos, los efectos de una citocina inhiben o antagonizan los efectos de otra. La inducción de cascada ocurre cuando la acción de una citocina sobre una célula blanco induce a esa célula para que produzca una o más citocinas adicionales.

Las citocinas tienen muchas funciones biológicas

Si bien diversas células pueden secretar citocinas que dan instrucciones al sistema inmunitario, los principales productores son células T_H, células dendríticas y macrófagos. Las citocinas liberadas a partir de estos tipos de células son capaces de activar redes enteras de células que interactúan (figura 4-4). Entre las muchas respuestas fisiológicas que requieren la participación de citocinas están la generación de respuestas inmunitarias celulares y humorales, la inducción de la respuesta inflamatoria, la regulación de la hematopoyesis y la cicatrización de heridas.

El número total de proteínas con actividad de citocina conocidas aumenta a diario conforme continúa la investigación para descubrir nuevas citocinas. En el cuadro 4-1 se resumen las actividades de algunas citocinas que se encuentran comúnmente. En el apéndice II se presenta una lista expandida de citocinas. Con todo, note que muchas de las funciones listadas se han identificado a partir de análisis de los efectos de citocinas recombinantes, a veces añadidas solas a sistemas in vitro a concentraciones no fisiológicas. In vivo, las citocinas rara vez actúan solas, si es que alguna vez lo hacen. En lugar de eso, una célula blanco queda expuesta a un medio que contiene una mezcla de citocinas cuyos efectos sinérgicos o antagonistas combinados pueden tener una amplia variedad de consecuencias. Además, como se ha aprendido, las citocinas a menudo inducen la síntesis de otras citocinas, lo que da lugar a cascadas de actividad.

Las citocinas pueden desencadenar y apoyar la activación de subpoblaciones de células T específicas

Las células T auxiliares (cooperadoras) pueden clasificarse en subpoblaciones, cada una de las cuales se encarga de apoyar un grupo diferente de funciones inmunitarias (capítulos 2 y 11). Por ejemplo, las células T_H1 secretan citocinas que promueven la diferenciación y la actividad de macrófagos y células T citotóxicas lo que, así, lleva a una respuesta inmunitaria principalmente citotóxica, en la cual las células que han sido infectadas por virus y bacterias intracelulares son reconocidas y destruidas. Las citocinas IL-12 e interferón (IFN) γ inducen diferenciación T_H1. En contraste, las células T_H2 activan células B para que sinteticen anticuerpos, que neutralizan agentes patógenos extracelulares y se unen a los mismos, y los hacen susceptibles a la fagocitosis y lisis mediada por complemento. IL-4 e IL-5 apoyan la generación de células T_H2. Las células T_H17 promueven la diferenciación de macrófagos y neutrófilos activados, y apoyan el estado inflamatorio; su generación es inducida por IL-17 e IL-23. Por ende, la diferenciación y actividad de cada subpoblación de células T distintiva son apoyadas por la unión de diferentes combinaciones de citocinas a receptores de superficie de célula T; cada combinación de citocina induce su propia gama característica de señales intracelulares, y envía a la célula T auxiliar por una vía de diferenciación particular.

La activación celular puede alterar la expresión de receptores y moléculas de adhesión

La capacidad de las citocinas para activar casi todos los miembros de subpoblaciones de células inmunitarias particulares, si no es que todos, parece estar en conflicto con la especificidad establecida del sistema inmunitario. Por ejemplo, ¿qué evita que las citocinas activen todas las células T de una manera inespecífica durante la respuesta inmunitaria?

Para que una célula responda a una molécula emisora de señales, debe expresar receptores para esa molécula y, así, la capacidad de respuesta a una señal molecular puede ser controlada mediante expresión de receptor de señal. Por ejemplo, la estimulación de una célula T por antígeno induce alteraciones en la expresión de receptores de citocina en la superficie de la célula T; por ende, la recepción de señales de quimiocina por medio de estos receptores instruye sólo a las células que previamente han sido activadas por antígeno a migrar hacia ganglios linfáticos cercanos o hacia el bazo. Además, los cambios, inducidos por activación, en las moléculas de adhesión que se expresan sobre la membrana celular aseguran que las células estimuladas migren hacia, y después permanezcan en, la ubicación más idónea para su función. La activación de célula T por antígeno también regula en dirección ascendente la expresión de los receptores para citocinas que proporcionan señales proliferativas, como IL-2 (capítulo 3), y para citocinas que participan en la diferenciación, como IL-4. De esta manera, después del encuentro con antígeno, sólo las células T que han sido activadas por antígeno están preparadas para reubicarse y para recibir las señales para la proliferación y diferenciación que necesitan para funcionar como una célula efectora inmunitaria madura. Este patrón de alteración inducida por activación en la expresión de moléculas de adhesión, receptores de quimiocina y receptores de citocina en la superficie celular es una estrategia común empleada por el sistema inmunitario.

