Capítulo 8: Complejo mayor (principal) de histocompatibilidad y presentación de antígeno

Si bien tanto las células T como las células B usan moléculas de superficie para reconocer antígeno, logran esto de maneras muy diferentes. En contraste con anticuerpos o receptores de células B, que pueden reconocer antígenes directamente, los receptores de células T sólo reconocen fragmentos de antígeno que están posicionados sobre la superficie de otras células. Estos fragmentos de antígeno son mantenidos dentro del surco de unión de una proteína de superficie celular llamada la molécula del complejo mayor de histocompatibilidad (mhc), codificada por una agrupación de genes denominados en conjunto el locus de mhc. Estos fragmentos son generados dentro de la célula después de digestión de antígeno y el complejo del péptido antigénico más la molécula de mhc a continuación aparece sobre la superficie celular. De este modo, las moléculas de mhc actúan como un recipiente de superficie celular para sostener y desplegar fragmentos de antígeno de modo que las células T que se aproximan puedan unirse con este complejo molecular por medio de sus receptores de célula T.

El mhc se denominó así por el hecho de que los genes en esta región codifican para proteínas que determinan si un tejido trasplantado entre dos individuos será aceptado o rechazado. La investigación pionera de Benacerraf, Dausset y Snell ayudó a caracterizar las funciones controladas por el mhc, de manera específica, el destino de los órganos trasplantados, y las respuestas inmunitarias a antígeno, lo que dio lugar al que se otorgara a los tres el Premio Nobel en Medicina y Fisiología de 1980 (cuadro 1-2). Estudios de seguimiento efectuados por Rolf Zinkernagel y Peter Doherty ilustraron que las proteínas codificadas por estos genes desempeñan un papel trascendental en la inmunidad adaptativa al mostrar que las células T reconocen proteínas del mhc, así como antígeno. Estudios estructurales realizados por Don Wiley y otros mostraron que diferentes proteínas del mhc se unen a diferentes fragmentos de antígeno y los presentan. Hay muchos alelos de casi todos los genes que codifican para el mhc, y los alelos específicos que una persona hereda desempeñan un papel importante en la susceptibilidad a enfermedad, incluso la aparición de autoinmunidad. Los mecanismos mediante los cuales esta familia de moléculas ejerce una influencia tan fuerte sobre el desarrollo de la inmunidad a casi todos los tipos de antígenos se ha convertido en un importante tema en la inmunología, y ha llevado el estudio del mhc más allá de sus orígenes en el campo de los aspectos biológicos del trasplante.

Hay dos clases principales de moléculas de mhc: clase I y clase II. Estas dos moléculas son muy similares en su estructura cuaternaria final, aunque difieren en la manera en que crean estas formas por medio principalmente de ordenamientos de proteína cuaternarios. Las moléculas de mhc clase I y clase II también difieren en términos de cuáles células las expresan, y en la fuente de los antígenos que presentan a células T. Las moléculas clase I están presentes en todas las células nucleadas del cuerpo, y se especializan en presentar antígenos que se originan a partir del citosol, como proteínas virales. Éstas son presentadas a células T CD8⁺, que reconocen y matan células que expresan esos antígenos intracelulares. En contraste, las moléculas de mhc clase II son expresadas casi de manera exclusiva sobre un subgrupo de leucocitos llamados células presentadoras de antígeno (apc), y se especializan en presentar antígenos que provienen de espacios extracelulares que han sido fagocitados por estas células, como hongos, y bacterias extracelulares. Una vez expresada sobre la superficie celular, la molécula de mhc clase II presenta el péptido antigénico a células T CD4⁺, que entonces quedan activadas y proceden a estimular inmunidad dirigida principalmente a destruir invasores extracelulares.

En este capítulo se empezará por comentar la estructura de las moléculas de mhc, seguido por la organización genética de la región de dna que codifica para estas proteínas y patrones de herencia. A continuación se describe la función del mhc en la regulación de la inmunidad, incluso con referencia a varios estudios trascendentales en estas áreas. En esta sección también se comenta la regulación de la expresión del mhc. Esto va seguido por una exposición detallada de las vías celulares que llevan a degradación de antígeno y asociación con cada tipo de molécula de mhc (procesamiento de antígeno), y la aparición de estos complejos de mhc-péptido sobre la superficie celular para reconocimiento por células T (presentación de antígeno). También se presentará el papel de apc particulares en estos procesos. El capítulo concluye con una exposición de vías de procesamiento y presentación singulares, como presentación cruzada y el manejo de antígenos no peptídicos por el sistema inmunitario.

Las moléculas de mhc clase I y clase II son glicoproteínas unidas a membrana que están estrechamente relacionadas tanto en estructura como en función. Ambas clases de moléculas de mhc se han aislado y purificado, y las estructuras tridimensionales de sus dominios extracelulares se han resuelto mediante cristalografía de rayos X. Estas glicoproteínas de membrana funcionan como moléculas presentadoras de antígeno altamente especializadas, con surcos que forman complejos extraordinariamente estables con ligandos peptídicos, y los despliegan sobre la superficie celular para reconocimiento por células T por medio de unión al receptor de célula T (tcr). En contraste, las moléculas de mhc clase III son un grupo de proteínas no relacionadas que no comparten similitud estructural o función con moléculas clases I y II, aunque muchas de ellas participan en otros aspectos de la respuesta inmunitaria.

Las moléculas clase I tienen una cadena pesada de glicoproteína y una cadena ligera de proteína pequeña

Dos polipéptidos se ensamblan para formar una molécula de mhc clase I única: una cadena α de 45 kilodaltones (kDa) y una molécula de β₂-microglobulina de 12 kDa (figura 8-1, izquierda). La cadena α está organizada hacia tres dominios externos (α1, α2 y α3), cada uno de aproximadamente 90 aminoácidos de largo; un dominio transmembrana de alrededor de 25 aminoácidos hidrofóbicos seguidos por un tramo corto de aminoácidos cargados (hidrofílicos), y un segmento de anclaje citoplasmático de 30 aminoácidos. Su acompañante, la β₂-microglobulina, tiene tamaño y organización similares al dominio α3. La β₂-microglobulina no contiene una región transmembrana, y está unida de manera no covalente a la cadena α de mhc clase. Datos sobre secuencia revelan fuerte homología entre el dominio α3 de mhc clase I, la β₂-microglobulina y los dominios de región constante que se encuentran en inmunoglobulinas.

Los dominios α1 y α2 interactúan para formar una plataforma de ocho cadenas β antiparalelas abarcadas por dos regiones α-helicoidales largas (figura 8-2a). La estructura forma un surco profundo, o hendidura, con las hélices α largas como los lados y las cadenas β de la lámina β como el fondo (figura 8-2b). Este surco de unión a péptido está ubicado sobre la superficie superior de la molécula de mhc clase I, y es suficientemente grande como para unirse a un péptido de ocho a 10 aminoácidos. Durante el análisis cristalográfico de rayos X de moléculas clase I, se encontraron en el surco péptidos pequeños asociados de modo no covalente que se habían co-cristalizado con la proteína. La gran sorpresa vino cuando más tarde se descubrió que estos péptidos son proteínas propias procesadas unidas a este surco profundo, y no los antígenos extraños que se esperaba.

El dominio α3 y la β₂-microglobulina están organizados hacia dos láminas con plegamiento β, cada una formada por cadenas β de aminoácidos antiparalelas. Esta estructura, conocida como el pliegue de inmunoglobulina, es característica de los dominios de inmunoglobulina (capítulo 3). Debido a esta similitud estructural, que no sorprende dada la considerable similitud de secuencia con las regiones constantes de inmunoglobulina, las moléculas de mhc clase I y la β₂-microglobulina se clasifican como miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas (figura 3-19). El dominio α3 parece estar altamente conservado entre moléculas de mhc clase I, y contiene una secuencia que interactúa fuertemente con la molécula de superficie celular CD8 que se encuentra en células T_C.

Las tres moléculas (cadena α clase I, β₂-microglobulina y un péptido) son esenciales para el plegamiento y la expresión apropiados del complejo de mhc-péptido sobre la superficie celular. Esto es demostrado in vitro usando células tumorales de Daudi, que son incapaces de sintetizar β₂-microglobulina. Estas células tumorales producen cadenas α de mhc clase I, pero no las expresan sobre la membrana celular. Sin embargo, si se efectúa transfección de células de Daudi con un gen funcional que codifica para β₂-microglobulina, aparecerán moléculas clase I sobre la superficie celular.

Las moléculas clase II tienen dos cadenas de glicoproteína no idénticas

Las moléculas de mhc clase II contienen dos cadenas polipeptídicas diferentes, una kDa α de 33 kDa, y una cadena β de 28 kDa, que se asocian por medio de interacciones no covalentes (figura 8-1, derecha). Al igual que las cadenas α clase I, las moléculas de mhc clase II son glicoproteínas unidas a membrana que contienen dominios externos, un segmento transmembrana, y un segmento de anclaje citoplasmático. Cada cadena en una molécula clase II contiene dos dominios externos: dominios α1 y α2 en una cadena, y dominios β1 y β2 en la otra (figura 8-2c). Los dominios α2 y β2 proximales de membrana, como los dominios de α3/β2-microglobulina proximal de membrana de moléculas de mhc clase I, muestran similitud de secuencia a la estructura de pliegue de inmunoglobulina. Por esta razón, las moléculas de mhc clase II también se clasifican en la familia de la inmunoglobulina. Los dominios α1 y β1 forman el surco de unión a péptido para antígeno procesado (figura 8-2d). Aunque similar al surco de unión a péptido de mhc clase I, este surco es formado, así, por la asociación de dos cadenas separadas.

El análisis cristalográfico de rayos X revela la similitud entre estas dos clases de moléculas, notoriamente manifiesta cuando moléculas clase I y clase II están superpuestas (figura 8-3). Despierta interés que pese al hecho de que estas dos estructuras están codificadas de manera bastante diferencial (una cadena en contraposición con 2), la estructura cuaternaria final es similar y retiene la misma función general: la capacidad para unirse a antígeno y presentarlo a células T. El surco de unión a péptido de moléculas clase II, como el que se encuentra en moléculas clase I, está compuesto de un piso de ocho cadenas β antiparalelas, y lados de hélices α antiparalelas, donde pueden unirse péptidos que típicamente varían de 13 a 18 aminoácidos. La molécula clase II carece de los residuos conservados en la molécula clase I que se unen a los aminoácidos terminales de péptidos cortos, y, por ende, forma más de una bolsa abierta. De esta manera, la clase I presenta una abertura de tipo más parecido a receptáculo, mientras que la clase II posee un surco de extremo abierto. A continuación se explorarán las consecuencias funcionales de estas disimilitudes en la estructura fina.

Las moléculas clases I y II muestran polimorfismo en la región que se une a péptidos

En seres humanos se han identificado varios cientos de variantes alélicas distintas de moléculas de mhc clases I y II. Empero, cualquier individuo sólo expresa un pequeño número de estas moléculas —hasta seis moléculas clase I diferentes y 12 o más moléculas clase II diferentes—. Aún así, este número limitado de moléculas de mhc debe ser capaz de presentar una enorme gama de diferentes péptidos antigénicos a células T, lo que permite que el sistema inmunitario muestre respuesta de manera específica a una amplia variedad de desafíos antigénicos. De este modo, la unión a péptido por moléculas clases I y II no muestra la especificidad fina característica de la unión a antígeno por anticuerpos y receptores de célula T. En lugar de eso, una molécula de mhc dada puede unirse a muchos péptidos diferentes, y algunos péptidos pueden unirse a varias moléculas de mhc distintas. Debido a esta especificidad amplia, la unión entre un péptido y una molécula de mhc a menudo se denomina “promiscua”. Esta promiscuidad de la unión a péptido permite que muchos péptidos diferentes coincidan con el surco de unión de mhc, y que en ocasiones suceda intercambio de péptidos, a diferencia de las interacciones cognadas de alta afinidad, relativamente estables, de anticuerpos y receptores de célula T con sus ligandos específicos.

Dadas las similitudes en las estructuras de los surcos de unión a péptido en moléculas de mhc clases I y II, no sorprende que muestren algunas características de unión a péptido comunes (cuadro 8-1). En ambos tipos de moléculas de mhc, los ligandos de péptido son sostenidos en una conformación en su mayor parte extendida que corre a lo largo del surco. El surco de unión a péptido en las moléculas clase I está bloqueado en ambos extremos, mientras que los extremos del surco están abiertos en moléculas clase II (figura 8-4). Como resultado de esta diferencia, las moléculas clase I se unen a péptidos que típicamente contienen ocho a 10 residuos de aminoácido, mientras que el surco abierto de las moléculas clase II da cabida a péptidos un poco más largos, de 13 a 18 aminoácidos. Otra diferencia es que la unión a clase I exige que el péptido contenga residuos de aminoácido específicos cerca de los N y C terminales; no hay tal requerimiento para la unión de clase II a péptido. La asociación de péptido y molécula de mhc es muy estable en condiciones fisiológicas (los valores de K_d varían de ~ 10^–6 a 10^–10). Así, casi todas las moléculas de mhc expresadas sobre la membrana de una célula estarán asociadas con un péptido.

Interacción mhc clase I-péptido

Las moléculas de mhc clase I se unen a péptidos y los presentan a células T CD8⁺. Estos péptidos a menudo se derivan de proteínas intracelulares endógenas que son digeridas en el citosol. Los péptidos a continuación son transportados desde el citosol hacia el retículo endoplasmático (er), donde interactúan con moléculas de mhc clase I. Este proceso, conocido como la vía del procesamiento citosólico o endógeno, se comenta en detalle más adelante en este capítulo.

Cada célula de ser humano o de ratón puede expresar varias moléculas de mhc clase I únicas, cada una con papeles un poco distintos para la unión a péptido. Puesto que una célula nucleada única expresa alrededor de 10⁵ copias de cada una de estas moléculas clase I, cada una con sus propias reglas de promiscuidad de péptido, muchos péptidos diferentes se expresarán de manera simultánea sobre la superficie de una célula nucleada. Esto significa que si bien muchos de los fragmentos peptídicos de un antígeno extraño dado serán presentados a células T CD8⁺, el grupo de alelos de mhc clase I heredados por cada individuo determinará cuáles fragmentos peptídicos específicos provenientes de una proteína más grande son presentados.

Los péptidos unidos aislados a partir de diferentes moléculas clase I muestran dos características distintivas: tienen ocho a 10 aminoácidos de largo, más comúnmente nueve, y contienen residuos de aminoácidos específicos en sitios clave en la secuencia. La capacidad de una molécula de mhc clase I individual para unirse a un espectro diverso de péptidos se debe a la presencia de los mismos residuos de aminoácido, o de residuos de aminoácido similares en estas posiciones clave a lo largo de los péptidos (figura 8-5). Dado que estos residuos de aminoácido anclan el péptido en el surco de la molécula de mhc, se llaman residuos ancla. Las cadenas laterales de los residuos ancla en el péptido son complementarias con características de superficie del surco de unión de la molécula de mhc clase I. Los residuos de aminoácido que revisten los sitios de unión varían entre distintas variantes alélicas clase I, y esto es lo que determina la identidad química de los residuos ancla que pueden interactuar con una molécula clase I dada.

En un estudio crucial de unión a péptido por moléculas de mhc, los péptidos unidos por dos diferentes proteínas de mhc clase I se liberaron químicamente y se analizaron por medio de espectrometría de masa con cromatografía líquida de alto rendimiento (hplc). Se encontraron más de 2 000 péptidos diferentes entre los ligandos peptídicos liberados a partir de estas dos moléculas de mhc clase I. Puesto que hay aproximadamente 10⁵ copias de cada proteína clase I por cada célula, se estima que cada uno de los 2 000 péptidos diferentes es presentado con una frecuencia de 100 a 4 000 copias por cada célula. La evidencia sugiere que incluso un complejo de mhc-péptido único puede ser suficiente para establecer a una célula como objetivo para reconocimiento y lisis por un linfocito T citotóxico que tenga un receptor específico para esa estructura blanco.

Todos los péptidos examinados hasta la fecha que se unen a moléculas clase I contienen un ancla carboxilo terminal (p. ej., véase la posición 9 en la figura 8-5). Estas anclas generalmente son residuos hidrofóbicos (p. ej., leucina, isoleucina), aunque se han reportado algunos aminoácidos cargados. Además del residuo ancla que se encuentra en el carboxilo terminal, otra ancla suele encontrarse en la segunda posición, o en la segunda y tercera posiciones, en el extremo amino terminal del péptido. En general, cualquier péptido de la longitud correcta que contenga los mismos residuos ancla o residuos ancla químicamente similares se unirá a la misma molécula de mhc clase I. El conocimiento de estas posiciones clave y las restricciones químicas para aminoácidos en estas posiciones puede permitir estudios con diseño clínico más matizado, como vacunas futuras dirigidas a desencadenar inmunidad protectora contra agentes patógenos particulares.

El análisis cristalográfico de rayos X de complejos de mhc clase I-péptido ha revelado cómo el surco de péptido en una molécula de mhc dada puede interactuar de modo estable con un amplio espectro de péptidos diferentes. Los residuos ancla en ambos extremos del péptido están sepultados dentro del surco de unión, lo cual sostiene el péptido firmemente en su sitio (figura 8-4a). Los péptidos nonaméricos son unidos de manera preferente. Los principales contactos entre las moléculas de mhc clase I y los péptidos a los que se unen comprenden el residuo 2 en el extremo amino terminal, y el residuo 9 en el carboxilo terminal del péptido. Entre las anclas, el péptido forma un arco desde el piso del surco en la parte media (figura 8-6), lo cual permite que se dé cabida a péptidos que son un poco más largos o un poco más cortos. Los aminoácidos en el centro del péptido que forman un arco que se aleja de la molécula de mhc están más expuestos y probablemente pueden interactuar de modo más directo con el receptor de célula T.