Las citocinas están concentradas entre células secretoras y blanco

Durante el proceso de activación de célula T por una célula dendrítica presentadora de antígeno, o de activación de célula B por una célula T cognada, los pares de células respectivos son mantenidos en estrecha yuxtaposición durante muchas horas (capítulo 14). Durante ese periodo, las células liberan citocinas que se unen a receptores relevantes sobre la superficie de la célula socia, si alguna vez entran a la circulación general. Además, durante este periodo de contacto estrecho entre una célula y otra, el aparato secretor de la célula estimulante está orientado de modo que las citocinas son liberadas exactamente en la región de la membrana celular que se encuentra en contacto más estrecho con la célula receptora (figura 3-4). La naturaleza estrecha de la interacción célula-célula, y la liberación direccional de citocinas por el aparato secretor significan que la concentración efectiva de citocinas en la región de los receptores de membrana puede ser de órdenes de magnitud más altos que la que se experimenta fuera de la región de contacto de las dos células. Así, las exposiciones sobre la afinidad del receptor de membrana y concentraciones de citocina dentro de líquidos tisulares siempre deben tener en cuenta los aspectos biológicos del sistema que está respondiendo y la distribución espacial de las interacciones celulares involucradas. Además, la vida media de las citocinas en el torrente sanguíneo o en otros líquidos extracelulares hacia los cuales son secretadas generalmente es muy breve, lo cual asegura que las citocinas por lo general sólo actúen durante un tiempo limitado y en una distancia corta.

La señalización por medio de receptores múltiples puede afinar una respuesta celular

La emisión de señales de citocinas y quimiocinas en la respuesta inmunitaria puede ser una cuestión notoriamente compleja, y en ocasiones redundante. Las moléculas efectoras, como las citocinas, pueden unirse a más de un receptor, y los receptores pueden unirse a más de una molécula emisora de señales. En ninguna parte este último concepto está más claramente ilustrado que en el sistema de quimiocinas, en el cual aproximadamente 20 receptores se unen a cerca de 50 quimiocinas distintas (apéndice III). La señalización de moléculas efectoras también puede cooperar con la emisión de señales por medio de receptores específicos para antígeno. Entonces, las señales recibidas por medio de más de un receptor deben ser integradas en el ámbito de la respuesta biológica; múltiples vías actúan para afinar en dirección ascendente o descendente la expresión de factores de transcripción particulares o la actividad de enzimas particulares. Así, la respuesta biológica real montada por una célula ante una señal química particular no sólo depende de la naturaleza del receptor individual para esa señal, sino también de todos los adaptadores y enzimas torrente abajo presentes en la célula receptora.

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.

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.

Las citocinas de la familia IL-1 promueven señales proinflamatorias

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.

Citocinas de la familia de la IL-1

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).

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 T_H2 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.

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).

Receptores de la familia de citocinas IL-1

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).

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.

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).

Señalización a partir de receptores de IL-1

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.

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.

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.

Las citocinas de la familia de la hematopoyetina (clase I) comparten motivos estructurales tridimensionales, pero inducen diversas funciones en las células blanco

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.

Citocinas de la familia de la hematopoyetina (clase I)

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.

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.

La familia de receptores de hematopoyetina o clase I

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.

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.

La superfamilia que porta cadena γ, o receptor de IL-2

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.

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.

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.

La subfamilia de receptor que poseen cadena β o de gm-csf

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).

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.

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).

La subfamilia de receptor de gp130

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 T_H1. 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.

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.

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.

La familia de citocinas interferón (clase II) fue la primera en descubrirse

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.

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.

Interferones

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.

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.

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 T_H1, 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.

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.

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.

Receptores de interferón

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.

La vía de emisión de señales jak-stat

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.

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):

• 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.

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).

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.

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.

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.

Los miembros de la familia de citocinas TNF pueden emitir señales para desarrollo, activación o muerte

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.

Citocinas de la familia del TNF pueden ser solubles o estar unidas a membrana

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.

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.

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.

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).

Receptores de tnf

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.

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.

Señalización por medio de receptores de la superfamilia del tnf

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.

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.

Señalización por medio del receptor Fas

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.

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.

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.

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”.

Señalización por medio del receptor TNF-R1

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.

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.

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?

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.

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.

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.

La familia de la IL-17 es una agrupación de citocinas proinflamatorias recién descubierta

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?

Citocinas IL-17

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 T_H17, 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 T_H2 antiinflamatoria, mientras que suprime más las respuestas de células T_H17, en lo que asciende a un asa de retroacción negativa.

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.

Los receptores de la familia de la IL-17

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.

Emisión de señales por medio de receptores de IL-17

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

Las quimiocinas dirigen la migración de leucocitos por el cuerpo

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.

Estructura de las quimiocinas

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.

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.

Receptores de quimiocina

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.)

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.

Señalización por medio de receptores de quimiocina

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.

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.

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).

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.

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.

Se han reportado varias proteínas que inhiben la actividad biológica de citocinas. Estas proteínas actúan de dos maneras: se unen directamente a un receptor de citocina pero no activan la célula lo que, así, bloquea la unión de la citocina activa, o se unen de modo directo a la citocina misma, e inhiben su capacidad para unirse al receptor cognado. En esta sección se describen algunos antagonistas de citocina presentes de manera natural, que modulan y refinan la potencia de respuestas a citocinas particulares, así como las maneras en las cuales diversos agentes patógenos han secuestrado respuestas de citocinas para sus propios fines.

El antagonista del receptor de IL-1 bloquea el receptor de citocina IL-1

El inhibidor de citocina mejor caracterizado es el antagonista del receptor de IL-1 (IL-1Ra), que se une al receptor de IL-1 pero no desencadena activación de la vía de señalización (véase antes). Como se describió, la ligadura de IL-1Ra al receptor de IL-1 bloquea la unión tanto de IL-1α como de IL-1β, lo que explica sus propiedades inhibidoras. El IL-1Ra es sintetizado por las mismas células que secretan IL-1α e IL-1β y su síntesis en el hígado es regulada en dirección ascendente en condiciones inflamatorias, junto con la de IL-1. Hay varios modelos en animales y en seres humanos en los cuales la concentración de IL-1Ra está naturalmente reducida, y los seres humanos que portan un alelo que disminuye la expresión de IL-1Ra sufren artritis y varias otras enfermedades autoinmunitarias. Esta observación sugiere que la función normal de IL-1Ra es proporcionar al huésped un medio con el cual modular el número de receptores que son capaces de montar una respuesta fisiológica a la IL-1. Dados los efectos fuertemente proinflamatorios de la IL-1, tiene sentido que las respuestas a esta potente citocina deben estar controladas cuidadosamente. De hecho, en sistemas biológicos se nota bastante a menudo que un proceso —si tiene el potencial de llevar a consecuencias perjudiciales para el organismo— está sujeto a varios medios de regulación.

Se ha usado en clínica IL-Ra recombinante bajo el nombre anakrina, para el tratamiento de la artritis reumatoide. Investigaciones de cómo las células controlan el equilibrio de secreción de IL-1 y de IL-1Ra aún se encuentran en proceso, pero estudios preliminares sugieren que la activación de diferentes isoformas de PI3 cinasa puede desempeñar un papel importante en la determinación de las cantidades relativas de IL-1 e IL-1Ra que son secretadas por un monocito estimulado.

Los antagonistas de citocina pueden derivarse de división del receptor de citocina

Algunos antagonistas solubles presentes de manera natural surgen a partir de ruptura enzimática de los dominios extracelulares de receptores de citocina. Estos componentes de receptores solubles pueden competir con el receptor unido a membrana por la unión a citocina y, así, modular en dirección descendente la respuesta de citocina potencial. El mejor caracterizado de los receptores de citocina solubles consta de un segmento que contiene los 192 aminoácidos amino terminal de la subunidad IL-2Rα (CD25), que es liberada por división proteolítica, lo cual forma un receptor de IL-2 soluble, de 45 kDa (sIL-2R o sCD25). El receptor desprendido retiene su capacidad para unirse a IL-2 y, por ende, puede evitar la interacción productiva de la citocina con el receptor de IL-2 unido a membrana.

El origen del sIL-2R aún es tema de debate. A últimas fechas, se ha mostrado que células T reguladoras, que expresan cifras altas de CD25 sobre sus superficies de membrana, liberan sIL-2R en el momento de la activación. Dado que estas células T desempeñan la función de regular en dirección descendente respuestas inmunitarias en proceso, se ha sugerido que los receptores de IL-2 solubles tal vez desempeñen la función fisiológica de absorber IL-2 excesiva y, así, reducir la cantidad de la citocina que está disponible para células T efectoras irrelevantes o incluso para células T efectoras que compiten. El receptor de IL-2 soluble también se encuentra en el suero y en los líquidos corporales de pacientes que sufren diversas enfermedades malignas hematológicas (cánceres de células sanguíneas), y la concentración alta de sIL-2R en la sangre se correlaciona con un pronóstico ominoso de la enfermedad. Empero, queda por resolverse el tema de si el sIL-2R es liberado a partir de las células tumorales en sí, o de células T reguladoras que pueden estar actuando para disminuir la respuesta antitumoral del huésped.

Algunos virus han desarrollado estrategias para explotar la actividad de citocinas

Los antagonistas de citocina antes descritos se derivan del sistema inmunitario propio de un organismo. Con todo, como suele suceder en inmunología, algunos agentes patógenos han adquirido por evolución maneras en las cuales evadir respuestas de citocinas, al imitar moléculas y vías usadas por el huésped. La evolución de estrategias anticitocina por microbios patógenos proporciona evidencia biológica de cuán importantes son las citocinas en la organización y la promoción de respuestas inmunitarias antimicrobianas eficaces. Las que siguen figuran entre las diversas estrategias anticitocina usadas por virus:

• La generación de productos virales que interfieren con la secreción de citocina

• La generación de homólogos de citocina que compiten con citocinas naturales e inhiben respuestas antivirales

• La producción de proteínas de unión a citocina solubles

• La expresión de homólogos de receptores de citocina

• La generación de productos virales que interfieren con la emisión de señales intracelulares

• La inducción de inhibidores de citocina en la célula huésped

Por ejemplo, el virus de Epstein-Barr (ebv) produce una molécula parecida a IL-10 (IL-10 viral o vIL-10) que se une al receptor de IL-10. Del mismo modo que la IL-10 derivada del huésped, este homólogo viral suprime respuestas mediadas por células tipo T_H1 que de otro modo serían eficaces para combatir una infección viral. Otras imitaciones de citocina producidas por virus les permiten manipular el sistema inmunitario de maneras alternativas que ayudan a la supervivencia del agente patógeno. Por ejemplo, el ebv produce un inductor de IL-1Ra, el antagonista del huésped de IL-1. También se ha mostrado que los poxvirus codifican para una proteína soluble de unión a tnf y una proteína soluble de unión a IL-1 que bloquean la capacidad de las citocinas unidas para desencadenar una respuesta. Dado que tanto el TNF-α como la IL-1 son cruciales para las fases tempranas de una respuesta inflamatoria, antiviral, estas proteínas solubles de unión a citocina quizá concedan a los virus una ventana de tiempo aumentada durante la cual replicarse.