Interacción mhc clase II-péptido

Las moléculas de mhc clase II se unen a péptidos y los presentan a células T CD4⁺. Al igual que las moléculas clase I, las moléculas de mhc clase II pueden unirse a diversos péptidos. Estos péptidos típicamente se derivan de proteínas exógenas (propias o extrañas) que son degradadas dentro de la vía de procesamiento exógeno (véase más adelante). Casi todos los péptidos asociados con moléculas de mhc clase II se derivan de proteínas unidas a membrana propias o proteínas extrañas internalizadas por medio de fagocitosis o mediante endocitosis mediada por receptor, y después procesadas por medio de la vía exógena.

Los péptidos aislados a partir de complejos de mhc clase II-péptido por lo general contienen 13 a 18 residuos de aminoácido, un poco más largos que los péptidos nonaméricos que se unen más comúnmente a moléculas clase I. El surco de unión a péptido en las moléculas clase II está abierto en ambos extremos (figura 8-4b), lo que permite que péptidos más largos se extiendan más allá de los extremos, como una salchicha extralarga en una medianoche. Los péptidos unidos a moléculas de mhc clase II mantienen una elevación relativamente constante sobre el piso del surco de unión, otra característica que distingue la unión de péptidos a moléculas clase I y clase II.

Estudios de unión a péptido y datos estructurales para moléculas clase II indican que un núcleo central de 13 aminoácidos determina la capacidad de un péptido para unirse a clase II. Péptidos más largos pueden ser adaptados dentro del surco clase II, pero las características de unión están determinadas por los 13 residuos centrales. Los péptidos que se unen a una molécula clase II particular a menudo tienen motivos de secuencia conservados internos, pero a diferencia de los péptidos de unión a clase I, parecen carecer de residuos ancla conservados (cuadro 8-1). En lugar de eso, los enlaces de hidrógeno entre el esqueleto del péptido y la molécula clase II están distribuidos en todo el sitio de unión en lugar de estar agrupados predominantemente en los extremos del sitio, como se observa en los péptidos unidos a clase I. Los péptidos que se unen a moléculas de mhc clase II contienen una secuencia interna de siete a 10 aminoácidos que proporcionan los principales puntos de contacto. En general, esta secuencia tiene un residuo aromático o hidrofóbico en el amino terminal, y otros tres residuos hidrofóbicos en la porción media del extremo carboxilo terminal del péptido. Además, más de 30% de los péptidos eluidos de moléculas clase II contiene un residuo prolina en la posición 2 y otra agrupación de prolina en el extremo carboxilo terminal. Esta flexibilidad relativa contribuye a la promiscuidad de unión a péptido.

Organización general y herencia del mhc

Toda especie de vertebrado estudiada hasta la fecha posee la agrupación de genes estrechamente enlazada que constituye el mhc. Como se acaba de comentar, las moléculas de mhc tienen la importante tarea de decidir cuáles fragmentos de antígeno extraño serán “vistos” por las células T del huésped. En términos generales, las moléculas de mhc encaran un desafío de unión a ligando similar al que encaran, en conjunto, los receptores de célula B y de célula T: deben ser capaces de unirse a una amplia variedad de antígenos, y deben hacerlo con afinidad relativamente fuerte. Con todo, estas moléculas importantes desde el punto de vista inmunitario satisfacen este desafío usando estrategias muy diferentes. Si bien la diversidad de receptor de célula B y T es generada por medio de reordenamiento genómico y edición de gen (capítulo 7), las moléculas de mhc han optado por una combinación de promiscuidad de unión a péptido (véase antes) y la expresión de varias moléculas de mhc diferentes sobre cada célula (véase más adelante). Usando esta estrategia combinada inteligente, el sistema inmunitario ha adquirido por evolución una manera de maximizar las oportunidades de que muchas regiones diferentes, o epítopos, de un antígeno, serán reconocidas.

Se originaron diversos estudios de la agrupación del gen que codifica para mhc cuando se encontró que el rechazo de tejido extraño trasplantado entre individuos en una especie era el resultado de una respuesta inmunitaria montada contra moléculas de superficie celular, ahora llamados antígenos de histocompatibilidad. A mediados de la década de 1930, Peter Gorer, que estaba usando cepas de ratones endogámicas para identificar antígenos de grupo sanguíneo, identificó cuatro grupos de genes que codifican para antígenos de células sanguíneas. Los designó I a IV. La investigación llevada a cabo durante las décadas de 1940 y 1950 por Gorer y George Snell estableció que los antígenos codificados por los genes en el grupo designado como II tomaban parte en el rechazo de tumores y otros tejidos trasplantados. Snell llamó a estos genes de histocompatibilidad; su designación actual como genes de histocompatibilidad-2 (H-2, o mhc) en el ratón fue en referencia a los antígenos de célula sanguínea grupo II originales de Gorer.

El locus del mhc codifica para tres clases principales de moléculas

El complejo mayor de histocompatibilidad es un conjunto de genes dispuesto dentro de un tramo continuo largo de dna en el cromosoma 6 en seres humanos, y en el cromosoma 17 en ratones. El mhc se denomina complejo de antígeno leucocítico humano (hla) en seres humanos, y complejo H-2 en ratones, las dos especies en las cuales estas regiones se han estudiado más. Aunque la disposición de genes es un poco diferente en las dos especies, en ambos casos los genes que codifican para el mhc están organizados en regiones que codifican para tres clases de moléculas (figura 8-7):

• Los genes que codifican para el mhc clase I codifican para glicoproteínas expresadas sobre la superficie de casi todas las células nucleadas; la principal función de los productos del gen que codifica para clase I es la presentación de antígenos peptídicos endógenos a células T CD8⁺.

• Los genes que codifican para el mhc clase II codifican para glicoproteínas expresadas de manera predominante sobre apc (macrófagos, células dendríticas y células B), donde presentan principalmente péptidos antigénicos exógenos a células T CD4⁺.

• Los genes que codifican para el mhc clase III codifican para varias proteínas diferentes, algunas con funciones inmunitarias, incluso componentes del sistema del complemento y moléculas involucradas en la inflamación.

Las moléculas de mhc clase I fueron las que se descubrieron primero, y son expresadas en la gama de tipos de células más amplia. A diferencia de lo que sucede en el ser humano, en el ratón esta región es no continua, interrumpida por las regiones clases II y III (figura 8-8). Recuérdese que hay dos cadenas para la molécula de mhc clase I: la cadena α más variable y de unión a antígeno, y la cadena de β2-microglobulina común. Las moléculas de cadena α están codificadas por las regiones K y D en ratones; en algunas cepas se encuentra una región L adicional, y por los loci A, B y C en seres humanos. La β2-microglobulina es codificada por un gen fuera del mhc. En conjunto, éstas se denominan moléculas clase I clásicas; todas poseen la capacidad funcional de presentar fragmentos de antígeno proteínico a células T.

Genes o grupos de genes adicionales dentro de la región clase I tanto del ratón como del ser humano codifican para moléculas clase I no clásicas que sólo son expresadas en tipos de células específicos y tienen funciones más especializadas. Algunas parecen desempeñar un papel en la discriminación de lo propio/extraño; un ejemplo es la molécula HLA-G clase I. Éstas se hallan presentes sobre células fetales en la interfaz maternofetal, y se les atribuye inhibir el rechazo por células T CD8⁺ maternas al proteger al feto contra identificación como extraño, lo que puede ocurrir cuando antígenos derivados del padre empiezan a aparecer en el feto en desarrollo.

Las moléculas de mhc clase II son codificadas por las regiones IA e IE en ratones, y por las regiones dp, dq y dr en humanos (figuras 8-7 y 8-8). La terminología es un poco desorientadora, porque la región D en ratones codifica para moléculas de mhc clase I, mientras que dp, dq y dr en seres humanos se refiere a genes y moléculas clase II. Recuérdese que las moléculas clase II están compuestas de dos cadenas, ambas de las cuales interactúan con antígeno. La región clase II del locus del mhc codifica tanto para la cadena α como para la cadena β de una molécula de mhc clase II particular, y en algunos casos están presentes múltiples genes que codifican para una u otra cadena, o para ambas. Por ejemplo, los individuos pueden heredar hasta cuatro genes que codifican para cadena β dr funcional, y todos éstos son expresados de manera simultánea en la célula. Esto permite que cualquier producto de gen que codifica para cadena α dr forme pares con cualquier producto de cadena β dr. Puesto que el surco de unión a antígeno de la clase II está formado por una combinación de las cadenas α y β, esto crea varias moléculas dr presentadoras de antígeno únicas sobre la célula.

Al igual que con los loci clase I, moléculas clase II no clásicas adicionales con funciones inmunitarias especializadas son codificadas dentro de esta región. Por ejemplo, se han identificado los genes que codifican para clase II no clásica del ser humano designados dm y do. Los genes dm codifican para una molécula tipo clase II (hla-dm) que facilita la carga de péptidos antigénicos hacia moléculas de mhc clase II. Se ha mostrado que las moléculas do clase II, que sólo son expresadas en el timo y sobre células B maduras sirven como reguladoras del procesamiento de antígeno clase II.

Las moléculas de mhc clases I y II tienen características estructurales comunes, y ambas están implicadas en el procesamiento de antígeno y la presentación del mismo. En contraste, la región de mhc clase III codifica para varias moléculas que son cruciales para la función inmunitaria, pero que tienen poco en común con las moléculas clase I o II. Los productos clase III incluyen los componentes del complemento C4, C2 y factor B (capítulo 6), así como varias citocinas inflamatorias, incluso las dos proteínas factor de necrosis tumoral (TNF-α y linfotoxina-α [TNF-β]). Variaciones alélicas de algunos de estos productos de gen que codifica para el mhc clase III se han correlacionado con ciertas enfermedades. Por ejemplo, los polimorfismos dentro del gen que codifica para TNF-α, que codifica para una citocina involucrada en muchos procesos inmunitarios (capítulo 4), han sido vinculados a susceptibilidad a ciertas enfermedades infecciosas y a algunas formas de autoinmunidad, incluso enfermedad de Crohn y artritis reumatoide. Pese a sus diferencias de genes que codifican para clase I y clase II, la agrupación de genes que codifican para clase III enlazada está conservada en todas las especies que tienen una región de mhc, lo que sugiere que presiones evolutivas similares han influido sobre esta agrupación de genes.

La disposición de exón/intrón de los genes que codifican para las clases I y II refleja su estructura de dominio

Exones separados codifican para cada región de las proteínas clases I y II. Cada uno de los genes que codifican para clase I de ratón y de ser humano tienen un exón líder 5′ que codifica para un péptido señal corto, seguido por cinco o seis exones que codifican para la cadena α de la molécula clase I (figura 8-9a). El péptido señal sirve para facilitar la inserción de la cadena α en el er, y es eliminado mediante enzimas proteolíticas después de que se completa la traducción. Los siguientes tres exones codifican para los dominios α1, α2 y α3 extracelulares, y el exón torrente abajo siguiente codifica para la región transmembrana (T_m); por último, uno o dos exones 3′ terminales codifican para los dominios citoplasmáticos (C).

Al igual que los genes que codifican para el mhc clase I, los genes clase II están organizados hacia una serie de exones e intrones que reflejan la estructura dominio de las cadenas α y β (figura 8-9b). Los genes tanto α como β que codifican para moléculas de mhc clase II de ratón y de ser humano tienen un exón líder, un exón α1 o β1, un exón α2 o β₂, un exón transmembrana, y uno o más exones citoplasmáticos.

Las formas alélicas de genes que codifican para el mhc se heredan en grupos enlazados llamados haplotipos

Los genes que residen dentro de la región del mhc son altamente polimórficos; es decir, dentro de la población existen muchas formas alternativas de cada gen, o alelos. Los genes individuales de loci del mhc (clases I, II y III) yacen tan cerca uno del otro que su herencia está enlazada. El entrecruzamiento, o recombinación entre genes, es más probable cuando los genes están muy separados. Por ejemplo, la frecuencia de recombinación dentro del complejo H-2 (esto es, la frecuencia de eventos de entrecruzamiento de cromosoma durante la meiosis, indicativa de la distancia entre genes dados) es de sólo 0.5%. Así, únicamente ocurre entrecruzamiento una vez en cada 200 ciclos meióticos. Por esta razón, la mayoría de los individuos hereda como un grupo todos los alelos codificados por estos genes (lo cual se conoce como desequilibrio de enlaces). Este grupo de alelos enlazados se denomina un haplotipo. Un individuo hereda un haplotipo de la madre y un haplotipo del padre, o dos grupos de alelos.

En poblaciones exogámicas, como los seres humanos, la descendencia por lo general es heterocigótica en el locus del mhc; cada uno de los progenitores contribuye con diferentes alelos. Aun así, si se efectúa endogamia de ratones, cada locus H-2 se hace homocigótico porque los haplotipos materno y paterno son idénticos, y toda la descendencia empieza a expresar moléculas de mhc idénticas. En ciertas cepas de ratón se ha efectuado intencionalmente endogamia de esta manera, y se emplean como cepas prototipo. El haplotipo del mhc expresado por cada una de estas cepas es designado mediante una letra cursiva en superíndice arbitraria (p. ej., H-2^a, H-2^b). Estas designaciones se refieren al grupo completo de alelos H-2 heredados dentro de una cepa sin tener que listar el alelo específico en cada locus individualmente (cuadro 8-2). Diferentes cepas endogámicas pueden compartir el mismo grupo de alelos, o haplotipo del mhc, con otra cepa (esto es, cba, akr y C3H), pero diferirán en genes fuera del complejo H-2.

El análisis detallado del complejo H-2 en ratones se ha hecho posible por el desarrollo de cepas H-2 congénicas que sólo difieren en el locus del mhc. Se dice que cepas de ratones endogámicas son singénicas, o idénticas en todos los loci genéticos. Dos cepas son congénicas si son genéticamente idénticas excepto en una región genética única. Por ende, cualesquiera diferencias fenotípicas que pueden ser detectadas entre cepas congénicas se relacionan con la región genética que distingue las dos cepas. Cepas congénicas que son idénticas entre sí excepto en el mhc pueden ser producidas por medio de una serie de cruzamientos, retrocruzamientos y selecciones entre dos cepas endogámicas que difieren en el mhc. Una cepa congénica usada con frecuencia, designada B10.A, se deriva de ratones B10 (que son H-2^b) manipulados genéticamente para que posean el haplotipo H-2^a en el locus del mhc. La recombinación dentro de la región H-2 de cepas de ratones congénicas a continuación permite el estudio de genes que codifican para mhc individuales, y sus productos. La lista que se presenta en el cuadro 8-2 incluye ejemplos de éstos. Por ejemplo, la cepa B10.A (2R) tiene todos los genes que codifican para el mhc provenientes del haplotipo a salvo por la región D, que se deriva del progenitor H-2^b.

Las moléculas de mhc se expresan de manera codominante

Los genes dentro del locus del mhc muestran una forma de expresión codominante, lo que significa que los productos de gen tanto maternos como paternos (provenientes de ambos haplotipos) son expresados al mismo tiempo y en las mismas células. Por ende, si dos ratones de cepas endogámicas que poseen haplotipos del mhc diferentes son apareados, la generación F₁ hereda ambos haplotipos parentales y expresará todos estos alelos del mhc. Por ejemplo, si una cepa de H-2^b es cruzada con una cepa H-2^k, la generación F₁ hereda ambos juegos de alelos parentales, y se dice que es H-2^b/k (figura 8-10a). Debido a que una generación F₁ de ese tipo expresa las proteínas del mhc de ambas cepas parentales sobre sus células, se dice que es histocompatible con ambas cepas parentales. Esto significa que la descendencia es capaz de aceptar injertos cuya fuente es uno u otro progenitor, cada uno de los cuales expresará alelos del mhc vistos como “propios” (figura 8-10b). De cualquier modo, ni una ni otra de las cepas parentales endogámicas puede aceptar un injerto de su descendencia F₁ porque la mitad de las moléculas de mhc (las que provienen del otro progenitor) serán vistas como “no propias”, o extrañas y, así, quedarán sujetas a reconocimiento y rechazo por el sistema inmunitario.

En una población exogámica, como los seres humanos, cada individuo por lo general es heterocigótico en cada locus. El complejo hla de ser humano es altamente polimórfico, y existen múltiples alelos de cada gen que codifica para clase I y clase II. No obstante, al igual que con los ratones, los genes que codifican para el mhc de ser humano están estrechamente enlazados y por lo general se heredan como un haplotipo. Cuando el padre y la madre tienen haplotipos diferentes (figura 8-10c), hay una probabilidad de uno en cuatro de que los hermanos hereden los mismos haplotipos paternos y maternos y, por ende, serán histocompatibles (es decir, genéticamente idénticos en sus loci del mhc) entre sí; ninguno de los miembros de la descendencia será por completo histocompatible con los progenitores.

Aunque la tasa de recombinación mediante entrecruzamiento es baja dentro del complejo del hla, aún contribuye de manera significativa a la diversidad de los loci en poblaciones humanas. La recombinación genética puede generar nuevas combinaciones alélicas, o haplotipos (véase el haplotipo R en la figura 8-10c), y el número alto de generaciones interpuestas desde la aparición de los seres humanos como una especie ha permitido recombinación extensa. Como resultado de recombinación y otros mecanismos para generar mutaciones, es raro que cualesquiera dos individuos no emparentados tengan grupos idénticos de genes que codifican para hla. ¡Esto hace bastante desafiante el trasplante entre individuos que no son gemelos idénticos! Para abordar esto, los médicos empiezan por buscar miembros de la familia que mostrarán histocompatibilidad al menos parcial con el paciente, o se fundamentan en bases de datos de donadores para buscar una coincidencia del mhc. Aun con coincidencias parciales, los médicos necesitan administrar dosis grandes de fármacos inmunosupresores a fin de inhibir las fuertes respuestas de rechazo que típicamente aparecen después de trasplante de tejido, debido a diferencias en las proteínas que codifican para el mhc (capítulo 16).

Las moléculas clase I y clase II muestran diversidad en los ámbitos tanto del individuo como de especie

Como se mencionó, cualquier molécula de mhc particular puede unirse a muchos péptidos diferentes (proceso llamado promiscuidad), lo cual da al huésped una ventaja en la respuesta a agentes patógenos. Más que fundamentarse en sólo un gen para esta tarea, la región del mhc ha evolucionado para incluir múltiples loci genéticos que codifican para proteínas que tienen la misma función. En seres humanos, las moléculas de HLA-A, B o C pueden presentar péptidos a células T CD8⁺, y las moléculas de hla-dp, dq o dr pueden presentar péptidos a células T CD4⁺. Así, se dice que la región del mhc es poligénica porque contiene múltiples genes con la misma función pero con estructuras un poco diferentes. Puesto que los alelos del mhc también son expresados de modo codominante, los individuos heterocigóticos expresarán los productos de gen codificados por ambos alelos en cada locus de gen que codifica para el mhc. En un individuo por completo heterocigótico, esto asciende a seis moléculas clase I clásicas únicas sobre cada célula nucleada. Un ratón F₁, por ejemplo, expresa las moléculas clase I K, D y L provenientes de cada progenitor (seis moléculas de mhc clase I diferentes) sobre la superficie de cada una de sus células nucleadas (figura 8-11). La expresión de tantas moléculas de mhc clase I individuales permite a cada célula desplegar un gran número de péptidos diferentes en los surcos de unión a péptido de sus moléculas de mhc.

Las moléculas de mhc clase II tienen un potencial de diversidad aún mayor. Cada una de las moléculas de mhc clase II clásicas está compuesta de dos cadenas polipeptídicas diferentes codificadas por distintos loci. Por ende, un individuo heterocigótico puede expresar combinaciones α-β que se originan a partir del mismo cromosoma (sólo materno o sólo paterno), así como moléculas clase II que surgen a partir de formación de pares de cadenas singulares derivadas de cromosomas separados (combinaciones α-β maternas-paternas nuevas). Por ejemplo, un ratón H-2^k expresa moléculas clase II IA^k y IE^k, mientras que un ratón H-2^d expresa moléculas IA^d y IE^d. La progenie F₁ originada por cruzamientos de estas dos cepas expresa cuatro moléculas clase II parentales (idénticas a las de sus padres) y cuatro moléculas nuevas que son mezclas de las de sus padres, que contienen una cadena α de un progenitor y una cadena β del otro progenitor (figura 8-11). Puesto que el mhc de ser humano contiene tres genes que codifican para clase II clásicos (dp, dq y dr), un individuo heterocigótico expresa seis moléculas clase II idénticas a los padres, y seis moléculas que contienen nuevas combinaciones de cadenas α y β. El número de moléculas clase II diferentes expresadas por un individuo puede ser aumentado más por la presencia ocasional de múltiples genes que codifican para cadena β en ratones y humanos, y por la presencia de múltiples genes en humanos que codifican para cadena α. La diversidad generada por estas nuevas moléculas de mhc probablemente aumenta el número de diferentes péptidos antigénicos que pueden ser presentados y, por ende, es ventajoso para el organismo en el combate a la infección.

La variedad de péptidos desplegados por moléculas de mhc hace eco de la diversidad de antígenos unidos por anticuerpos y receptores de célula T. Esta presión evolutiva para diversificar proviene del hecho de que ambos necesitan ser capaces de interactuar con fragmentos de antígeno que nunca han visto antes, o que pueden todavía no haber evolucionado. Sin embargo, la estrategia para generar diversidad dentro de moléculas de mhc y los receptores de antígeno sobre células T y B no es la misma. Los anticuerpos y los receptores de célula T son generados por varios procesos somáticos, incluso reordenamiento de gen y la mutación somática de genes reordenados (capítulos 7 y 12). Así, la generación de receptores de células T y B es dinámica; cambia con el tiempo dentro de un individuo. En contraste, las moléculas de mhc expresadas por un individuo son fijas. Empero, la promiscuidad de unión a antígeno asegura que incluso las proteínas “nuevas” tengan probabilidades de contener algunos fragmentos que puedan asociarse con cualquier molécula de mhc dada. En conjunto, esto acumula una enorme flexibilidad dentro del huésped para responder a cambios ambientales inesperados que podrían surgir en el futuro —una buena estrategia evolutiva–.

Contrarresta esta limitación sobre el rango de péptidos que pueden ser presentados por cualquier individuo, la vasta gama de péptidos que pueden ser presentados en el ámbito de especie, gracias a la diversidad del mhc en cualquier población exogámica. El mhc posee un número extraordinariamente grande de alelos diferentes en cada locus, y es uno de los complejos genéticos más polimorfos conocidos en vertebrados superiores. Estos alelos difieren 5 a 10% en sus secuencias de dna de un individuo a otro. El número de diferencias de aminoácido entre alelos del mhc puede ser bastante importante; hasta 20 residuos de aminoácido contribuyen a la naturaleza estructural singular de cada alelo. El análisis de genes que codifican para hla clase I de ser humano hasta julio de 2012 revelaba aproximadamente 2 013 alelos A, 2 605 alelos B y 1 551 alelos C (en el cuadro 8-3 se muestra el número de productos proteínicos; no todos los alelos codifican para proteínas expresadas). En ratones, el polimorfismo es similarmente enorme. Los genes que codifican para clase II de ser humano también son altamente polimorfos y, en algunos casos, individuos diferentes incluso pueden heredar distintos números de genes. El número de genes que codifican para cadena β hla-dr (drb) puede variar desde dos hasta nueve en diferentes haplotipos, y se han reportado más de 1 200 alelos tan sólo de genes drb. Despierta interés que el gen dra está altamente conservado; sólo se han identificado siete alelos, y dos proteínas, diferentes. Los estimados actuales de polimorfismo real en el mhc del ser humano probablemente son bajos porque los datos más tempranos y más detallados se han concentrado principalmente en poblaciones de ascendencia europea.

Este enorme polimorfismo da lugar a una tremenda diversidad de moléculas de mhc dentro de una especie. Usando los números arriba proporcionados para las formas alélicas de HLA-A, -B y -C de ser humano, es posible calcular un número teórico de combinaciones que pueden existir, que es de más de 1.7 mil millones de diferentes haplotipos clase I posibles en la población. Si se consideran los loci de clase II, los números son aún más impresionantes, con más de 10¹⁵ diferentes combinaciones de clase II. Puesto que cada haplotipo contiene genes que codifican tanto para clase I como para clase II, ¡la multiplicación de los números da un total de más de 1.7 × 10²⁴ posibles combinaciones de estos alelos clases I y II dentro de la población humana entera!

Cierta evidencia sugiere que una reducción del polimorfismo de mhc dentro de una especie puede predisponer a esa especie a enfermedad infecciosa (véase el recuadro 8-1, Evolución). En un ejemplo, los guepardos y algunos otros felinos salvajes, como las panteras de Florida, que se ha mostrado que son muy susceptibles a enfermedad viral, también tienen polimorfismo de mhc muy limitado. Se postula que la población presente de guepardos surgió a partir de una población con reproducción limitada, o cuello de botella genético, lo que causó una pérdida de diversidad del mhc. Esta susceptibilidad aumentada de los guepardos a diversos virus tal vez se produzca por una reducción del número de diferentes moléculas de mhc disponibles para la especie en conjunto, y una limitación correspondiente del rango de antígenos procesados con los cuales estas moléculas de mhc pueden interactuar. Como un corolario, esto sugiere que el alto nivel de polimorfismo del mhc que se ha observado en muchas especies exogámicas, incluso los humanos, tal vez proporcione una ventaja en cuanto a supervivencia al suministrar una amplia gama de moléculas de mhc y, así, un amplio espectro de antígenos presentables. Si bien algunos individuos dentro de una especie pueden ser incapaces de desarrollar una respuesta inmunitaria a un agente patógeno dado y, por ende, serán susceptibles a infección, el polimorfismo extremo asegura que al menos algunos miembros de una especie serán resistentes a esa enfermedad. De este modo, la diversidad del mhc en el ámbito de la población puede proteger a la especie en conjunto contra extinción por una amplia gama de enfermedades infecciosas.

El polimorfismo del mhc tiene importancia funcional

Aunque la divergencia de secuencia entre alelos del mhc dentro de una especie es muy alta, esta variación no está distribuida al azar a lo largo de la cadena polipeptídica entera. En lugar de eso, el polimorfismo en el mhc está agrupado en tramos cortos, en su mayor parte dentro de los dominios α1 y α2 distales de membrana de moléculas clase I (figura 8-12a). Se observan patrones de diversidad similares en los dominios α1 y β1 de moléculas clase II.

Comparaciones estructurales han localizado los residuos polimórficos dentro de la estructura tridimensional de los dominios distales de membrana en moléculas de mhc clase I y clase II, y han relacionado diferencias alélicas con diferencias funcionales (figura 8-12b). Por ejemplo, de 17 aminoácidos que previamente se mostró que despliegan polimorfismo importante entre moléculas de hla-a, mediante análisis cristalográfico de rayos X se mostró que 15 están en el surco de unión a péptido de esta molécula. La ubicación de tantos aminoácidos polimórficos dentro del sitio de unión para antígeno procesado sugiere fuertemente que diferencias alélicas contribuyen a las disimilitudes observadas de la capacidad de las moléculas de mhc para interactuar con un ligando peptídico dado. Los polimorfismos que yacen fuera de estas regiones y que podrían afectar el plegamiento de dominio básico son raros. Esta agrupación de polimorfismos alrededor de regiones que hacen contacto con antígeno también sugiere posibles razones por las cuales ciertos genes que codifican para mhc o haplotipos de mhc pueden quedar asociados con ciertas enfermedades (véase el recuadro 8-2, Enfoque clínico).

La exposición precedente orienta hacia paralelos adicionales entre moléculas de mhc y receptores de antígeno de linfocito. Las hipermutaciones somáticas que se observan en genes que codifican para el receptor de célula B tampoco están dispuestas al azar dentro de la molécula; en lugar de eso están agrupadas en las regiones que tienen más probabilidades de interactuar directamente con el péptido (capítulo 12), lo que proporciona aún otro ejemplo de cómo el sistema inmunitario ha resuelto un dilema funcional similar usando una estrategia muy diferente.

Como se acaba de comentar, varias características genéticas ayudan a asegurar una diversidad de moléculas de mhc en poblaciones exogámicas, entre ellas poligenia, polimorfismo y expresión codominante. Toda esta atención que se pone a maximizar el número de surcos de unión sugiere que la variedad dentro del mhc desempeña un papel importante en la supervivencia (véase el recuadro 8-2, Enfoque clínico). De hecho, además de combatir la infección, la expresión del mhc en todo el organismo desempeña un papel clave en el mantenimiento de la homeostasis y la salud aun en ausencia de antígeno extraño.

Si bien la presentación de complejos de moléculas de mhc con antígeno extraño a células T obtiene mucha atención (¡y espacio en este libro!), casi todas las moléculas de mhc pasan su vida presentando otras cosas, y a menudo a otras células. Hay varias razones por las cuales una molécula de mhc sobre la superficie de una célula es importante. En general, éstas incluyen:

• Desplegar clase I propia para demostrar que la célula está sana

• Desplegar péptido extraño en clase I para mostrar que la célula está infectada y para unirse con células T_C

• Desplegar un péptido propio en clase I y clase II para probar células T en desarrollo respecto a autorreactividad (órganos linfoides primarios)

• Desplegar un péptido propio en clases I y II para mantener la tolerancia a proteínas propias (órganos linfoides secundarios)

• Desplegar un péptido extraño en clase II para mostrar que el cuerpo está infectado y activar células T_H

Vale la pena notar que si bien algunos de estos casos llevan a activación inmunitaria, algunos no lo hacen. También es importante señalar que el tipo de célula, la ubicación tisular, y la cronología de la expresión varían para cada una de estas situaciones. Por ejemplo, las células T en desarrollo encuentran primero moléculas de mhc clase I y II que presentan péptidos propios en el timo, donde estas señales están diseñadas para inhibir la capacidad de las células T para atacar estructuras propias más tarde (capítulo 9). Otras ocurren sólo después de ciertos tipos de exposición, como durante una respuesta inmunitaria a agentes patógenos extracelulares, o cuando células en el organismo están infectadas por invasores virales, y están diseñadas para activar células T para que actúen contra el agente patógeno (capítulo 11).

Para ayudar a preparar el terreno para esta exposición, a continuación se dirigirá la atención al dónde, cuándo y por qué de la expresión del mhc. Esto va seguido por una descripción del cómo, con una descripción detallada de las vías que llevan a la colocación de péptido en el surco de unión de cada clase de molécula. Como se verá con mayor detalle en las secciones que siguen, el tipo de molécula(s) del mhc expresada(s) por una célula dada está enlazado al papel de la célula y la función de cada clase de molécula.

Las moléculas de mhc presentan antígenos tanto intracelulares como extracelulares

En términos muy generales, el trabajo de las moléculas de mhc clase I es reunir y presentar antígenos que provienen de ubicaciones intracelulares. Ésta es una forma de vigilancia continua de lo que sucede dentro de la célula —en esencia, una ventana para desplegar sobre la superficie de la célula fragmentos de lo que está ocurriendo en el interior—. Básicamente, todas las células en el organismo necesitan esta forma de verificación y balance, y esto se manifiesta en la naturaleza bastante omnipresente de la expresión de mhc clase I en el cuerpo (hay algunas excepciones notables, que se abordarán más adelante). A menudo, nada más que procesos celulares normales están ocurriendo en el citoplasma, y en estos casos las células presentan péptidos propios en el surco de moléculas de mhc clase I. La expresión de mhc clase I propio (con péptidos propios) emite señales de que una célula está sana; la falta de mhc clase I propio (como puede ocurrir en células infectadas por virus y células tumorales) establece a esa célula como objetivo para muerte por células nk (capítulo 13). Cuando hay proteínas extrañas en el citosol y empiezan a aparecer en el surco de mhc clase I sobre la superficie celular, esto avisa a células T CD8⁺ respecto a la presencia de este visitante no bienvenido, y establece a la célula como objetivo para destrucción. En este caso, la célula se llama una célula blanco porque se convierte en un blanco para lisis por células T citotóxicas.

Por el contrario, las moléculas de mhc clase II despliegan principalmente péptidos que provienen de los espacios extracelulares del organismo. Dado que este muestreo de contenido extracelular no es una forma de “vigilancia policial” que todas las células necesitan realizar, sólo leucocitos especializados poseen esta capacidad. Estas células se denominan en conjunto células presentadoras de antígeno (apc), porque su trabajo es presentar antígeno extracelular a células T, y les asigna el trabajo final de coordinar la eliminación de este invasor extracelular. Si bien todas las células del organismo expresan proteínas de mhc clase I, y pueden presentar péptidos que provienen de antígenos intracelulares extraños, el término apc por lo general se reserva para células que expresan mhc clase II.

La expresión de mhc clase I se encuentra en todo el organismo

En general, las moléculas de mhc clase I clásicas son expresadas de manera constitutiva sobre casi todas las células nucleadas del cuerpo. Con todo, el nivel de expresión difiere entre diferentes tipos de células; las cifras más altas de moléculas clase I se encuentran sobre la superficie de linfocitos. Estas moléculas pueden constituir alrededor de 1% de las proteínas de membrana plasmática totales, o aproximadamente 5 × 10⁵ moléculas de mhc clase I por cada linfocito. En contraste, algunas otras células, como fibroblastos, células musculares, hepatocitos y algunas células neurales, expresan cifras entre muy bajas e indetectables de moléculas de mhc clase I. Esta expresión de bajo nivel en células hepáticas puede contribuir al éxito relativo de trasplantes hepáticos al reducir la probabilidad de rechazo de injerto por células T_C del receptor. Algunos tipos de células (p. ej., subgrupos de neuronas y espermatozoides en ciertas etapas de diferenciación) parecen carecer del todo de moléculas de mhc clase I. Aun así, las células nucleadas sin expresión de clase I son muy raras. Las células no nucleadas, como los eritrocitos en mamíferos, por lo general no expresan moléculas de mhc en absoluto.

En células normales, sanas, las moléculas clase I sobre la superficie de la célula desplegarán péptidos propios, por recambio normal de proteínas propias dentro de la célula. En células infectadas por un virus, se desplegarán péptidos virales, así como péptidos propios. Por ende, una célula única infectada por virus puede representarse mentalmente como con varias moléculas clase I sobre su membrana, algunas de las cuales despliegan un subgrupo de péptidos virales derivados de proteínas virales que se están sintetizando en el interior. Debido a diferencias alélicas individuales en los surcos de unión a péptido de las moléculas de mhc clase I, diferentes individuos dentro de una especie tendrán la capacidad para unirse a diferentes grupos de péptidos virales y presentarlos. Además de células infectadas por virus, células propias alteradas, como células cancerosas, células del organismo en envejecimiento, o células provenientes de un injerto alogénico (esto es, provenientes de un individuo genéticamente distinto), también pueden servir como células blanco debido a su expresión de proteínas del mhc extrañas, y pueden ser lisadas por células T_C. La importancia de la expresión constitutiva de clase I es puesta de relieve por la respuesta de células asesinas naturales (nk) a células somáticas que carecen de mhc clase I, como puede ocurrir durante algunas infecciones virales. Las células nk pueden matar una célula que ha dejado de expresar mhc clase I sobre su superficie, probablemente porque esto sugiere que la célula ya no está sana o ha sido alterada por la presencia de un invasor intracelular.