Aún otros virus producen moléculas que inhiben la producción de citocinas. Un ejemplo de ese tipo es la proteína modificadora de la respuesta a citocina (Crm) del virus de la viruela bovina, que inhibe la producción de caspasa-1 y, por ende, evita el procesamiento de proteínas precursoras de IL-1. Por último, algunos virus producen quimiocinas solubles y proteínas de unión a quimiocina que interfieren con el tráfico normal de células inmunitarias, y permiten que los virus productores y las células infectadas por virus evadan una respuesta inmunitaria. En el cuadro 4-6 se listan varios productos virales que inhiben citocinas, quimiocinas y sus actividades.

Los defectos en las complejas redes reguladoras que rigen la expresión de citocinas y receptores de citocina, han quedado implicados en varias enfermedades. Los defectos genéticos en citocinas, sus receptores, o las moléculas involucradas en la transducción de señal dirigida por citocina, llevan a inmunodeficiencias como las que se describen en el capítulo 18. Otros defectos en la red de citocinas pueden causar una incapacidad para defenderse contra familias específicas de agentes patógenos. Por ejemplo, las personas que tienen un receptor defectuoso para IFN-γ son susceptibles a infecciones por micobacterias que rara vez ocurren en la población general. Además de las enfermedades que dependen de defectos genéticos de la actividad de citocinas, varios otros estados patológicos se producen por sobreexpresión o expresión insuficiente de citocinas o de receptores de citocina. A continuación se dan varios ejemplos de estas enfermedades, seguidos por una descripción de las terapias dirigidas a prevenir el daño potencial causado por actividad de citocina.

El choque séptico es relativamente común y en potencia mortal

A pesar del uso difundido de antibióticos, las infecciones bacterianas persisten como una causa importante de choque séptico, que puede aparecer algunas horas después de infección por ciertas bacterias, entre ellas Staphylococcus aureus, E. coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter aerogenes y Neisseria meningitidis.

El choque séptico bacteriano es una de las afecciones que caen bajo el encabezado general de sepsis. La sepsis, a su vez, puede originarse no sólo por infección bacteriana, sino también por traumatismo, lesión, isquemia (decremento del riego sanguíneo a un órgano o un tejido), y ciertos cánceres. La sepsis es la causa más común de muerte en unidades de cuidado intensivo de Estados Unidos, y es la decimotercera causa principal de muerte en dicho país. Una característica común de la sepsis, independientemente de la causa subyacente, es una producción abrumadora de citocinas proinflamatorias e inductoras de fiebre, como TNF-α e IL-1β. El desequilibrio de citocina induce temperatura corporal anormal, alteraciones de la frecuencia respiratoria, y recuentos leucocitarios altos, seguidos por escape capilar, lesión de tejido, coagulación diseminada de sangre, e insuficiencia orgánica mortal.

El choque séptico bacteriano a menudo aparece porque endotoxinas de la pared de la célula bacteriana se unen a receptores de agente patógeno del sistema inmunitario innato, como los receptores tipo Toll (capítulo 5), sobre células dendríticas y macrófagos, lo que hace que produzcan IL-1 y TNF-α a concentraciones que llevan a permeabilidad capilar patológica y disminución de la presión arterial. En ausencia de infección bacteriana alguna, puede producirse una enfermedad que semeja choque séptico bacteriano simplemente al inyectar TNF-α recombinante en ratones. Varios estudios ofrecen esperanza de que neutralizar la actividad del TNF-α o de la IL-1 con anticuerpos monoclonales o antagonistas evitará la aparición de choque mortal. En una investigación de ese tipo, anticuerpos monoclonales contra el TNF-α protegieron a animales contra choque inducido por endotoxina. En otra, la inyección de un antagonista recombinante de receptor de IL-1 (IL-1Ra), que evita la unión de IL-1 al receptor de IL-1 como se describió, dio lugar a una reducción de tres veces de la mortalidad.

Aun así, la neutralización del TNF-α no revierte la progresión del choque séptico en todos los casos, y los anticuerpos contra TNF-α generan poco beneficio para pacientes que tienen enfermedad avanzada. En estudios recientes en los cuales se dio seguimiento con el tiempo a los perfiles de citocina de pacientes que presentaban choque séptico, se aclaró esta paradoja aparente.

Los incrementos de TNF-α e IL-1β ocurren con rapidez en etapas tempranas de la sepsis, de modo que la neutralización de estas citocinas es más beneficiosa al principio del proceso. De hecho, en experimentos en animales, la intervención temprana puede prevenir sepsis del todo. De cualquier modo, alrededor de 24 h después del inicio de sepsis, las concentraciones de TNF-α e IL-1β disminuyen de manera notoria y otros factores adquieren más importancia. Las citocinas cruciales en las etapas más tardías de la sepsis son IL-6, mif y CCL-8. La sepsis persiste como un área de investigación intensa, y puede esperarse que en el futuro cercano el esclarecimiento del proceso involucrado en el choque séptico bacteriano y otras formas de sepsis lleve a avances en terapias para este importante asesino.