La expresión de moléculas de mhc clase II está restringida principalmente a células presentadoras de antígeno

Las moléculas de mhc clase II se encuentran sobre un grupo de células mucho más restringido que la clase I, y a veces sólo después de un evento inductor. Como se mencionó, las células que despliegan péptidos asociados con moléculas de mhc clase II a células T_H CD4⁺ se llaman células presentadoras de antígeno (apc), y estas células son principalmente ciertos tipos de leucocitos. Las apc están especializadas por su capacidad para avisar al sistema inmunitario de la presencia de un invasor e impulsar la activación de respuestas de células T.

Entre las diversas apc, se han observado diferencias notorias de la magnitud de expresión de mhc clase II. En algunos casos, la expresión de clase II depende de la etapa de diferenciación, o de la magnitud de activación, de la célula (como en macrófagos; véase más adelante). La activación de apc por lo general ocurre después de interacción con un agente patógeno y/o por medio de emisión de señales de citocinas, que a continuación inducen incrementos importantes de la expresión de mhc clase II.

Diversas células pueden funcionar como apc fiables. Su característica distintiva es su capacidad para expresar moléculas de mhc clase II y suministrar una señal coestimuladora, o segunda señal activadora, a células T. Se sabe que tres tipos de células tienen estas características y, así, a menudo se denominan células presentadoras de antígeno profesionales (pAPC): células dendríticas, macrófagos y linfocitos B. Estas células difieren una de otra en sus mecanismos de captación de antígeno, en el hecho de si expresan de manera constitutiva moléculas de mhc clase II, y en su actividad coestimuladora, como sigue:

• Las células dendríticas por lo general se consideran las más eficaces de las apc. Dado que estas células expresan de manera constitutiva cifras altas de moléculas de mhc clase II, y tienen actividad coestimuladora inherente, pueden activar células T_H vírgenes.

• Los macrófagos deben ser activados (p. ej., por medio de emisión de señales de tlr) antes de que expresen moléculas de mhc clase II o moléculas de membrana coestimuladoras, como CD80/86.

• Las células B expresan de manera constitutiva moléculas de mhc clase II, y poseen receptores de superficie específicos para antígeno, lo que las hace en particular eficientes para capturar su antígeno cognado y presentarlo. De cualquier modo, deben ser activadas por ejemplo, por antígeno, citocinas o patrones moleculares asociados con agente patógeno (pamp) antes de que expresen las moléculas coestimuladoras que se requieren para activar células T_H vírgenes.

Varios otros tipos de células, clasificados como apc no profesionales, pueden ser inducidos para que expresen moléculas de mhc clase II y/o una señal coestimuladora en ciertas circunstancias (cuadro 8-4). Estas células pueden actuar como representantes para presentación de antígeno profesional durante periodos breves y en situaciones particulares, como durante una respuesta inflamatoria sostenida.

La expresión del mhc puede cambiar con condiciones cambiantes

Como se mencionó, el mhc clase I es expresado de manera constitutiva por casi todas las células del organismo, mientras que la clase II sólo es expresada en ciertas circunstancias, y en un número muy limitado de tipos de células. Los diferentes papeles de las dos moléculas ayudan a explicar esto, y sugieren que en ciertas circunstancias cambios específicos de la expresión de mhc pueden resultar ventajosos. El locus del mhc puede mostrar respuesta a presiones reguladoras tanto positivas como negativas. Por ejemplo, algunos agentes patógenos pueden alterar o deprimir la producción de mhc clase I. La expresión de mhc clase II sobre apc ya es bastante variable, y el microambiente que rodea una apc puede modular más la expresión; generalmente aumentando la expresión de estas moléculas. Las apc en particular están condicionadas para mostrar respuesta a indicios locales que llevan a su activación y expresión aumentada de mhc, lo que les permite armar a otras células del cuerpo para la batalla. Como podría imaginarse, esta activación y armado de apc deben estar regulados cuidadosamente; para que estas células no dirijan maniobras agresivas indeseadas contra componentes propios o acompañantes benignos, como ocurre en afecciones clínicas como autoinmunidad o alergia, respectivamente. A continuación se describen los mecanismos que impulsan estos cambios de la expresión.

Componentes reguladores genéticos

La presencia de desencadenantes internos o externos, como invasores intracelulares o citocinas (véase más adelante), puede inducir una cascada de transducción de señal que lleva a cambios de la expresión de gen que codifica para mhc. La ahora completa secuencia del genoma del ratón ha hecho avanzar la investigación dirigida a entender el mecanismo de control de la expresión del mhc. Los genes que codifican para mhc tanto clase I como clase II están flanqueados por secuencias promotoras 5′ que se unen a factores de transcripción específicos para secuencia. Los motivos promotores y los factores de transcripción que se unen a estos motivos se han identificado para varios genes que codifican para mhc; hay ejemplos de regulación mediada por elementos tanto positivos como negativos. Por ejemplo, se ha mostrado que un activador de la transcripción de mhc clase II llamado ciita (también conocido como transactivador, complejo mayor de histocompatibilidad, clase II) y otro factor de transcripción llamado rfx, activan el promotor de genes que codifican para el mhc clase II. Los defectos de estos factores de transcripción causan una forma de síndrome del linfocito desnudo. Quienes presentan este trastorno carecen de moléculas de mhc clase II sobre sus células, y sufren inmunodeficiencia grave, lo que pone de relieve el papel fundamental de las moléculas clase II en la maduración de células T y la activación de las mismas.

Interferencia viral

Un ejemplo claro de regulación negativa del mhc proviene de virus que interfieren con la expresión de mhc clase I y, así, evitan la detección temprana por células T CD8⁺. Estos virus incluyen citomegalovirus (cmv), virus de la hepatitis B (hbv) y adenovirus 12 (Ad12) de ser humano. En algunos casos, la expresión reducida de moléculas de mhc clase I se debe a cifras disminuidas de un componente necesario para el transporte de péptidos o para el montaje de mhc clase I, más que a transcripción disminuida. Por ejemplo, en el caso de la infección por citomegalovirus, una proteína viral se une a la β₂-microglobulina, lo que impide el montaje de moléculas de mhc clase I y su transporte a la membrana plasmática. La infección por adenovirus 12 causa un decremento pronunciado de la transcripción de los genes que codifican para transportador (TAP1 y TAP2). Como se describe en la sección que sigue sobre procesamiento de antígeno, los productos del gen tap desempeñan un papel importante en el transporte de péptidos desde el citoplasma hacia el retículo endoplasmático rugoso (rer). El bloqueo de la expresión del gen tap inhibe el transporte de péptido; como resultado, las moléculas de mhc clase I no pueden montarse con β₂-microglobulina o ser transportadas a la membrana celular. Estas observaciones son en especial importantes porque es probable que la expresión disminuida de moléculas de mhc clase I, por cualquier mecanismo, ayude al virus a evadir la respuesta inmunitaria. Las cifras más bajas de clase I disminuyen la probabilidad de que células infectadas por virus puedan desplegar complejos peptídicos virales sobre su superficie y hacerse blancos para destrucción mediada por ctl.

Emisión de señales mediada por citocina

La expresión de moléculas de mhc está regulada externamente por diversas citocinas. Entre éstas las principales son los interferones (α, β y γ) y los factores de necrosis tumoral (TNF-α y linfotoxina-α), cada uno de los cuales se ha mostrado que aumenta la expresión de moléculas de mhc clase I sobre células. Típicamente, las células fagocíticas que están involucradas en respuestas innatas, o células infectadas localmente, son las primeras en producir estas citocinas reguladoras del mhc. En particular, el IFN-α (producido por una célula después de infección viral o bacteriana) y el TNF-α (secretado por apc después de activación) suelen ser las primeras citocinas que desencadenan un evento de regulación ascendente de mhc clase I. En las etapas más tardías, el interferón γ (IFN-γ), secretado por células T_H activadas, así como por otros tipos de células, también contribuye a la expresión aumentada de mhc.

La unión de estas citocinas a sus receptores respectivos induce cascadas de emisión de señales intracelulares que activan factores de transcripción y alteran patrones de expresión. Estos factores se unen a sus secuencias promotoras blanco y coordinan la transcripción aumentada de los genes que codifican para la cadena α clase I, β₂-microglobulina, y otras proteínas involucradas en el procesamiento de antígeno y la presentación del mismo. Se ha mostrado que el IFN-γ induce la expresión del activador transcripcional clase II (ciita), lo que aumenta de manera indirecta la expresión de moléculas de mhc clase II sobre diversas células, incluso no apc (p. ej., queratinocitos cutáneos, células epiteliales intestinales, endotelio vascular, células placentarias y células β pancreáticas).

Otras citocinas influyen sobre la expresión del mhc sólo en ciertos tipos de células. Por ejemplo, la IL-4 aumenta la expresión de moléculas clase II en células B en reposo, y las convierte en apc más eficientes. Por el contrario, el IFN-γ regula en dirección descendente la expresión de moléculas clase II por células B. Los corticosteroides y las prostaglandinas también disminuyen la expresión de moléculas de mhc clase II. Estos compuestos naturales, permeables a membrana, se unen a receptores intracelulares y son algunos de los supresores más potentes de la inmunidad adaptativa, principalmente con base en su capacidad para inhibir la expresión de mhc. Esta propiedad es explotada en muchas situaciones clínicas, en las cuales estos compuestos se usan como tratamientos para suprimir eventos inmunitarios demasiado acuciosos, como respuestas alérgicas o durante rechazo de trasplante (capítulos 15 y 16).

Los alelos de mhc clase II desempeñan un papel crucial en la capacidad de respuesta inmunitaria

El haplotipo de mhc desempeña un fuerte papel en el resultado de una respuesta inmunitaria, porque estos alelos determinan cuáles fragmentos de proteína serán presentados. Recuérdese que las moléculas de mhc clase II presentan antígeno extraño a células T_H CD4⁺, que siguen adelante para activar células B para que produzcan anticuerpos séricos. Estudios tempranos efectuados por Benacerraf en los cuales se inmunizó a conejillos de Indias (cobayos) con antígenos sintéticos simples, fueron los primeros en mostrar que la capacidad de un animal para montar una respuesta inmunitaria, según se mide por la producción de anticuerpos séricos, está determinada por su haplotipo de mhc. En experimentos posteriores efectuados por H. McDevitt, M. Sela y colaboradores, se usaron cepas de ratones congénicas (que coincidían en el locus del mhc pero no en otro sitio) y congénicas recombinantes para mapear de manera específica el control de la capacidad de respuesta inmunitaria a genes que codifican para mhc clase II. En reportes tempranos, los genes de los cuales depende este fenotipo fueron designados Ir o genes de respuesta inmunitaria; al retener la inicial I, los productos clase II de ratón ahora se llaman IA e IE. Ahora se sabe que el hecho de que la capacidad de respuesta inmunitaria dependa de los genes dentro de mhc clase II refleja el papel fundamental de estas moléculas en la determinación de cuáles fragmentos de proteínas extrañas son presentados como antígeno a células T_H.

Se han propuesto dos explicaciones para esta variabilidad de la capacidad de respuesta inmunitaria observada entre diferentes haplotipos. De acuerdo con el modelo de la selección determinante, distintas moléculas de mhc clase II difieren en su capacidad para unirse a antígenos procesados particulares. Al final, algunos péptidos pueden ser más cruciales que otros para eliminar el agente patógeno. Una hipótesis separada, llamada modelo de orificios en el repertorio, postula que las células T que portan receptores que reconocen ciertos antígenos extraños que semejan de manera estrecha antígenos propios pueden ser eliminadas durante el desarrollo de células T, lo cual deja al organismo sin estas células/receptores para respuestas futuras a moléculas extrañas. Dado que la respuesta de células T a un antígeno comprende un complejo trimolecular del receptor de célula T, un péptido antigénico, y una molécula de mhc (capítulo 11), ambos modelos parecen ser correctos. Es decir, la ausencia de una molécula de mhc que pueda unirse a un péptido particular y presentarlo, o la ausencia de receptores de célula T que pueden reconocer un complejo de moléculas de mhc-péptido dado, da lugar a capacidad de respuesta inmunitaria disminuida a una sustancia extraña dada, y puede explicar la relación observada entre el haplotipo del mhc y la capacidad para mostrar respuesta a antígenos exógenos particulares.

Las células T están restringidas a reconocer péptidos presentados en el contexto de alelos del mhc propios

Durante la década de 1970-1979 se llevó a cabo una serie de experimentos para explorar más la relación entre el mhc y la respuesta inmunitaria. Estos investigadores contribuyeron con dos descubrimientos muy cruciales: 1) que las células T tanto CD4⁺ como CD8⁺ sólo pueden reconocer antígeno cuando es presentado en el surco de una molécula de mhc, y 2) que el haplotipo de mhc de la apc y de la célula T deben concordar. Esto sucede naturalmente en el huésped, en el cual las células T se desarrollan junto a apc huésped; ambas expresan sólo las moléculas de mhc de ese individuo (capítulo 9). Esta restricción se denomina restricción a mhc propio, que se refiere a la doble especificidad de células T para mhc propio, así como para antígeno extraño.

A. Rosenthal y E. Shevach mostraron que la proliferación de células T_H específicas para antígeno sólo ocurre en respuesta a antígeno presentado por macrófagos del mismo haplotipo de mhc que las células T que reconocen el antígeno. En su sistema experimental, macrófagos de conejillos de Indias (cobayos) provenientes de la cepa 2 inicialmente fueron incubados con un antígeno (figura 8-13). Después de que los macrófagos “pulsados con antígeno” habían procesado el antígeno y lo habían presentado sobre su superficie, fueron mezclados con células T provenientes de la misma cepa (cepa 2), una cepa diferente (cepa 13) o su progenie F₁ (2 X 13), y se midió la magnitud de la proliferación de células T en respuesta a los macrófagos pulsados con antígeno. Los resultados de estos experimentos mostraron que los macrófagos de la cepa 2 pulsados con antígeno activaron células T de ratones de las cepas 2 y F₁, pero no células T de animales de la cepa 13. De modo similar, macrófagos de la cepa 13 pulsados con antígeno activaron células T de las cepas 13 y F₁, pero no células T de la cepa 2. Después, cepas de ratones congénicos y congénicos recombinantes, que difirieron uno de otro sólo en regiones seleccionadas del mhc, se usaron como la fuente de macrófagos y células T. Estos experimentos confirmaron que la célula T_H CD4⁺ sólo es activada y prolifera en presencia de macrófagos pulsados con antígeno que comparten alelos de mhc clase II. Así, se dice que el reconocimiento de antígeno por la célula T_H CD4⁺ está restringido al mhc clase II. En 1974, Zinkernagel y Doherty demostraron de modo similar la restricción de células T CD8⁺ a mhc clase I propio (véase el recuadro 8-3, Experimento clásico). Más de dos décadas después, se otorgó a ambos el Premio Nobel en medicina por sus estudios trascendentales (véase en el cuadro 1-2 una lista de los premios Nobel relacionados con inmunología). Como se verá en el capítulo 9, la restricción a mhc propio es el resultado del desarrollo de células T en el timo, donde sólo las células T que reconocen mhc propio son seleccionadas para supervivencia.

El procesamiento de antígeno se requiere para reconocimiento por células T

Durante la década de 1980-1989, Ziegler y E. R. Unanue mostraron que para activar células T se requería un paso de procesamiento intracelular por apc. Estos investigadores observaron que la activación de células T_H por antígenos proteínicos bacterianos se evitó al tratar las apc con paraformaldehído antes de exposición a antígeno (en esencia, muerte de las células e inmovilización de los antígenos en la membrana, figura 8-14a). No obstante, si primero se permitió que las apc ingirieran el antígeno y fueron fijadas con paraformaldehído 1 a 3 h más tarde, aún ocurrió activación de células T_H (figura 8-14b). Durante un intervalo de 1 a 3 h, las apc habían captado el antígeno, lo habían procesado hacia fragmentos peptídicos, y habían desplegado estos fragmentos sobre la membrana celular en una forma capaz de activar células T.

Experimentos subsiguientes realizados por R. P. Shimonkevitz mostraron que la internalización y el procesamiento podían sortearse si las apc quedaban expuestas a fragmentos peptídicos ya digeridos en lugar de al antígeno natural (figura 8-14c). En estos experimentos, las apc fueron tratadas con glutaraldehído (esta sustancia química, al igual que el paraformaldehído, fija la célula, y la hace metabólicamente inactiva), y después incubadas con ovoalbúmina natural o con ovoalbúmina que había quedado sujeta a digestión enzimática parcial. La ovoalbúmina digerida fue capaz de interactuar con las apc fijadas con glutaraldehído, lo que de esa manera activó células T_H específicas para ovoalbúmina. Sin embargo, la ovoalbúmina natural no hizo eso. Estos resultados sugieren que el procesamiento de antígeno requiere la digestión de la proteína hacia péptidos que pueden ser reconocidos por las células T_H específicas para ovoalbúmina.

Casi al mismo tiempo, varios investigadores, entre ellos W. Gerhard, A. Townsend y sus colegas, empezaron a identificar las proteínas del virus de la gripe que eran reconocidas por células T_C. Al contrario de sus expectativas, encontraron que las proteínas internas del virus, como la polimerasa y proteínas de la nucleocápside, a menudo fueron reconocidas por células T_C mejor que las proteínas de envoltura más expuestas que se encuentran sobre la superficie del virus. Más aún, la investigación de Townsend reveló que las células T_C reconocieron secuencias peptídicas lineales cortas de proteínas del virus de la gripe. De hecho, cuando células blanco no infectadas fueron incubadas in vitro con péptidos sintéticos que correspondían a sólo secuencias cortas de proteínas internas del virus de la gripe, estas células pudieron ser reconocidas por células T_C, y después lisadas igual de bien que células blanco que habían sido infectadas por virus de la gripe vivos, enteros. Estos datos, junto con los que se presentan a continuación, sugieren que el procesamiento de antígeno es un proceso metabólico que digiere proteínas hacia péptidos, que entonces pueden ser desplegados sobre la superficie celular junto con una molécula de mhc clase I o clase II.

La evidencia sugiere diferentes vías de procesamiento y presentación de antígeno

El sistema inmunitario típicamente usa diferentes vías para eliminar antígenos intracelulares y extracelulares. Como regla general, los antígenos endógenos (los generados dentro de la célula) son procesados en la vía citosólica o endógena, y presentados sobre la membrana con moléculas de mhc clase I. Los antígenos exógenos (aquellos captados desde el ambiente extracelular por medio de endocitosis) típicamente son procesados en la vía exógena y presentados sobre la membrana con moléculas de mhc clase II (figura 8-15).

Experimentos realizados por L. A. Morrison y T. J. Braciale proporcionaron una excelente demostración de que los péptidos antigénicos presentados por moléculas de mhc clase I y clase II siguen rutas diferentes durante el procesamiento de antígeno. Para hacer esto, usaron un grupo de clonas de células T específicas para un antígeno del virus de la gripe; algunas reconocieron el antígeno presentado por mhc clase I, y otras reconocieron el mismo antígeno presentado por mhc clase II. Al examinar las respuestas de células T, dedujeron los principios generales que siguen acerca de las dos vías:

• La presentación por clase I requiere síntesis interna de proteína del virus, como se muestra por el requisito de que la célula blanco esté infectada por virus vivos, y por la inhibición de presentación por clase I observada cuando la síntesis de proteína se bloqueó mediante el inhibidor emetina.

• La presentación por clase II puede ocurrir con virus vivos o virus incompetentes para la replicación; los inhibidores de la síntesis de proteína no tuvieron efecto, lo que indica que la síntesis de proteína nueva no es una condición necesaria de presentación por clase II.

• La presentación por clase II, no así la presentación por clase I, es inhibida por tratamiento de las células con un agente que bloquea el procesamiento endocítico dentro de la célula (p. ej., cloroquina).

Estos estudios apoyan la distinción entre el procesamiento de antígenos exógenos y endógenos. Sugieren una asociación preferente, mas no absoluta, de antígenos exógenos con moléculas de mhc clase II, y de antígenos endógenos con moléculas clase I. Lo que no muestran es que tanto la apc de elección como el antígeno de elección pueden influir sobre el resultado, como se verá más adelante cuando estas reglas son subvertidas durante presentación cruzada. En los experimentos antes descritos, la asociación de antígeno viral con moléculas de mhc clase I requirió replicación del virus de la gripe y síntesis de proteína viral dentro de las células blanco, no así la asociación con clase II. Estos datos sugirieron que los péptidos presentados por moléculas de mhc clase I y clase II son traficados a través de compartimentos intracelulares separados; las moléculas de mhc clase I interactúan con péptidos derivados de degradación citosólica de proteínas sintetizadas de manera endógena; las moléculas clase II interactúan con péptidos derivados de degradación endocítica de antígenos exógenos. En las dos secciones que siguen se examinan con detalle estas dos vías.

En células eucariontes, las concentraciones de proteína están cuidadosamente reguladas. Cada proteína está sujeta a recambio continuo, y es degradada a una tasa que por lo general se expresa en términos de su vida media. Algunas proteínas (p. ej., factores de transcripción, ciclinas y enzimas metabólicas clave) tienen vidas medias muy breves. Las proteínas desnaturalizadas, con plegamiento erróneo o por lo demás anormales también son degradadas con rapidez. Los productos ribosomales defectuosos son polipéptidos que son sintetizados con imperfecciones, y constituyen una gran parte de los productos que son degradados rápidamente. La vida media promedio para proteínas celulares es de alrededor de dos días, pero muchas son degradadas en el transcurso de 10 min. La consecuencia del recambio continuo de proteínas tanto normales como defectuosas es un aluvión constante de productos de degradación dentro de una célula. Casi todos serán degradados a los aminoácidos que los constituyen, y reciclados, pero algunos persisten en el citosol como péptidos. La célula muestrea estos péptidos y presenta algunos sobre la membrana plasmática en asociación con moléculas de mhc clase I, donde células del sistema inmunitario pueden muestrear estos péptidos para buscar proteínas extrañas. La vía mediante la cual estos péptidos endógenos son generados para presentación con moléculas de mhc clase I utiliza mecanismos similares a los involucrados en el recambio normal de proteínas intracelulares, pero aún no está claro exactamente cómo proteínas particulares son seleccionadas para degradación y presentación de péptido.

Los péptidos son generados mediante complejos de proteasa llamados proteasomas

Las proteínas intracelulares son degradadas hacia péptidos cortos por un sistema proteolítico citosólico presente en todas las células, llamado proteasoma (figura 8-16a). El proteasoma grande (20S) está compuesto de 14 subunidades dispuestas en una estructura de anillos simétricos tipo barril. Muchas proteínas son establecidas como objetivo para proteólisis cuando una proteína pequeña llamada ubiquitina es fijada a ellas. Estos conjugados de ubiquitina-proteína entran al complejo del proteasoma, que consta de la base 20S y un componente regulador 19S fijo, a través de un canal estrecho en el extremo 19S. El complejo de proteasoma divide enlaces peptídicos en un proceso dependiente de atp. Se cree que la degradación de complejos de ubiquitina-proteína ocurre dentro del hueco central del proteasoma.

El sistema inmunitario también utiliza esta vía general de degradación de proteína para producir péptidos pequeños para presentación por moléculas de mhc clase I. Además de los proteasomas 20S estándar residentes en todas las células, un proteasoma distinto del mismo tamaño puede encontrarse en pAPC y en las células de tejidos infectados. Este proteasoma distinto, llamado inmunoproteasoma, tiene algunos componentes singulares que pueden ser inducidos por exposición a interferón-γ o TNF-α (figura 8-16b). Los genes LMP2 y LMP7, que están situados dentro de la región clase I (figura 8-8) y muestran capacidad de respuesta a estas citocinas, codifican para subunidades proteínicas catalíticas de reemplazo que convierten proteasomas estándar en inmunoproteasomas, lo que aumenta la producción de péptidos que se unen de manera eficiente a proteínas de mhc clase I. El inmunoproteasoma se recambia con mayor rapidez que un proteasoma estándar, posiblemente porque la magnitud aumentada de degradación de proteína en su presencia puede tener consecuencias más allá del establecimiento de células infectadas como objetivo. Es posible que en algunos casos se produzca autoinmunidad por procesamiento aumentado de proteínas propias en células que tienen cifras altas de inmunoproteasomas.

Los péptidos son transportados desde el citosol hacia el rer

La información acerca de la vía de procesamiento citosólico provino de estudios de líneas celulares con defectos en la presentación de péptidos por moléculas de mhc clase I. Una línea celular mutante de ese tipo, llamada RMA-S, expresa alrededor de 5% de las cifras normales de moléculas de mhc clase I sobre su membrana. Aunque las células RMA-S sintetizan cifras normales de cadena α clase I y β₂-microglobulina, pocos complejos de mhc clase I aparecen sobre la membrana. Un indicio para la mutación en la línea de células RMA-S fue el descubrimiento por Townsend y sus colegas de que la “alimentación” de estas células con péptidos restituyó a lo normal sus cifras de moléculas de mhc clase I asociadas a membrana. Estos investigadores sugirieron que podrían requerirse péptidos para estabilizar la interacción entre la cadena α clase I y la β₂-microglobulina. La capacidad para restituir la expresión de moléculas de mhc clase I sobre la membrana al alimentar a las células con péptidos predigeridos sugirió que la línea de células RMA-S podría tener un defecto en el transporte de péptido.

En experimentos subsiguientes se mostró que el defecto de la línea de células RMA-S ocurre en la proteína que transporta péptidos desde el citoplasma hacia el rer, donde se sintetizan moléculas clase I. Cuando se efectuó transfección de células RMA-S con un gen funcional que codifica para la proteína transportadora, las células empezaron a expresar moléculas clase I sobre la membrana. La proteína transportadora, designada tap (que significa transportador asociado con procesamiento de antígeno), es un heterodímero que abarca la membrana, que consta de dos proteínas: TAP1 y TAP2 (figura 8-17a). Además de sus múltiples segmentos transmembrana, las proteínas TAP1 y TAP2 tienen, cada una, un dominio que se proyecta hacia la luz del rer, y un dominio de unión a atp que se proyecta hacia el citosol. Tanto TAP1 como TAP2 pertenecen a la familia de proteínas de secuencia de unión a atp que se encuentran en las membranas de muchas células, incluso bacterias. Estas proteínas median el transporte de aminoácidos, azúcares, iones y péptidos, dependiente de atp.

Los péptidos generados en el citosol por el proteasoma son translocados por la tap hacia el rer mediante un proceso que requiere la hidrólisis de atp (figura 8-17b). La tap tiene afinidad por péptidos que contienen ocho a 16 aminoácidos. La longitud de péptido óptima para la unión a mhc clase I es de alrededor de nueve aminoácidos, y los péptidos más largos son recortados por enzimas presentes en el er, como la erap (aminopeptidasa del retículo endoplasmático). Además, la tap parece favorecer péptidos con aminoácidos carboxilo terminal hidrofóbicos o básicos, los residuos ancla preferidos para moléculas de mhc clase I. Así, la tap está optimizada para transportar péptidos que tienen más probabilidades de interactuar con moléculas de mhc clase I. Los genes TAP1 y TAP2 se mapean dentro de la región clase II del mhc, adyacentes a los genes LMP2 y LMP7, y dentro de la población hay diferentes formas alélicas de estos genes. Las deficiencias de tap pueden llevar a un síndrome morboso que tiene aspectos tanto de inmunodeficiencia como de autoinmunidad (véase el recuadro 8-4, Enfoque clínico).

Los chaperones ayudan al montaje de péptido con moléculas de mhc clase I

Al igual que otras proteínas destinadas para la membrana plasmática, los componentes cadena α y β₂-microglobulina de la molécula de mhc clase I son sintetizados en ribosomas en el rer. El montaje de estos componentes hacia un complejo molecular de mhc clase I estable que pueden salir del rer requiere la presencia de un péptido en el surco de unión de la molécula clase I. El proceso de montaje involucra varios pasos, e incluye la participación de chaperones moleculares que facilitan el plegamiento de los polipéptidos.

El primer chaperón molecular involucrado en el montaje de mhc clase I es la calnexina, una proteína de membrana residente del er. ERp57, una proteína que tiene actividad enzimática, y la calnexina, se asocian con la cadena α clase I libre y promueven su plegamiento (figura 8-18). Cuando la β₂-microglobulina se une a la cadena α, la calnexina es liberada, y la molécula clase I se asocia con el chaperón calreticulina y con tapasina. La tapasina (proteína asociada a tap) acerca mucho el transportador tap a la molécula clase I, y permite que adquiera un péptido antigénico. La proteína tap promueve la captura de péptido por la molécula clase I antes de que los péptidos queden expuestos al ambiente luminal del rer.

Las exoproteasas en el er actuarán sobre péptidos no asociados con moléculas de mhc clase I. Una aminopeptidasa del er, la ERAP1, elimina el residuo amino terminal de péptidos para alcanzar tamaño óptimo para unión a clase I (figura 8-18). La ERAP1 tiene poca afinidad por péptidos de menos de ocho aminoácidos de longitud. Como una consecuencia de unión a péptidos productiva, la molécula clase I despliega estabilidad aumentada, y puede disociarse del complejo con calreticulina, tapasina y ERp57. La molécula clase I a continuación puede salir del rer y proceder a la superficie celular por medio del complejo de Golgi.

Las apc pueden internalizar material particulado mediante fagocitosis simple (también llamada “ingestión de células”), en la cual se fagocita material mediante seudópodos de la membrana celular, o por medio de endocitosis mediada por receptor, en la cual el material primero se une a receptores de superficie específicos. Los macrófagos y las células dendríticas internalizan antígeno por medio de ambos procesos. Casi todas las otras apc, sean profesionales o no, demuestran poca o ninguna actividad fagocítica y, por ende, típicamente internalizan antígeno exógeno sólo mediante endocitosis (sea endocitosis mediada por receptor o por medio de pinocitosis, “bebida de célula”). Por ejemplo, las células B internalizan antígeno con mucha eficacia por medio de endocitosis mediada por receptor al usar como el receptor su inmunoglobulina de membrana específica para antígeno.

Los péptidos son generados a partir de antígenos internalizados en vesículas endocíticas

Una vez que un antígeno es internalizado, es degradado hacia péptidos dentro de compartimentos de la vía de procesamiento endocítica. Como mostró el experimento que se presenta en la figura 8-14, el antígeno internalizado tarda 1 a 3 h en pasar por la vía endocítica, y aparece en la superficie celular en forma de complejos de péptido-mhc clase II. La vía de procesamiento de antígeno endocítica parece comprender varios compartimentos cada vez más ácidos, incluso endosomas tempranos (pH de 6.0 a 6.5); endosomas tardíos o endolisosomas (pH de 4.5 a 5.0), y lisosomas (pH de 4.5). El antígeno internalizado progresa por estos compartimentos, y encuentra enzimas hidrolíticas y un pH más bajo en cada compartimento (figura 8-19). Las células presentadoras de antígeno tienen una forma singular de endosoma tardío; el compartimento que contiene mhc clase II (miic), en el cual ocurren degradación final de proteína y carga de péptido hacia proteínas mhc clase II. Dentro de los compartimentos de la vía endocítica, el antígeno es degradado hacia oligopéptidos de alrededor de 13 a 18 residuos que se reúnen con moléculas de mhc clase II y se unen a las mismas en endosomas tardíos. Puesto que las enzimas hidrolíticas muestran actividad óptima en condiciones ácidas (pH bajo), el procesamiento de antígeno puede ser inhibido por agentes químicos que incrementan el pH de los compartimentos (p. ej., cloroquina), así como por inhibidores de proteasa (p. ej., leupeptina).

El mecanismo mediante el cual el antígeno internalizado pasa desde un compartimento endocítico hacia el siguiente no se ha demostrado de manera concluyente. Se ha sugerido que los endosomas tempranos provenientes de la periferia se mueven hacia adentro para convertirse en endosomas tardíos y finalmente en lisosomas. De manera alternativa, las vesículas de transporte pequeñas pueden transportar antígenos desde un compartimento hacia el siguiente. Finalmente los compartimentos endocíticos, o porciones de ellos, vuelven a la periferia celular, donde se fusionan con la membrana plasmática. De esta manera, los receptores de superficie son reciclados.

La cadena invariante guía el transporte de moléculas de mhc clase II hacia vesículas endocíticas

Dado que las apc expresan moléculas de mhc tanto clase I como clase II, debe haber algún mecanismo para evitar que las moléculas de mhc clase II se unan a los péptidos antigénicos destinados para las moléculas clase I. Cuando se sintetizan moléculas de mhc clase II dentro del rer, estas cadenas αβ clase II se asocian con una proteína llamada cadena invariante (Ii, CD74). Esta proteína no codificada por mhc, conservada, interactúa con el surco de unión a péptido clase II, lo que evita que cualesquiera péptidos derivados de manera endógena se unan mientras la molécula clase II está dentro del rer (figura 8-20a). La cadena invariante también parece estar involucrada en el plegamiento de las cadenas α y β clase II, su salida desde el rer, y el direccionamiento subsiguiente de moléculas clase II a la vía de procesamiento endocítico desde la red trans-Golgi.

La función de la cadena invariante en el direccionamiento de moléculas clase II se ha demostrado en experimentos de transfección con células que carecen tanto de los genes que codifican para moléculas de mhc clase II como de los genes que codifican para la cadena invariante. El marcado inmunofluorescente de estas células que sólo fueron objeto de transfección con genes que codifican para mhc clase II reveló que, en ausencia de cadena invariante, las moléculas clase II permanecen principalmente en el er y no transitan más allá del cis-Golgi. Sin embargo, en células que fueron objeto de transfección con genes que codifican para mhc clase II y el gen Ii, las moléculas clase II estuvieron situadas en las estructuras vesiculares citoplasmáticas de la vía endocítica. La cadena invariante contiene señales de distribución en su cola citoplasmática que dirigen el transporte del complejo de mhc clase II desde la red trans-Golgi hacia los compartimentos endocíticos.

Los péptidos se montan con moléculas de mhc clase II al desplazar clip

Experimentos recientes indican que casi todos los complejos de cadena invariante-mhc clase II son transportados desde el rer, donde son formados, a través del complejo de Golgi y la red trans-Golgi, y después a través de la vía endocítica; se mueven desde endosomas tempranos hacia el compartimento endosomal tardío miic en algunos casos. Conforme la actividad proteolítica aumenta en cada compartimento sucesivo, la cadena invariante es gradualmente degradada. Empero, un fragmento corto de la cadena invariante llamado clip (que significa péptido de cadena invariante asociado con clase II) permanece unido a la molécula clase II después de que casi toda la cadena invariante ha sido dividida dentro del compartimento endosomal. Al igual que el péptido antigénico, clip físicamente ocupa el surco de unión a péptido de la molécula de mhc clase II, lo que evita cualquier unión prematura de péptido derivado de antígeno (figura 8-20b).