El choque tóxico bacteriano se origina por inducción por superantígenos de la secreción de citocinas por células T 

Diversos microorganismos producen toxinas que actúan como superantígenos; estos últimos se unen a moléculas del mhc clase II en un sitio en la molécula del mhc que está fuera del surco normalmente ocupado por péptidos antigénicos (figura 11-6; capítulos 9 y 11). A continuación se unen a una parte de la cadena Vβ del receptor de célula T que está fuera del sitio normal de unión a antígeno, y esta unión es suficiente para desencadenar activación de células T. Esto significa que un superantígeno dado puede activar de manera simultánea todas las células T que portan un dominio Vβ particular. Debido a su habilidad de unión singular, los superantígenos pueden activar grandes números de células T independientemente de la especificidad antigénica de su sitio de unión a antígeno canónico.

Aunque menos de 0.01% de las células T muestra respuesta a un antígeno convencional dado (capítulo 11), 5% o más de la población de células T puede mostrar respuesta a un superantígeno dado. Los superantígenos bacterianos han quedado implicados como el agente causal de varias enfermedades, como choque tóxico bacteriano e intoxicación alimentaria. Estos superantígenos bacterianos incluyen varias endotoxinas, toxinas exfoliantes y la toxina del síndrome de choque tóxico (TSST1) proveniente de Staphylococcus aureus; endotoxinas pirógenas provenientes de Streptococcus pyogenes, y sobrenadante de Mycoplasma arthritidis (mas). El gran número de células T activadas por estos superantígenos da lugar a producción excesiva de citocinas; por ejemplo, se ha mostrado que la TSST1 induce concentraciones en extremo altas de TNF-α e IL-1β. Al igual que en el choque séptico bacteriano, estas concentraciones altas de citocinas pueden inducir reacciones sistémicas que incluyen fiebre, coagulación diseminada de sangre, y choque.

Además de las enfermedades antes descritas, en las cuales las citocinas o sus receptores están implicados de manera directa, información reciente ha indicado la importancia de la participación de citocinas en la más importante crisis de salud pública que afecta en la actualidad al mundo desarrollado: la incidencia creciente de diabetes tipo 2. En el recuadro 4-4 se describen las funciones del TNF-α y de la IL-6 en la inducción de esta enfermedad y en el mantenimiento de la misma.

La actividad de citocinas está implicada en cánceres linfoides y mieloides

Anormalidades de la producción de citocinas o sus receptores se han asociado con algunos tipos de cáncer. Por ejemplo, células de mixoma cardiaco (un tumor benigno del corazón), mieloma y plasmacitoma, así como células de cáncer cervical y vesical, secretan cifras anormalmente altas de IL-6. La IL-6 parece operar de una manera autocrina para estimular la proliferación celular en las células de mieloma y plasmacitoma. Cuando se añaden anticuerpos monoclonales contra IL-6 a cultivos in vitro de células de mieloma, su crecimiento es inhibido. En contraste, se ha encontrado que ratones transgénicos que expresan cifras altas de IL-6 muestran una proliferación masiva y mortal de células plasmáticas, lo que se llama plasmacitosis. Además, como se describió, en pacientes que sufren diversos cánceres de células sanguíneas se encuentra concentración sérica alta del sIL-2R, que puede obstaculizar una respuesta antitumoral vigorosa.

Las tormentas de citocinas pueden haber causado muchas muertes durante la epidemia de gripe española de 1918

En ocasiones, una infección en particular virulenta puede inducir la secreción de concentraciones en extremo altas de citocinas, que a continuación producen retroacción sobre las células inmunitarias para desencadenar la secreción de aún más citocinas. En circunstancias normales, estas asas de retroacción positivas representan modos eficaces de amplificación inmunitaria; por lo general son ellas mismas mantenidas a raya mediante mecanismos inmunitarios que se regulan por sí mismos, como la activación de células T reguladoras (capítulo 11). Aun así, algunos virus causan una respuesta exagerada localizada, lo que da lugar a la secreción de cifras extraordinariamente altas de citocinas. Si esto ocurre en los pulmones, por ejemplo, la hinchazón, la inflamación y el incremento de la permeabilidad capilar localizados pueden llevar a la acumulación de líquidos y leucocitos que bloquean las vías respiratorias, lo que causa exacerbación de síntomas, o incluso la muerte, antes de que puedan controlarse las concentraciones de citocina. No está claro por qué algunos virus inducen estas tormentas de citocinas y otros no.

Documentos históricos que detallan los síntomas de la gripe española de 1918 sugieren que lo más probable es que las muertes masivas asociadas con esa pandemia se produjeron por tormenta de citocinas, y hay alguna evidencia de que la epidemia de síndrome respiratorio agudo grave (sars) de 1993 puede haber causado una secreción de citocinas por células inmunitarias similar, no regulada. Los cirujanos de trasplante también observan este fenómeno en ocasiones cuando leucocitos asociados con un injerto —a menudo un trasplante de médula ósea— montan una respuesta inmunitaria contra el huésped. Aún se están desarrollando tratamientos eficaces para pacientes que están pasando por tormentas de citocina. En la actualidad, se ofrecen a los pacientes medicamentos antiinflamatorios esteroideos y no esteroideos, pero se están probando otros fármacos que están dirigidos de manera más específica a la reducción de la secreción de citocina, o a la actividad de esta última, o a ambas.