Una molécula de mhc clase II no clásica llamada hla-dm se requiere para catalizar el intercambio de clip con péptidos antigénicos (figura 8-20a). Los genes DMα y DMβ están situados cerca de los genes tap y lmp en el complejo mhc de seres humanos, con genes similares en ratones (figura 8-8). Al igual que otras moléculas de mhc clase II, la hla-dm es un heterodímero de cadenas α y β. Con todo, a diferencia de otras moléculas clase II es relativamente no polimorfa y en circunstancias normales no es expresada en la membrana celular, sino que se encuentra de modo predominante dentro del compartimento endosomal. Se ha encontrado que hla-dm se asocia con la cadena β de mhc clase II, y que funciona en la eliminación o “edición” de péptidos, incluso clip, que se asocian de manera transitoria con el surco de unión de moléculas clase II clásicas. Los péptidos que hacen interacciones moleculares en especial fuertes con mhc clase II, lo que crea complejos de vida prolongada, son más difíciles de desplazar por hla-dm y, así, se convierten en el repertorio de péptidos que finalmente llegan a la superficie celular como complejos de mhc-péptido.

Al igual que con las moléculas de mhc clase I, se requiere unión a péptido para mantener la estructura y estabilidad de moléculas de mhc clase II. Una vez que se ha unido un péptido, el complejo de mhc clase II-péptido es transportado a la membrana plasmática, donde el pH neutro parece permitir al complejo adoptar una forma estable, compacta. El péptido está unido tan fuertemente en esta forma compacta que es difícil de reemplazar un péptido unido a clase II sobre la membrana por otro péptido en condiciones fisiológicas.

Otro miembro no clásico adicional de la familia de mhc clase II, hla-do, al igual que dm, es otra molécula clase II relativamente no polimorfa. A diferencia de otras moléculas clase II, su expresión no es inducida por IFN-γ. Se ha encontrado que hla-do actúa como un regulador negativo de la unión a antígeno; modula la función de hla-dm y cambia el repertorio de péptidos que se unen de preferencia a moléculas clase II clásicas. En células que expresan tanto do como dm, estas dos moléculas se asocian fuertemente en el er y mantienen esta interacción en todo el camino a los compartimentos endosomales. Aunque esta interacción se ha reconocido durante muchos años, la función de este regulador negativo y las repercusiones de este repertorio de péptidos cambiado sólo ahora se están resolviendo.

Originalmente observado sólo en células B y en el timo, el perfil de expresión celular de hla-do recientemente se ha expandido a células dendríticas (dc), donde se cree que está implicado en el mantenimiento de la autotolerancia (capítulo 16). Este fenómeno fue estudiado por L. K. Denzin y colaboradores usando ratones propensos a diabetes sometidos a procedimientos de ingeniería para que expresaran hla-do de ser humano. Se sabe que las dc son esenciales en el establecimiento de la tolerancia de lo propio, así como en la presentación de autoantígenos a células T autorreactivas. En estos animales diabéticos no obesos se desarrollan células T autorreactivas y estas células finalmente destruyen las células β pancreáticas, lo que causa diabetes. En este estudio, la aparición de diabetes fue bloqueada por la presencia del transgén que codifica para hla-do en dc. Además, usando anticuerpos monoclonales específicos, mostraron que el repertorio de péptidos que estuvo siendo presentado a las células T autorreactivas estuvo significativamente alterado, lo que dio lugar a una eficiencia reducida en la presentación de péptidos propios clave. Esta investigación y otras sugieren que la expresión de do normal puede desempeñar un papel importante en la modulación de la conducta de dm para asegurar la presentación de un repertorio de péptidos propios que estimula la tolerancia a antígenos propios. Despierta interés que en ratones salvajes y humanos, la expresión de do es regulada en dirección descendente después de activación de dc por antígeno, lo cual libera hla-dm para llevar a cabo su función normal de estimular la presentación de una gama diversa de péptidos, muchos de los cuales probablemente se derivarán de las proteínas extrañas que estimularon estas apc.

La figura 8-21 ilustra la vía endógena (lado izquierdo), y se le compara con la vía exógena separada (derecha) antes descrita. El hecho de si un péptido antigénico se asocia con moléculas clase I o con moléculas clase II está dictado parcialmente por el modo de entrada hacia la célula, sea exógeno o endógeno, por el sitio de procesamiento, y por el tipo de célula. Aun así, en la sección que sigue se verá que estas asignaciones no son absolutas, y que los antígenos exógenos pueden, en algunas apc, ser presentados por antígenos clase I por medio de una vía singular.

Ya se mencionó que después de que las pAPC internalizan antígeno extracelular pueden procesar estos antígenos y presentarlos por medio de la vía exógena. Dado que las pAPC también expresan moléculas coestimuladoras, la unión de células T CD4⁺ con estos complejos de mhc clase II-péptido puede llevar a activación de respuestas a auxiliares T. Por otro lado, las células infectadas por lo general procesarán y presentarán péptidos citosólicos por medio de la vía endógena, lo que lleva a complejos de mhc clase I-péptido sobre su superficie. De cualquier modo, a menos que estas células infectadas sean pAPC, no expresarán las moléculas coestimuladoras necesarias para activar células T CD8⁺ vírgenes. Esto deja un dilema: ¿de qué modo el sistema inmunitario activa células T CD8⁺ vírgenes para eliminar microbios intracelulares a menos que suceda que una célula presentadora de antígeno profesional quede infectada? Y si una pAPC no está albergando una infección intracelular, ¿cómo esta célula presenta agentes patógenos, como virus que han sido fagocitados desde fuentes extracelulares de maneras que activarán las respuestas de ctl necesarias (por lo general mediadas por la vía endógena)?

La respuesta a este dilema es un proceso llamado presentación cruzada. En algunos casos, las apc desviarán antígeno obtenido mediante endocitosis (antígeno exógeno) hacia una vía que conduce a carga de mhc clase I y presentación de péptido a ctl (como en la vía endógena); en otras palabras, cruce de las dos vías. Reportado por vez primera por Michael Bevan, y más tarde descrito con detalle por Peter Cresswell y colegas, el fenómeno de presentación cruzada requiere que los antígenos internalizados que normalmente serían manejados por la vía exógena que da pie a presentación por mhc clase II, de algún modo quedan redirigidos hacia una vía de carga de péptido clase I. Cuando esta forma de presentación de antígeno lleva a la activación de respuestas de ctl, se denomina preparación cruzada; cuando conduce a la inducción de tolerancia en estas células T CD8⁺ se llama tolerancia cruzada.

Las células dendríticas parecen ser el tipo de célula presentadora cruzada primaria

El concepto de presentación cruzada fue reconocido por vez primera en etapas tan tempranas como 1976, pero los tipos de células y mecanismos de acción importantes persistieron como un misterio hasta una fecha más reciente. Estudios nuevos, enfocados en subgrupos de dc que ahora se reconoce que son los más eficientes de los presentadores cruzados, apenas están empezando a aclarar este proceso. Por ejemplo, el agotamiento o la desactivación in vivo de dc compromete la presentación cruzada. La más potente de las dc presentadoras cruzadas parece residir en órganos linfoides secundarios, donde se cree que reciben antígeno proveniente de fuentes extracelulares mediante transferencia desde apc que están migrando, o desde células infectadas moribundas. Se ha encontrado que algunos otros tipos de células, como las células B, los macrófagos, los neutrófilos y los mastocitos, son capaces de efectuar presentación cruzada in vitro, si bien todavía se carece de evidencia de que efectúan presentación cruzada in vivo o que tienen la capacidad para preparar respuestas de ctl (esto es, activar células T CD8⁺ vírgenes).

Mecanismos y funciones de la presentación cruzada

Se han propuesto dos modelos posibles para la manera en que las dc logran presentación cruzada. El primero plantea la hipótesis de que las células presentadoras cruzadas poseen maquinaria de procesamiento de antígeno especial que permite la carga de péptidos derivados de manera exógena sobre moléculas de mhc clase I. La segunda teoría postula maquinaria de endocitosis especializada que puede enviar antígeno internalizado directamente a un orgánulo (como un fagosoma o un endosoma temprano), donde péptidos que provienen de esos antígenos a continuación son cargados sobre moléculas de mhc clase I usando maquinaria convencional. Estos dos mecanismos propuestos no son mutuamente excluyentes, y hay evidencia para ambos.

No se ha resuelto el medio por el cual el antígeno logra el entrecruzamiento desde sus orígenes exógeno o extracelular hacia la vía endógena. No obstante, en muchos casos se ha encontrado que antígeno presentado de manera cruzada entra al citoplasma. A principios de la década de 1990-1999, se mostró que antígenos conjugados con cuentas captados por dc presentadoras cruzadas podían llegar al citosol de estas células. Más tarde, M. L. Lin y colegas mostraron que el citocromo c agregado de manera exógena, que causa muerte celular programada cuando está presente en el citosol, podía inducir apoptosis en células dc presentadoras cruzadas. Ahora se propone que la retrotranslocación, o el movimiento de proteínas que fueron objeto de endocitosis hacia afuera de compartimentos endocíticos y hacia el citosol, puede ocurrir por medio de moléculas de tap presentes en estas membranas endocíticas —un tipo de flujo retrógrado hacia afuera de las vesículas endocíticas—. Sin embargo, también se ha observado presentación cruzada independiente de tap de algunos antígenos, lo que sugiere que pueden existir múltiples mecanismos para direccionar péptidos derivados desde el exterior hacia moléculas clase I.

La capacidad de algunas dc para presentar de manera cruzada antígenos plantea una gran ventaja para el huésped. Permite que estas apc capten virus desde el ambiente extracelular o desde células que están muriendo, que procesen estos antígenos virales, y que activen tlc que pueden atacar células infectadas por virus, lo que inhibe la diseminación adicional de la infección. Queda una pregunta sobresaliente: si esta vía tiene tanta importancia, ¿por qué no todas las apc efectúan presentación cruzada? La respuesta tal vez yazca en el hecho de que las células presentadoras cruzadas podrían convertirse con rapidez en blancos de lisis ellas mismas. Otro dilema se refiere a cómo las dc presentadoras cruzadas manejan péptidos propios presentados en mhc clase I. ¿Estas células no deben romper la tolerancia al presentar péptidos propios derivados del exterior de la célula a células T CD8⁺, con activación de respuestas de ctl contra lo propio?

Para ayudar a explicar cómo está regulada la presentación cruzada y se mantiene la tolerancia, científicos han propuesto que las dc podrían necesitar primero recibir “licencia” antes de que puedan efectuar presentación cruzada. El tipo de célula que se postula que suministra este papel de emisión de licencia son las células T CD4⁺ activadas. La manera en que se cree que esto funciona es que, en primer lugar, la vía exógena clásica de procesamiento de antígeno en dc conduce a presentación de antígeno a células T CD4⁺ por medio de clase II, lo que lleva a activación de estas células (figura 8-22a). A continuación, estas células auxiliares activadas podrían devolver el favor al inducir moléculas coestimuladoras en la dc y mediante secreción de citocina (p. ej., IL-2), lo que proporciona una “segunda opinión” que, respectivamente, otorga licencia a la dc para presentar antígenos internalizados por medio de mhc clase I, y ayuda a activar células T CD8⁺ vírgenes (figura 8-22b). Este requerimiento para emisión de licencia por una célula T_H podría ayudar a evitar la inducción accidental de ctl contra antígenos no patogénicos o proteínas propias.

Si esto es así, cualesquiera dc que carezcan de licencia y que efectúen presentación cruzada de antígenos pueden servir para el propósito opuesto e igual de importante. Dado que no han recibido la aprobación por parte de las células T_H para activar respuestas de ctl, en lugar de eso pueden inducir tolerancia en las células T CD8⁺ que encuentran, lo que ayuda a disminuir la reactividad a estos antígenos.

Hasta este punto, la exposición de la presentación de antígenos se ha limitado a antígenos proteínicos y su presentación por medio de las moléculas de mhc clases I y II clásicas. Se sabe bien que algunos antígenos no proteínicos también son reconocidos por células T, y durante la década de 1980-1989 se detectó proliferación de células T en presencia de antígenos no proteínicos derivados de agentes infecciosos. Muchos reportes ahora indican que diversos tipos de células T (que expresan receptores de célula T γδ, así como αβ) pueden reaccionar contra antígenos lipídicos, como el ácido micólico, derivado de agentes patógenos bien conocidos, como Mycobacterium tuberculosis. Estos antígenos son presentados por miembros de la familia CD1 de moléculas clase I no clásicas.

Las moléculas de CD1 comparten similitud estructural con el mhc clase I clásico, pero se superponen funcionalmente con el mhc clase II. Se conocen cinco genes que codifican para CD1 de seres humanos; todos son codificados en un cromosoma separado de las moléculas clase I clásicas, y despliegan polimorfismo muy limitado. De modo muy parecido al mhc clase I clásico, las proteínas CD1 están formadas por una cadena pesada transmembrana, compuesta de tres dominios α extracelulares, que se asocia de modo no covalente con β2-microglobulina. Empero, en términos de tráfico y perfil de expresión, casi todas las moléculas CD1 semejan las proteínas de mhc clase II, con movimiento intracelular hacia compartimentos endosomales, donde se asocian con antígeno exógeno. Al igual que las moléculas de mhc clase II, las proteínas CD1 son expresadas por muchos tipos de células inmunitarias, entre ellos timocitos, células B y dc, aunque algunos miembros de la familia también se han encontrado sobre hepatocitos y células epiteliales.

Se ha hallado que muchas estructuras lipídicas o enlazadas a lípidos diferentes se asocian de modo no covalente con moléculas CD1. En general, casi todas éstas son antígenos glucolípidos o lipoproteína, en los cuales la porción lipídica se adapta en bolsas profundas dentro del surco de unión a CD1, y el grupo cabeza hidrofílico permanece expuesto, lo que permite reconocimiento por células T. Estructuras cristalinas han demostrado que CD1 contiene un surco de unión que es más profundo y más estrecho que las moléculas de mhc clásicas. Estos surcos están revestidos con aminoácidos no polares, que pueden dar cabida fácilmente a estructuras lipídicas. Algunas de estas bolsas corresponden a grandes rasgos con las bolsas de unión a antígeno de mhc clase I clásico, y permiten que el antígeno tenga acceso a un surco profundo a través de una abertura estrecha —como un pie que se desliza hacia un zapato (figura 8-23a)—. En la figura 8-23b se ilustra una comparación del surco de unión de CD1b que sostiene un antígeno lipídico con una molécula clase I clásica que forma complejos con antígeno peptídico. La manera relativamente inespecífica de asociación de antígeno con el surco de unión a CD1, que se fundamenta principalmente en muchas interacciones hidrofóbicas, probablemente explica la diversidad de antígenos propios y extraños que pueden ser presentados por estas moléculas clase I no clásicas. Se sabe que diversas células T se unen a estas moléculas de mhc no clásicas.

Ahora se ha emitido la hipótesis de que lípidos propios de cadena corta con afinidad relativamente baja son cargados sobre moléculas de CD1 en el er, poco después de la traducción, y permiten plegamiento apropiado de proteína CD1. Estas moléculas CD1 cargadas con antígeno propio a continuación viajan a la superficie celular, donde en algunos casos estos antígenos propios de baja afinidad pueden ser intercambiados por lípidos exógenos. Al igual que con las moléculas de mhc clase II, después de endocitosis y movimiento hacia ambientes de pH más bajo, se cree que las proteínas CD1 intercambian sus parejas, de unión de baja afinidad, péptido propio, por antígenos lipídicos de alta afinidad, de cadena larga, derivados de modo exógeno, residentes en fagosomas o en endosomas tardíos. Estas moléculas de CD1 recién cargadas a continuación vuelven a la superficie celular para reconocimiento por células T restringidas a CD1. Ratones transgénicos construidos recientemente que expresan moléculas de CD1 de ser humano probablemente llevarán a nuevos modelos murinos dirigidos a definir mejor el papel de células T restringidas a CD1 en la protección contra infección.

• El complejo mayor de histocompatibilidad (mhc) codifica para moléculas clase I y II, que funcionan en la presentación de antígeno a células T, y moléculas clase III, que tienen diversas funciones.

• Las moléculas de mhc clase I constan de una cadena α de glucoproteína grande codificada por un gen que codifica para mhc, y β₂-microglobulina, una proteína con un dominio único que es codificado en otro sitio.

• Las moléculas de mhc clase II están compuestas de dos glucoproteínas asociadas de modo no covalente, las cadenas α y β, codificadas por genes que codifican para mhc separados.

• Los genes que codifican para mhc están estrechamente enlazados y por lo general se heredan como una unidad desde los padres; estas unidades enlazadas se llaman haplotipos.

• Los genes que codifican para mhc son polimorfos (hay muchos alelos para cada gen en la población), poligénicos (hay varios genes que codifican para mhc diferentes en un individuo), y se expresan de modo codominante (copias tanto materna como paterna).

• Los alelos de mhc influyen sobre los fragmentos de antígeno que son presentados al sistema inmunitario, lo que tiene implicaciones sobre la susceptibilidad a diversas enfermedades.

• Las moléculas clase I son expresadas sobre casi todas las células nucleadas; las moléculas clase II se restringen a células B, macrófagos y células dendríticas (pAPC).

• En la mayor parte de los casos, las moléculas clase I presentan antígeno endógeno procesado a células T_C CD8⁺, y las moléculas clase II presentan antígeno exógeno procesado a células T_H CD4⁺.

• Los antígenos endógenos son degradados hacia péptidos dentro del citosol por proteasomas, se montan con moléculas clase I en el rer, y son presentados sobre la membrana a células T_C CD8⁺; ésta es la vía de procesamiento y presentación endógena.

• Los antígenos exógenos son internalizados y degradados dentro de los compartimentos endocíticos ácidos, y después se combinan con moléculas clase II para presentación a células T_H CD4⁺. Ésta es la vía de procesamiento y presentación exógenos.

• La unión de péptido a moléculas clase II involucra reemplazo de un fragmento de cadena invariante en el surco de unión por un proceso catalizado por la molécula de mhc no clásica hla-dm.

• En algunos casos, antígenos exógenos en ciertos tipos de células (principalmente dc) pueden tener acceso a vías de presentación clase I en un proceso llamado presentación cruzada.

• La presentación de antígenos no peptídicos (lipídicos y enlazados a lípido) derivados de agentes patógenos involucra las moléculas CD1 tipo clase I no clásicas.

Sitios web útiles

www.bioscience.org Este sitio Frontiers in Bioscience incluye en la sección herramientas de investigación (Research Tools) una base de datos que lista deleciones de gen. Se dispone de información sobre estudios de las consecuencias de la alteración dirigida de moléculas de mhc y otras moléculas componentes, incluso β₂-microglobulina y la cadena invariante clase II.

www.bshi.org.uk La página inicial de la British Society for Histocompatibility and Immunogenetics contiene información sobre tipificación de tejido y trasplante, y enlaces a sitios de todo el mundo relacionados con el mhc.

www.nature.com/nrg/journal/v5/n12/poster/MHCmap/index.html Un cartel con un mapa de gen extendido del mhc humano tomado de la referencia de Horton et al. antes citada.

www.ebi.ac.uk/imgt/hla La sección de la base de datos de International ImMuno-GeneTics (imgt) contiene enlaces hacia sitios que presentan información acerca de la estructura del gen que codifica para hla y los aspectos genéticos del mismo, y listados y secuencias actualizados para todos los alelos hla oficialmente reconocidos por el Comité de nomenclatura sobre hla de la Organización Mundial de la Salud.

www.hla.alleles.org Un sitio web mantenido por el hla Informatics Group, con sede en el Anthony Nolan Trust en el Reino Unido, con información actualizada sobre los números de alelos y proteínas del hla.

Pregunta de enfoque clínico Los pacientes con deficiencia de tap tienen inmunodeficiencia parcial, así como manifestaciones autoinmunitarias. ¿De qué modo los perfiles para células inmunitarias de pacientes explican la inmunodeficiencia parcial? ¿Por qué es difícil diseñar un tratamiento con terapia génica para esta enfermedad, pese al hecho de que está implicado un defecto de gen único?

1. Indique si cada una de las afirmaciones que siguen es verdadera o falsa. Si cree que una afirmación es falsa, explique por qué.

   1. Un anticuerpo monoclonal específico para β₂-microglobulina puede usarse para detectar moléculas de mhc clase I tanto K como D sobre la superficie de células.

   2. Las células presentadoras de antígeno expresan moléculas de mhc tanto clase I como clase II sobre sus membranas.

   3. Los genes que codifican para mhc clase III codifican para proteínas unidas a membrana.

   4. En poblaciones exogámicas, un individuo tiene más probabilidades de ser histocompatible con uno de sus progenitores que con sus hermanos.

   5. Las moléculas del mhc clase II típicamente se unen a péptidos más largos que las moléculas clase I.

   6. Todas las células nucleadas expresan moléculas de mhc clase I.

   7. Casi todos los péptidos desplegados por moléculas de mhc clase I y clase II sobre células se derivan de proteínas propias.

2. Usted cruza un ratón BALB/c (H-2^d) con un ratón cba (H-2^k). ¿Qué moléculas de mhc expresarán la progenie F₁ sobre a) sus células hepáticas y b) sus macrófagos?

3. Para llevar a cabo estudios sobre la estructura y función de la molécula de mhc clase I K^b y la molécula de mhc clase II IA^b, usted decide efectuar transfección de los genes que codifican para estas proteínas hacia una línea de células fibroblasto de ratón (célula L) derivada de la cepa C3H (H-2^k). Las células L normalmente no funcionan como células presentadoras de antígeno. En el cuadro que sigue, indique cuál de las moléculas de mhc listadas será expresada (+) o no será expresada (–) sobre la membrana de las células L que fueron objeto de transfección.

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   Gen que es objeto de transfección	Moléculas de MHC expresadas sobre la membrana de las células L que son objeto de transfección
   	Dk	Db	Kk	Kb	IAk	IAb
   Ninguno
   Kb
   IAαb
   IAβb
   IAαb y IAβb

4. La cepa de ratón sjl, que tiene el haplotipo H-2^s, tiene una deleción en el locus IEα.

   1. Liste las moléculas de mhc clásicas que son expresadas sobre la membrana de macrófagos provenientes de ratones sjl.

   2. Si se efectúa transfección de los genes IEα e IEβ clase II desde una cepa H-2^k hacia macrófagos sjl, ¿qué moléculas de mhc clásicas adicionales serían expresadas sobre los macrófagos que fueron objeto de transfección?

5. Dibuje diagramas que ilustren la estructura general, incluso los dominios, de moléculas de mhc clase I, moléculas de mhc clase II, y anticuerpo unido a membrana sobre células B. Marque cada cadena y los dominios dentro de ella, las regiones de unión a antígeno, y las regiones que tienen la estructura de pliegue de inmunoglobulina.

6. Uno de los datos característicos del mhc es el número grande de alelos diferentes en cada locus.

   1. ¿Dónde están situados casi todos los residuos de aminoácido polimorfos en moléculas de mhc? ¿Cuál es la importancia de esta ubicación?

   2. ¿Cómo se cree que se genera el polimorfismo de mhc?

7. Como un estudiante en una clase de laboratorio de inmunología, se le han dado células de bazo provenientes de un ratón inmunizado con el virus lcm (lcmv). Usted determina con dos ensayos diferentes la actividad funcional específica para antígeno de estas células. En el ensayo 1, las células de bazo son incubadas con macrófagos que han quedado expuestos brevemente a lcmv; la producción de interleucina-2 (IL-2) es una respuesta positiva. En el ensayo 2, las células de bazo son incubadas con células blanco infectadas con lcmv; la lisis de las células blanco representa una respuesta positiva en este ensayo. Los resultados de los ensayos usando macrófagos y células blanco de diferentes haplotipos se presentan en el cuadro que aparece a continuación. Note que el experimento se ha preparado de modo que excluya respuestas alorreactivas (reacciones contra moléculas de mhc no propias).

   1. ¿La actividad de cuál población de células es detectada en cada uno de los dos ensayos?

   2. ¿La actividad funcional de cuáles moléculas de mhc es detectada en cada uno de los dos ensayos?

   3. A partir de los resultados de este experimento, ¿cuáles moléculas de mhc se requieren, además del virus lcm, para reactividad específica de células del bazo en cada uno de los dos ensayos?

   4. ¿Qué experimentos adicionales podría usted realizar para confirmar de manera no ambigua las moléculas de mhc requeridas para reactividad específica para antígeno de las células de bazo?

   5. ¿Cuál de las cepas de ratones listadas en el cuadro podría haber sido la fuente de las células del bazo inmunizadas probadas en los ensayos funcionales? Dé sus razones.

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   	Haplotipo MHC de macrófagos y células blancoinfectadas por virus				Respuesta de células del bazo
   Cepa de ratón usada como fuente de macrófagos y células blanco	K	IA	IE	D	Producción de IL-2 en respuesta a macrófagos pulsados con LCMV (ensayo 1)	Lisis de células infectadas por LCMV (ensayo 2)
   C3H	k	k	k	k	+	-
   BALB/C	d	d	d	d	-	+
   (BALB/C X B10.A)F1	d/k	d/k	d/k	d/k	+	+
   A.TL	s	k	k	d	-	+
   B10.A (3R)	b	b	b	d	-	+
   B10.A (4R)	k	k	–	b	+	-

8. Una clona de células T_C reconoce un péptido particular del virus del sarampión cuando es presentado por H-2D^b. Otra molécula de mhc tiene un surco de unión a péptido idéntico al que está en H-2D^b, pero difiere de H-2D^b en varios otros aminoácidos en el dominio α1. Prediga si la segunda molécula de mhc podría presentar este péptido de virus del sarampión a la clona de células T_C. Explique brevemente su respuesta.

9. Los eritrocitos de ser humano no son nucleados, y no expresan moléculas de mhc en absoluto. ¿Por qué esta propiedad es fortuita para transfusiones de sangre?

10. La combinación alélica hipotética HLA-A99 y HLA-B276 porta un riesgo relativo de 200 para una enfermedad rara a la que aún no se asigna nombre, que es mortal para niños preadolescentes.

    1. ¿Todo individuo con A99/B276 contraerá la enfermedad?

    2. ¿Todas las personas que presentan la enfermedad tendrán la combinación A99/B276?

    3. ¿Con qué frecuencia la combinación alélica A99/B276 se observará en la población general? ¿Cree que esta combinación será más o menos común que lo predicho por la frecuencia de los dos alelos individuales? ¿Por qué?

11. Explique la diferencia entre los términos célula presentadora de antígeno y célula blanco, como se usan comúnmente en inmunología.

12. Defina los términos que siguen:

    1. Restricción a mhc propio

    2. Procesamiento de antígeno

    3. Antígeno endógeno

    4. Antígeno exógeno

    5. Residuos ancla

    6. Inmunoproteasoma

13. Al hacer caso omiso de la presentación cruzada, indique si cada uno de los componentes o procesos celulares listados está involucrado en el procesamiento y la presentación de antígenos exógenos (ex), antígenos endógenos (en), o ambos (B). Explique brevemente la función de cada inciso.

    1. ______ Moléculas de mhc clase I

    2. ______ Moléculas de mhc clase II

    3. ______ Cadenas invariantes (Ii)

    4. ______ Hidrolasas liposomales

    5. ______ Proteínas TAP1 y TAP2

    6. ______ Transporte de vesículas desde el rer hacia el complejo de Golgi

    7. ______ Proteasomas

    8. ______ Fagocitosis o endocitosis

    9. ______ Calnexina

    10. ______ clip

    11. ______ Tapasina

14. Se ha mostrado que las células presentadoras de antígeno presentan péptido lisozima 46-61 junto con la molécula IA^k clase II. Cuando célula_{s TH} CD4⁺ son incubadas con apc y lisozima natural o el péptido lisozima sintético 46-61, ocurre activación de la célula T_H.

    1. Si se añade cloroquina a la mezcla de incubación, la presentación de la proteína natural es inhibida, pero el péptido sigue induciendo activación de célula T_H. Explique por qué ocurre esto.

    2. Si la adición de cloroquina se retrasa 3 h, la presentación de la proteína natural no es inhibida. Explique por qué ocurre esto.

15. Las células que pueden presentar antígeno a células T_H se han clasificado en dos grupos: apc profesionales y no profesionales.

    1. Nombre los tres tipos de apc profesionales. Para cada tipo, indique si expresa de manera constitutiva moléculas del mhc clase II y una señal coestimuladora o si debe ser activada antes de hacerlo.

    2. Dé tres ejemplos de apc no profesionales. ¿Cuándo tienen estas células más probabilidad de funcionar en la presentación de antígeno?

16. Prediga si ocurrirá proliferación de células T_H o citólisis de células blanco mediada por ctl con las mezclas de células que siguen. Las células T_H CD4⁺ son de ratones preparados con lisozima, y los ctl CD8⁺ son de ratones infectados por virus de la gripe. Use R para indicar una respuesta y NR para indicar respuesta nula.

    1. ______ células T_H H-2^k + macrófagos H-2^k pulsados con lisozima

    2. ______ células T_H H-2^k + macrófagos H-2^b/k pulsados con lisozima

    3. ______ células T_H H-2^k + macrófagos H-2^d preparados con lisozima

    4. ______ ctl H-2^k + macrófagos H-2^k infectados por virus de la gripe

    5. ______ ctl H-2^k + macrófagos H-2^d infectados por virus de la gripe

    6. ______ ctl H-2^d + macrófagos H-2^d/k infectados por virus de la gripe

17. Recientemente se mostró que moléculas de la familia CD1 presentan antígenos no peptídicos.

    1. ¿Cuál es la principal fuente de antígenos no peptídicos?

    2. ¿Por qué las moléculas CD1 no se clasifican como miembros de la familia mhc aun cuando se asocian con β2-microglobulina?

    3. ¿Qué evidencia sugiere que la vía CD1 es diferente de la utilizada por moléculas de mhc clase I clásicas?

18. Una laminilla de macrófagos se tiñó mediante inmunofluorescencia usando un anticuerpo monoclonal para el complejo TAP1/TAP2. ¿Cuál de los compartimentos intracelulares que siguen mostraría tinción positiva con este anticuerpo?

    1. Superficie celular

    2. Retículo endoplasmático

    3. Aparato de Golgi

    4. Las células no serían positivas porque el complejo TAP1/TAP2 no es expresado en macrófagos.

19. Los determinantes de hla no sólo se usan para tipificación de tejido de órganos para trasplante, sino como un grupo de marcadores en pruebas de paternidad. Dados los fenotipos que siguen, ¿cuál de los padres potenciales es más probable que sea el padre biológico real? Indique por qué cada uno podría o no podría ser el padre biológico.

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    	HLA-A	HLA-B	HLA-C
    Descendencia	A3, 43	B54, 59	C5, 8
    Madre biológica	A3, 11	B59, 78	C8, 8
    Padre potencial 1	A3, 33	B54, 27	C5, 5
    Padre potencial 2	A11, 43	B54, 27	C5, 6
    Padre potencial 3	A11, 33	B59, 26	C6, 8

20. Suponiendo el mayor grado de heterocigosidad, ¿cuál es el número máximo de moléculas de hla clase I clásicas diferentes que un individuo puede emplear para presentar antígenos a células T CD8⁺? Suponiendo que no hay genes que codifican para cadena β extra, ¿cuál es el número máximo de moléculas clase II diferentes (isoformas) que un individuo puede usar para presentar antígeno a células T CD4⁺?

21. Defina los términos que siguen, y dé ejemplos usando el locus de hla humano: poligenia, polimorfismo y expresión codominante. ¿De qué modo exactamente cada uno contribuye a asegurar que una diversidad de antígenos pueda ser presentada por cada individuo?

22. ¿Cuál es el fenotipo celular que se produce por desactivación o mutación de ambas copias del gen que codifica para la cadena invariante?

23. En términos generales, describa el proceso de la presentación cruzada. ¿Cuáles tipos de células tienen más probabilidades de estar involucrados en la presentación cruzada, y qué papel singular desempeña este proceso en la activación de células T CD8⁺?

ANALICE LOS DATOS Smith y colegas (2002, Journal of Immunology 169:3105) examinaron la capacidad de dos péptidos para unirse a dos alotipos diferentes —L^d y L^q— de la molécula del mhc clase I murina. Analizaron a) la unión de un péptido de citomegalovirus murino (mcmv, secuencia de aminoácidos yphfmptnl) y b) un péptido sintetizado, tum^– P91A 14-22 (tqnhraldl). Antes y después de pulsar las células con los péptidos blanco, los investigadores midieron la cantidad de moléculas de mhc libres de péptido sobre la superficie de células que expresaban L^d, L^q, o un L^d mutante en el cual el triptófano había sido mutado hacia arginina en el aminoácido 97 (L^d W97R). La capacidad del péptido para disminuir el número relativo de formas abiertas sobre la superficie celular refleja unión de péptido aumentada a las moléculas de mhc clase I. Responda las preguntas que siguen con base en los datos y lo que ha aprendido de la lectura de este libro.

1. ¿Hay diferencias alotípicas en la unión de péptidos por moléculas de mhc clase I naturales sobre la superficie celular?

2. ¿Hay diferencia de la unión de péptido de mcmv a L^d después de una mutación de triptófano (W) a arginina (R) en la molécula de L^d en la posición 97? Explique su respuesta.

3. ¿Hay diferencia de la unión de péptido  tum² P91A 14-22 a L^d después de una mutación de triptófano (W) a arginina (R) en la molécula L^d en posición 97? Explique su respuesta.

4. Si usted quisiera inducir exitosamente una respuesta de célula T CD8⁺ contra el péptido tum² P91A 14-22, ¿inyectaría un ratón que expresa L^q o L^d? Explique su respuesta.

5. Las células T generadas contra el péptido de mcmv tienen una especificidad diferente que las células T generadas contra el péptido tum² P91A 14-22 cuando L^d es la molécula de mhc que produce restricción. Explique cómo diferentes péptidos pueden unirse a la misma molécula de L^d pero restringir/presentar péptido a células T con diferentes especificidades de antígeno.

Respuesta de enfoque clínico La deficiencia de tap da lugar a falta de moléculas clase I sobre la superficie celular o un síndrome de linfocito desnudo tipo I. Esto da pie a inmunodeficiencia parcial por cuanto la presentación de antígeno está comprometida, pero hay células nk y células T γδ para limitar infección viral. La autoinmunidad se produce por la falta de moléculas clase I que dan señales negativas por medio de moléculas de receptor inhibidor de célula asesina (kir); las interacciones entre kir y moléculas clase I evitan que las células nk produzcan lisis de células blanco. En su ausencia, las células propias son blancos de ataque autoinmunitario contra células cutáneas, lo que da lugar a las lesiones que se observan en pacientes con deficiencia de tap. El uso de terapia génica para curar a quienes padecen deficiencia de tap se complica por el hecho de que los genes clase I son expresados en casi todas las células nucleadas. Dado que el producto clase I está unido a células, cada célula deficiente debe repararse para compensar los efectos de este problema. Por ende, aunque el reemplazo del gen defectuoso en teoría puede ser posible, aún es un obstáculo averiguar cuáles células se pueden reparar mediante transfección del gen funcional y readministrarse al huésped.