La disponibilidad de citocinas clonadas purificadas, anticuerpos monoclonales dirigidos contra citocinas, y receptores de citocina solubles ofrece la posibilidad de terapias clínicas específicas para modular la respuesta inmunitaria. Se han usado en clínica citocinas como interferones (véase el recuadro 4-2, Enfoque clínico), factores estimulantes de colonias, como el G-CSF, e IL-2. Además, varios agentes que bloquean de manera específica los efectos proinflamatorios del TNF-α han resultado tener utilidad terapéutica en ciertas enfermedades. De manera específica, el receptor de TNF-α soluble (Enbrel) y anticuerpos monoclonales contra el TNF-α (Remicade y Humira) se han usado para tratar artritis reumatoide y espondilitis anquilosante en más de un millón de pacientes. Estos fármacos anti-TNF-α reducen cascadas de citocinas proinflamatorias; ayudan a aliviar dolor, rigidez e hinchazón articular, y promueven la cicatrización y la reparación de tejido. Además, como se describió, se ha mostrado que la forma recombinante de IL-1Ra —anakinra (Kineret)— es relativamente eficaz en el tratamiento de artritis reumatoide. Anticuerpos monoclonales dirigidos contra la cadena α del IL-2R —basiliximab (Simulect) y daclizumab (Zenapax)— también se encuentran en uso clínico para la prevención de reacciones de rechazo de trasplante.

Independientemente de lo potentes que puedan ser estos agentes, interferir con la evolución normal de la respuesta inmunitaria conlleva sus propios peligros intrínsecos. La actividad reducida de citocina trae consigo un riesgo aumentado de infección y enfermedad maligna, y la frecuencia de linfoma es más alta en pacientes que son usuarios a largo plazo de los fármacos bloqueadores de TNF-α de primera generación.

Además, los problemas técnicos encontrados en la adaptación de citocinas para uso médico rutinario y seguro están lejos de ser triviales. Como se describió, durante una respuesta inmunitaria, células que están interactuando pueden producir concentraciones locales en extremo altas de citocinas en la vecindad de células blanco, pero cuando las citocinas deben administrarse por vía sistémica es difícil alcanzar concentraciones tan altas durante un periodo importante en clínica. Además, muchas citocinas tienen una vida media muy breve —la IL-2 humana recombinante tiene una vida media de sólo 7 a 10 min cuando se administra por vía intravenosa—, de modo que puede requerirse administración frecuente. Por último, las citocinas son modificadoras en extremo potentes de la respuesta biológica, y pueden causar efectos secundarios impredecibles e indeseables. Los efectos secundarios de la administración de IL-2 recombinante, por ejemplo, varían desde leves (p. ej., fiebre, escalofríos, diarrea y aumento de peso) hasta graves (p. ej., anemia, trombocitopenia, choque, dificultad respiratoria y coma).

El uso de citocinas y de terapias anticitocina en medicina clínica se muestra muy promisorio, y continúan los esfuerzos por desarrollar estrategias seguras y eficaces relacionadas con citocina, particularmente en las áreas de la medicina que hasta ahora han sido resistentes a métodos más convencionales, como la inflamación, el cáncer, el trasplante de órgano y la enfermedad alérgica crónica.

• Las citocinas son proteínas que median las funciones efectoras del sistema inmunitario.

• Casi todas las citocinas son proteínas solubles, pero algunas —por ejemplo, miembros de la familia del tnf— pueden expresarse en una forma unida a membrana.

• Algunas citocinas son secretadas después de estimulación del sistema inmunitario innato (p. ej., IL-1, TNF-α, CXCL8), mientras que otras son secretadas por los linfocitos T y B del sistema inmunitario adaptativo (IL-2, IL-4, IL-17).

• Las citocinas se unen a receptores sobre la membrana plasmática, y desencadenan sus efectos por medio de la activación de una cascada de señalización intracelular.

• Las citocinas pueden producir alteraciones en las capacidades de diferenciación, proliferación y supervivencia de sus células blanco.

• Las citocinas muestran las propiedades de redundancia, pleiotropía, sinergia, antagonismo e inducción de cascada.

• Las cifras de expresión de receptores de citocina sobre la superficie celular pueden cambiar de acuerdo con el estado de activación de una célula.

• Hay seis familias de citocinas con receptores asociados, que se distinguen con base en las estructuras de las citocinas y las moléculas de receptor, y en la naturaleza de sus vías de emisión de señales.

• Los miembros de la familia de la IL-1 interactúan con receptores diméricos para inducir respuestas que son principalmente proinflamatorias. Las respuestas fisiológicas a algunos miembros de la familia de la IL-1 son moduladas por la presencia de formas solubles de los receptores y proteínas de unión a citocina solubles.

• La familia de la hematopoyetina (citocina clase I) es la familia de citocinas más grande, y sus miembros median efectos diversos, entre ellos proliferación, diferenciación y secreción de anticuerpos. Los miembros de la familia de la hematopoyetina comparten una estructura de fascículo de cuatro hélices.

• Los receptores para citocinas de la familia de la hematopoyetina se clasifican en tres subgrupos —los receptores γ, β o gp130—, cada uno de los cuales comparte una cadena de señalización común.