1. a) Verdadero b) Verdadero c) Falso: las moléculas de mhc clase III son proteínas solubles que no funcionan en la presentación de antígeno. Incluyen varios componentes del complemento, TNF-α y linfotoxina α. d) Falso: la descendencia de padres heterocigóticos hereda un haplotipo de mhc de cada padre y, así, expresará algunas moléculas que difieren de las de cada progenitor; por esta razón, los progenitores y la descendencia son histoincompatibles. En contraste, los hermanos tienen una de cuatro probabilidades de ser histocompatibles (figura 8-10c) e) Verdadero f) Falso: casi todas las células nucleadas expresan moléculas de mhc clase I, pero las neuronas, las células placentarias y los espermatozoides en ciertas etapas de diferenciación parecen carecer de moléculas clase 1. g) Cierto.

2. a) Células hepáticas: clase I K^d, K^k, D^d, D^k, L^d y L^k. b) Macrófagos: clase I K^d, K^k, D^d, D^k, L^d y L^k. Clase II IAα^kβ^k, IAα^dβ^d, IAα^kβ^d, IAα^dβ^k, IEα^kβ^k, IEα^dβ^d, IEα^dβ^k, IEα^kβ^d.

3. Table Graphic Jump Location

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   Gen transfectado	Moléculas de MHC expresadas sobre la membrana de las células L que son objeto de transfección
   	Dk	Db	Kk	Kb	IAk	IAb
   Ninguno	+	−	+	−	−	−
   Kb	+	−	+	+	−	−
   IAαb	+	−	+	−	−	−
   IAβb	+	−	+	−	−	−
   IAαb y IAβb	+	−	+	−	−	+

4. a) Los macrófagos sjl expresan las moléculas de mhc que siguen: K^s, D^s, L^s e IA^s. Debido a la deleción del locus IEα, estas células no expresan IE^s. b) Las células transfectadas expresarían una molécula de ie heteróloga, IEα^kβ^s, y una molécula de ie homóloga, IEα^kβ^k, además de las moléculas listadas en a).

5. Véanse las figuras 8-1, 3-20 y 3-19.

6. a) Los residuos polimorfos están agrupados en tramos cortos principalmente dentro de los dominios distales de membrana de las moléculas de mhc clase I y clase II (figura 8-12). Estas regiones forman el surco de unión a péptido de moléculas de mhc. b) Se cree que el polimorfismo de mhc surge por conversión de gen de secuencias de dna homólogas cercanas, cortas, dentro de seudogenes no expresados en el mhc, a genes clase I o clase II funcionales.

7. a) La proliferación de células T_H y la producción de IL-2 por ellas se detectan en el ensayo 1, y la muerte de células blanco infectadas por lcmv por linfocitos T citotóxicos (ctl) se detecta en el ensayo 2. b) El ensayo 1 es un ensayo funcional para moléculas de mhc clase II, y el ensayo 2 es un ensayo funcional para moléculas clase I. c) En el ensayo 1 se requieren moléculas de IA^k clase II, y en el ensayo 2, moléculas D^d clase I. d) Usted podría transfectar células K con el gen IA^k, y determinar la respuesta de las células transfectadas en el ensayo 1. De modo similar, usted podría transfectar una muestra separada de células L con el gen D^d, y determinar la respuesta de las células transfectadas en el ensayo 2. En cada caso, una respuesta positiva confirmaría la identidad de las moléculas de mhc requeridas para la actividad específica para lcmv de las células esplénicas. Como un control en cada caso, las células L deben ser transfectadas con un gen que codifica para mhc clase I o clase II diferente, y analizadas en el ensayo apropiado. e) Las células esplénicas inmunizadas expresan moléculas tanto IA^k como D^d. De las cepas listadas, sólo A.TL y (BALB/c × B10.A) F₁ expresan estas dos moléculas de mhc y, así, éstas son las únicas cepas a partir de las cuales podrían haberse aislado células esplénicas.

8. Es imposible de predecir. Puesto que la hendidura de unión a péptido es idéntica, ambas moléculas de mhc deben unirse al mismo péptido. Aun así, las diferencias de aminoácido fuera de la hendidura podrían evitar el reconocimiento de las segundas moléculas de mhc por el receptor de célula T sobre las células T_C.

9. Si los eritrocitos expresaran moléculas de mhc, se requeriría tipificación tisular extensa antes de una transfusión de sangre, y sólo algunos individuos serían donantes aceptables para un individuo dado.

10. a) No. Aunque aquellos con el haplotipo A99/B276 tienen aumento significativo del riesgo relativo, no hay correlación absoluta entre estos alelos y la enfermedad. b) Casi todos aquellos con la enfermedad tendrán el haplotipo A99/B276, pero dependiendo del gen o los genes exactos responsables, éste puede no ser un requisito para la aparición de la enfermedad. Si el gen del cual depende la enfermedad yace entre los loci A y B, quizá se observen asociaciones más débiles con A99 y B276. Si el gen está ubicado fuera de las regiones A y B, y está enlazado al haplotipo sólo por asociación en un fundador, pueden ocurrir asociaciones con otros genes que codifican para mhc. c) Es imposible saber la frecuencia con la cual ocurrirá la combinación en comparación con la frecuencia de los dos alelos individuales; el desequilibrio de enlace es difícil de predecir. De cualquier modo, con base en los datos proporcionados, puede especularse que el enlace con una enfermedad que es mortal en individuos que no han alcanzado los años de la reproducción tendrá un efecto negativo sobre la frecuencia del haplotipo fundador. Una suposición fundamentada sería que la combinación A99/B276 sería más rara que lo predicho con base en la frecuencia de los alelos A99 y B276.

11. Por convención, las células presentadoras de antígeno se definen como las células que pueden desplegar péptidos antigénicos asociados con moléculas de mhc clase II, y pueden suministrar una señal coestimuladora a células T_H CD4⁺. Una célula blanco es cualquier célula que despliega péptidos asociados con moléculas de mhc clase I a células T_C CD8⁺.

12. a) La restricción a mhc propio es el atributo de células T que limita su respuesta a antígeno asociado con moléculas de mhc propio sobre la membrana de células presentadoras de antígeno o células blanco. En general, las células T_H CD4⁺ están restringidas a mhc clase II, y las células T_C CD8⁺ están restringidas a mhc clase I, aunque ocurren algunas excepciones a este patrón. b) El procesamiento de antígeno comprende la degradación intracelular de antígenos proteínicos hacia péptidos que se asocian con moléculas de mhc clase I o clase II. c) Los antígenos endógenos son sintetizados dentro de células propias alteradas (p. ej., células infectadas por virus o células tumorales), son procesados en la vía endógena, y son presentados por moléculas de mhc clase I a células T_C CD8⁺. d) Los antígenos exógenos son internalizados por células presentadoras de antígeno, procesados en la vía exógena, y presentados por moléculas de mhc clase II a células T_H CD4⁺. e) Los residuos ancla son las ubicaciones clave (típicamente, posiciones 2/3 y 9) dentro de un péptido antigénico de ocho a 10 aminoácidos de largo que hace contacto directo con la hendidura de unión a antígeno de mhc clase I. Los residuos específicos que se encuentran en estas ubicaciones distinguen los fragmentos peptídicos que pueden unirse a cada variante alélica de clase I. f) Un inmunoproteasoma es una variante del proteasoma clásico, que se encuentra en todas las células, y es expresado en células presentadoras de antígeno y en células blanco infectadas. La presencia de esta variante aumenta la producción de fragmentos antigénicos optimizada por unión a moléculas de mhc clase I.

13. a) en: las moléculas clase I se asocian con péptidos antigénicos y los despliegan sobre la superficie de células blanco a células T_C CD8⁺. b) ex: moléculas clase II se asocian con péptidos antigénicos exógenos y los despliegan sobre la superficie de apc a células T_H CD4⁺. c) ex: la cadena invariante interactúa con la hendidura de unión a péptido de moléculas de mhc clase II en el retículo endoplasmático rugoso (rer), lo que evita la unión de péptidos que provienen de fuentes endógenas. También ayuda en el plegado de las cadenas α y β clase II, y en el movimiento de moléculas clase II desde el rer hacia compartimentos endocíticos. d) ex: hidrolasas lisosomales degradan antígenos exógenos hacia péptidos; estas enzimas también degradan la cadena invariante asociada con moléculas clase II, de modo que los péptidos y las moléculas de mhc pueden asociarse. e) en: tap, una proteína transmembrana ubicada en la membrana del rer, media el transporte de péptidos antigénicos producidos en la vía citosólica hacia la luz del rer donde pueden asociarse con moléculas de mhc clase I. f) B: en la vía endógena, vesículas que contienen complejos de péptido-mhc clase I se mueven desde el rer hacia el complejo de Golgi, y después hacia la superficie celular. En la vía exógena, vesículas que contienen la cadena invariante asociada con moléculas de mhc clase II se mueven desde el rer hacia el aparato de Golgi y hacia compartimentos endocíticos. g) en: los proteasomas son complejos proteínicos grandes con actividad de peptidasa que degradan proteínas intracelulares dentro del citosol. Cuando se asocian con LMP2 y LMP7, que son codificadas en la región de mhc, y con lmp 10, que no es codificada por mhc, los proteasomas generan de preferencia péptidos que se asocian con moléculas de mhc clase I. h) B: Las células presentadoras de antígeno internalizan antígenos exógenos (externos) mediante fagocitosis o endocitosis. i) en: la calnexina es una proteína dentro de la membrana del rer que actúa como un chaperón molecular, y ayuda en el plegamiento y la asociación de cadenas α clase I recién formadas y β₂-microglobulina hacia heterodímeros. j) ex: después de degradación de la cadena invariante asociada con moléculas de mhc clase II, un fragmento pequeño llamado clip permanece unido a la hendidura de unión a péptido, lo que probablemente evita la carga de péptido prematura de la molécula de mhc. Finalmente, clip es desplazado por un péptido antigénico. k) en: la tapasina (proteína asociada a tap) lleva el transportador tap hacia proximidad con la molécula de mhc clase I, y permite que la molécula de mhc adquiera un péptido antigénico (figura 8-18).

14. a) La cloroquina inhibe la vía de procesamiento exógeno, de modo que las apc no pueden desplegar péptidos derivados de lisozima natural. El péptido lisozima sintético se intercambiará con otros péptidos asociados con moléculas clase II sobre la membrana de la apc, de modo que será desplegada a las células T_H e inducirá su activación. b) El retraso de la adición de cloroquina proporciona tiempo para que la lisozima natural sea degradada en la vía endocítica.

15. a) Células dendríticas: expresan de manera constitutiva tanto moléculas de mhc clase II como señales coestimuladoras. Células B: expresan de modo constitutivo moléculas clase II, pero deben ser activadas antes de expresar la señal coestimuladora CD80/86. Macrófagos: deben ser activados antes de expresar moléculas clase II o la señal coestimuladora CD80/86. b) Véase el cuadro 8-4. Muchas apc no profesionales sólo funcionan durante respuestas inflamatorias sostenidas.

16. a) R. b) R. c) NR. d) R. e) NR. f) R.

17. a) Las bacterias intracelulares, como los miembros de la familia de Mycobacterium, son una fuente importante de antígenos no peptídicos; los antígenos observados en combinación con CD1 son componentes lípidos y glucolípidos de la pared de la célula bacteriana. b) Los miembros de la familia CD1 se asocian con β₂-microglobulina y tienen similitud estructural con moléculas de mhc clase I. No son moléculas de mhc verdaderas porque no son codificadas dentro del mhc, y están en un cromosoma diferente. c) La vía para el procesamiento de antígeno adoptada por moléculas de CD1 difiere de la adoptada por moléculas de mhc clase I. Una diferencia importante es que el procesamiento de antígeno CD1 no es inhibido en células que son deficientes en tap, mientras que las moléculas de mhc clase I no pueden presentar antígeno en células con deficiencia de tap.

18. b) El complejo TAP1-TAP2 está situado en el retículo endoplasmático.

19. La descendencia debe haber heredado HLA-A 3, HLA-B 59 y HLA-C 8 desde la madre. El padre potencial 1 no puede ser el padre biológico porque si bien comparte determinantes hla con la descendencia, los determinantes son el mismo genotipo heredado de la madre. El padre potencial 2 podría ser el padre biológico porque expresó los genes que codifican para hla expresados por la descendencia que no son heredados desde la madre (HLA-A 43, HLA-B 54, HLA-C 5). El padre potencial 3 no puede ser el padre biológico porque si bien comparte determinantes hla con la descendencia, los determinantes son los mismos genes heredados desde la madre.

20. Al considerar sólo el HLA-A, el HLA-B y HLA-C, un máximo de seis moléculas clase I diferentes son expresadas en individuos que heredan alelos materno y paterno únicos en cada loci. En el caso de la clase II, al considerar sólo moléculas de hla-dp, dq y dr, donde cualesquier cadenas α y β de cada gen pueden formar pares para producir nuevas combinaciones maternas/paternas, un máximo de 12 moléculas clase II diferentes puede ser expresado (4 DP, 4 DQ y 4 DR). Puesto que los seres humanos pueden heredar hasta tres genes DRβ funcionales, cada uno de los cuales es polimórfico, en la práctica los individuos por completo heterocigóticos tienen la capacidad para expresar más de cuatro proteínas de hla-dr.

21. La poligenia se define como la presencia de múltiples genes en el genoma con la misma función o con función similar. En seres humanos, el mhc clase I A, B y C, o clase II dp, dq y dr, son ejemplos de esto (figura 8-7). El polimorfismo se define como la presencia de múltiples alelos para un locus de gen dado dentro de la población. HLA-A1 en contraposición con HLA-A2 (por ejemplo, véase el cuadro 8-3) son ejemplos de alelos polimórficos en el locus clase I. La expresión codominante se define como la capacidad de un individuo para expresar de manera simultánea los alelos tanto materno como paterno de un gen en la misma célula. Este proceso es lo que permite a un individuo heterocigótico expresar, por ejemplo, alelos tanto HLA-Cw2 como Cw4 (figura 8-11). La poligenia asegura que incluso los individuos homocigóticos en cuanto a mhc expresen un mínimo de tres proteínas clase I y clase II diferentes, cada una con un perfil de unión a antígeno un poco diferente, lo cual expande su repertorio de antígenos que puede ser presentado. El polimorfismo de mhc y la expresión codominante en poblaciones exogámicas ayudan a facilitar la herencia y la expresión de diferentes alelos en cada locus, lo que aumenta el número de antígenos diferentes que un individuo puede presentar. La expresión codominante en los loci clase II conlleva un bono adicional: puesto que estas proteínas son generadas a partir de dos genes/cadenas separados, pueden surgir nuevas combinaciones de cadenas α y β, lo que aumenta más la diversidad de las isoformas de proteína clase II, o el número de hendiduras de unión a antígeno de mhc clase II único.

22. La cadena invariante está involucrada en el plegamiento, y en la unión a péptido, de mhc clase II. Las células sin esta proteína retienen principalmente proteínas clase II plegadas de modo erróneo en el rer y, por ende, son incapaces de expresar moléculas de mhc clase II sobre la superficie celular. Dado que las apc son los tipos de células primarios que expresan clase II, las células con este fenotipo mutante serían incapaces de presentar antígenos procesados de manera exógena a células T CD4⁺ vírgenes.

23. La presentación cruzada es el proceso mediante el cual algunas apc pueden desviar antígenos reunidos desde fuentes extracelulares (vía exógena) para procesamiento y presentación por medio de proteínas de mhc clase I (típicamente el ámbito de la vía endógena). Este proceso es importante para activación de células T CD8⁺ vírgenes para generar ctl capaces de detectar células blanco infectadas por virus y producir lisis de las mismas. Se cree que las células dendríticas, o un subgrupo de este tipo de célula, son los principales participantes en este proceso, aunque tal vez se requiera primero “emisión de licencia” por células T_H CD4⁺ específicas para antígeno, para que las dc participen en presentación cruzada.

Analice los datos a) Sí. Al comparar las cantidades relativas de moléculas L^d y L^q sin péptidos, hay alrededor de la mitad de moléculas L^q que de moléculas L^d abiertas. Los datos sugieren que las moléculas L^q forman complejos peptídicos menos estables que las moléculas L^d. b) La parte a) en la figura muestra que 4% de las moléculas L^d no se une a péptido de mcmv en comparación con 11% de las L^d después de una mutación de W a R. Así, parece haber un decremento pequeño de la unión de péptido a L^d. Es interesante notar que la unión de péptido inespecífica aumenta varias veces después de mutagénesis, con base en la baja cantidad de W97R L^d de forma abierta (L^d mutada) en contraposición con L^d natural. c) La parte b) en la figura muestra que 71% de las moléculas L^d no se une a péptido P91A14-22 tum⁻ después de una mutación de W a R, en comparación con 2% para moléculas L^d naturales. Así, hay unión muy baja de péptido P91A14-22 tum⁻ después de una mutación de W a R. d) Usted inyectaría a un ratón que expresó L^d porque sólo 2% de las moléculas L^d fueron formas abiertas después de la adición de péptido P91A14-22 tum⁻, en comparación con 77% de formas libres cuando L^q fueron pulsadas con péptido. En consecuencia, L^d presentaría péptido mejor, y probablemente activaría células T mejor, que L^q. c) Los residuos ancla conservados en los extremos del péptido se unen al mhc, lo que permite que la variabilidad en otros residuos influya sobre cuál receptor de célula T se une al complejo de mhc clase I-antígeno.