• La familia del interferón (citocina clase II) incluye los interferones tipo I (interferón α e interferón β), que fueron las primeras citocinas que se descubrieron y median respuestas antivirales.

• Los interferones tipo II (interferón γ) activan macrófagos, interactúan con células del sistema inmunitario adaptativo, y apoyan la generación de células T_H1.

• La familia de citocinas tnf actúa como trímeros, y puede ocurrir en forma soluble o unida a membrana.

• El FasL, un miembro de la familia del tnf, interactúa con su receptor, Fas, para estimular la apoptosis en la célula receptora. Esta interacción es importante al final de la respuesta inmunitaria.

• El tnf interactúa con el receptor TNF-R1 sobre la superficie de la célula para inducir apoptosis o supervivencia, dependiendo del ambiente fisiológico.

• La familia de citocinas IL-17 se ha definido en fecha bastante reciente y sus miembros tienen acción principalmente proinflamatoria.

• Las quimiocinas actúan sobre receptores acoplados a gpcr para promover la quimioatracción, el movimiento de células del sistema inmunitario hacia adentro, dentro y fuera de órganos linfoides.

• Inhibidores de la función de citocinas que se presentan de manera natural, y derivados de patógeno, pueden modular su actividad in vivo.

• Las cifras de citocinas inflamatorias, como IL-1, IL-6 y tnf, pueden estar aumentadas en ciertos estados morbosos, como artritis reumatoide, y esas enfermedades son susceptibles a tratamiento con fármacos que inhiben las actividades de citocinas.

Sitios web útiles

www.invitrogen.com

www.miltenyibiotec.com/cytokines

www.prospecbio.com/Cytokines

www.peprotech.com

www.rndsystems.com Muchas compañías que venden citocinas recombinantes o productos relacionados con citocina proporcionan información útil en sus sitios web, o impresa. Las anteriores son algunas en particular útiles.

www.jakpathways.com/understandingjakpathways Una útil animación de la emisión de señales JAK-STAT.

www.youtube.com/watch?v=ZUUfdP87Ssg&feature=related Una película de quimiotaxis maravillosa.

www.youtube.com/watch?v = EpC6G_DGq kl&feature= related Una sorprendente película de un neutrófilo persiguiendo una bacteria.

www.youtube.com/watch?v=K1LJl3NwmpU Un número creciente de animaciones médicas está disponible en YouTube; ésta muestra un macrófago reconociendo un agente patógeno y liberando citocinas en respuesta.

www.netpath.org Un grupo conservado de vías, con información sobre proteínas que interactúan. Se incluyen muchas vías de interleucina.

1. Distinga entre una hormona, una citocina, una quimiocina y un factor de crecimiento. ¿Qué atributos funcionales comparten y cuáles propiedades pueden usarse para distinguir entre ellos?

2. La medición de la concentración en sangre de una citocina particular revela que rara vez está presente por arriba de 10^–10 M, incluso bajo las condiciones de una respuesta inmunitaria en proceso. No obstante, cuando usted mide la afinidad del receptor cognado, descubre que su constante de disociación es de cerca de 10^–8 M, lo que implica que la ocupación del receptor rara vez debe exceder 1%. ¿Cómo explica esta discrepancia?

3. Describa cómo la dimerización y fosforilación de moléculas de señalización intracelulares contribuyen a la activación de células por citocinas tipo 1.

4. Defina los términos pleiotropia, sinergia, redundancia, antagonismo e inducción de cascada, según se aplican a la acción de citocina.

5. ¿De qué modo la recepción de una señal de citocina podría dar lugar a alteración de la ubicación de un linfocito?

6. Las citocinas que emiten señales por medio de los receptores de citocina clase I pueden competir entre sí, aun cuando las unidades de reconocimiento del receptor son distintas. Explique.

7. Describa un mecanismo mediante el cual los interferones tipo I “interfieren” con la producción de nuevas partículas virales.

8. La señalización por el factor de necrosis tumoral puede llevar paradójicamente a activación celular o a muerte celular. Explique cómo, al dibujar diagramas de las vías de emisión de señales importantes.

9. Describa dos ejemplos de maneras en las cuales los vertebrados afinan en dirección descendente la intensidad de su propia señalización de citocina.

10. a. La citocina IL-12 es capaz de activar todas las células T para que proliferen y se diferencien. ¿De qué modo el sistema inmunitario se asegura de que sólo las células T que han sido estimuladas por antígeno sean susceptibles a la señalización de IL-2?

    b. El diagrama que sigue representa los resultados de un experimento de citometría de flujo en el cual células de bazo de ratón se tiñeron con anticuerpos dirigidos contra distintos componentes del IL-2R. Cuanto más anticuerpo se une a las células, más se mueven a lo largo del eje relevante. El número de células teñidas con anticuerpos anti-βγ IL-2R conjugados con fluoresceína se muestran a lo largo del eje X del gráfico de citometría de flujo, y células que se tiñen con anticuerpos marcados con ficoeritrina contra la subunidad α del receptor de IL-2 se mueven a lo largo del eje Y. Para referencia del lector se ha dibujado un círculo que representa células que no se tiñen con ni uno ni otro anticuerpo.

    En este gráfico, dibuje, como círculos, y marque dónde esperaría encontrar las poblaciones que representan células no estimuladas y células T después de activación por antígeno, después de tratamiento con las dos etiquetas fluorescentes antes descritas.

    

1. Las cuatro son moléculas emisoras de señales químicas, que a menudo, mas no siempre, son proteínas. Suministran un mensaje a una segunda célula, que causa cambios fisiológicos en la segunda, célula blanco, que debe portar receptores que son específicos para la molécula emisora de señales. Los factores de crecimiento a menudo son secretados de manera constitutiva, mientras que las citocinas y hormonas son secretadas en respuesta a estímulos particulares, y se secretan durante un periodo breve. Casi todas las hormonas son producidas por glándulas especializadas, y su acción afecta un pequeño número de células blanco. En contraste, las citocinas a menudo son producidas por, y se unen a, diversas células. Las quimiocinas son citocinas especializadas que proporcionan señales quimiotácticas que inducen a células blanco a moverse en una dirección particular hacia la célula que está secretando la quimiocina.

2. Las células que están pasando por una respuesta inmunitaria a menudo se mueven muy cerca una de otra, y son mantenidas juntas mediante interacciones adhesivas. En este caso si, por ejemplo, la célula liberadora de citocina es una célula dendrítica y la célula blanco es una célula T, las dos células serán mantenidas en aposición estrecha una a otra durante varias horas. Además, el aparato secretor de la célula dendrítica estará orientado de modo que las citocinas serán secretadas hacia el espacio pequeño entre la célula dendrítica y la célula T. Por ende, la concentración real de citocinas experimentada por los receptores de célula T en el punto de contacto con la célula dendrítica será de órdenes de magnitud más altos que la de la circulación circundante.

3. La activación de receptores de citocina tipo I y tipo II da lugar a su dimerización y fosforilación subsiguiente por cinasas Janus activadas (jak) Estas jak a continuación fosforilan factores de transcripción citoplasmáticos inactivos, llamados transductores de señal y activadores de transcripción, o stat. Una vez fosforilados, los stat se dimerizan, con unión de dominios SH2 en cada stat a un residuo de tirosina fosforilado en su pareja. Esta fosforilación y dimerización permite que los stat adopten una conformación que les permite disociarse del complejo receptor de citocina, entrar al núcleo, y estimular la transcripción a partir de genes seleccionados.

4. La pleiotropía es la capacidad para desencadenar diferentes resultados en distintas células.

   Sinergia es la capacidad de dos o más citocinas que afectan una célula para desencadenar una respuesta que es mayor que la suma de cada una de las citocinas.

   Redundancia es la propiedad que describe el hecho de que más de una citocina puede desencadenar el mismo efecto.

   Antagonismo es la tendencia de dos citocinas que se unen a la misma célula a desencadenar efectos opuestos, o a reducir/eliminar la respuesta a la otra.

   La cascada de inducción es la capacidad de una citocina para unirse a una célula y para inducir a esa célula a secretar citocinas adicionales.

5. Una citocina puede inducir la expresión sobre la superficie celular de nuevos receptores de quimiocina y/o nuevas moléculas de adhesión que harían que la célula se moviera hacia una nueva ubicación y, una vez presente, fuera retenida ahí.

6. Algunas citocinas de esta clase tienen distintas subunidades de unión a citocina, pero comparten una subunidad emisora de señales. Por ejemplo, los receptores diméricos para IL-3 y gm-csf tienen diferentes subunidades de unión, pero las mismas subunidades emisoras de señales. Si la célula está mostrando respuesta a IL-3, y todas las subunidades emisoras de señales están ocupadas en esta respuesta, la unión de gm-csf a la subunidad de unión sola no transduciría una señal. De este modo, si bien los dos receptores no están compitiendo por unión a sus ligandos respectivos, compiten por la eficacia de señalización.

7. Cuando un interferón tipo I se une a su receptor sobre una célula infectada por virus, la señal del interferón da lugar a la activación de una ribonucleasa que desintegra rna citoplasmático. Es en particular eficaz contra rna bicatenario.

8. Véase la figura 4-14.

9. En el caso de la IL-1, las células secretan una proteína llamada IL-1Ra, una forma soluble del receptor de IL-1, que es capaz de unirse a IL-1, pero no de transducir una señal de IL-1. El balance de IL-1Ra, en contraposición con el receptor emisor de señales, determinará la cantidad de IL-1 capaz de interactuar de manera productiva con un receptor de superficie celular. La IL-18BP desempeña un propósito similar en el sistema de IL-18. A veces las células separarán la porción de unión a interleucina del receptor, desde la superficie de la célula. Esto tiene un efecto similar al antes descrito, por cuanto el receptor separado puede unirse a la citocina, lo que bloquea su acceso al receptor productivo. Esto ocurre en el caso del IL-2R, en el cual la porción de unión a IL-2 de la cadena IL-2Rα es secretada, y es capaz de unirse a la proteína IL-2 soluble.

10. a) El IL-2R está constituido de tres componentes: α, β y γ. Las células T quiescentes (desactivadas) sólo portan el dímero βγ, que se une a IL-2, pero a afinidad intermedia insuficiente para dar lugar a una señal en condiciones fisiológicas. En el momento de estimulación por antígeno, la célula T sintetiza la subunidad α, que se une al dímero βγ y lo convierte en un receptor de alta afinidad, capaz de mediar la señal de IL-2 a concentraciones fisiológicas de citocina.

    b) Véase la figura que sigue.