Recettori e segnalazione delle chemochine

Una delle prime chemochine ad essere identificata, l’interferone-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), fu scoperta nel 1985 quando fu rilevata in risposta a IFN-γ ricombinante in cellule mononucleate umane, fibroblasti e cellule endoteliali.7 La significativa omologia aminoacidica tra CXCL10 e il fattore 4 delle piastrine (PF4) e la β-tromboglobulina, due proteine chemiotattiche derivate dalle piastrine, ha suggerito il coinvolgimento di CXCL10 nella chemiotassi, e le somiglianze nella loro organizzazione genomica hanno suggerito che queste proteine possono appartenere a una più grande famiglia di proteine coinvolte nell’infiammazione.7,8

Le chemochine RANTES (regolata sull’attivazione, espressa e secreta dalle normali cellule T, o CCL5), IL-8 (CXCL8), e MCP-1 (CCL2) sono state scoperte successivamente.9-11 CXCL8 è stata identificata per la prima volta come fattore di attivazione dei neutrofili. Gli esperimenti per comprendere il meccanismo di attivazione dei neutrofili da parte di CXCL8 hanno rivelato che il trattamento dei neutrofili con la tossina Bordetella pertussis abrogava la segnalazione attraverso CXCL8, nello stesso modo in cui la segnalazione del peptide batterico f-Met-Leu-Phe (fMLP) veniva abrogata da questa tossina, implicando che il recettore per CXCL8 era un GPCR, specificamente accoppiato alla subunità Gαi.12 La clonazione del recettore IL-8 nel 1991 ha confermato che questo recettore appartiene alla superfamiglia dei GPCR.13,14 Con circa 1000 membri, i GPCR sono ampiamente utilizzati per percepire piccoli cambiamenti nelle concentrazioni di sostanze biologicamente attive nel corpo e partecipano a molti percorsi di trasduzione del segnale e a numerose risposte biologiche. I recettori chemioattrattori che mediano la chemiotassi costituiscono una sottofamiglia distinta della superfamiglia GPCR.

I GPCR hanno un terminale NH2 extracellulare, sette domini transmembrana e un terminale COOH citoplasmatico (Fig. 7-2). Le anse intracitoplasmatiche dei domini transmembrana sono allungate lungo l’aspetto interno della membrana plasmatica, e la terminazione COOH è posizionata lateralmente, dando a questi recettori più superficie di quanto ci si aspettasse dalle loro dimensioni di 40 kD per l’interazione con le proteine leganti la guanosina trifosfato (GTP), così come altri effettori a valle e molecole di scaffolding.15 I GPCR segnalano attraverso proteine leganti GTP eterotrimeriche costituite da subunità α, β, e γ. Dopo aver legato il suo ligando, il GPCR cambia conformazione delle sue eliche transmembrana α, esponendo i siti di legame al GTP. Dopo il legame del GTP, la subunità Gα legata al GTP e le subunità Gβγ si dissociano dal recettore e segnalano attraverso percorsi distinti a valle. Ci sono quattro sottoclassi di subunità Gα dei mammiferi -αs, αi, αq, o α12/13 – e il tipo di segnale a valle generato dalla subunità Gα dipende dalla sottoclasse coinvolta.

Nel caso dei recettori delle chemochine, la subunità Gαi dissociata e legata al GTP non è ritenuta necessaria per l’induzione della chemiotassi. Invece, è la subunità Gβγ che media la chemiotassi. Tuttavia, solo la subunità Gβγ che una volta era associata a una subunità Gαi è in grado di indurre la chemiotassi.15 La subunità Gβγ attiva la fosfolipasi C (PLCβ2 e PLCβ3), che provoca un aumento dei livelli di inositolo-1,4,5-trifosfato (IP3), diacilglicerolo (DAG), e un aumento transitorio degli ioni calcio liberi intracellulari (Ca2+). L’aumento del Ca2+ libero intracellulare è un test comune utilizzato per valutare la reattività del recettore delle chemochine. Il DAG attiva Rap-1 attraverso un fattore di scambio del nucleotide di guanina (GEF), che risulta nell’attivazione dell’integrina nel bordo anteriore della cellula. Un’altra molecola effettrice generata attraverso la segnalazione della subunità Gβγ è la fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI3K), che innesca l’attivazione della proteina chinasi B (PKB, o AKT, AKT1) e la sua successiva traslocazione alla membrana del bordo di attacco.15 Inoltre, le vie PI3K-dipendenti e PI3K-indipendenti e il dedicatore della citochinesi 2 (DOCK2) -dipendente e DOCK2-indipendente inducono Rac, portando alla rapida formazione di nuova F-actina nel bordo di attacco. Mentre il bordo principale si organizza per spingere la cellula in avanti, le GTPasi della famiglia Rho si spostano verso il bordo di uscita della cellula e regolano la formazione di complessi actina-miosina che sono necessari per la retrazione del bordo di uscita. Le GEF regolano l’attività di piccole GTPasi, come Ras, Rac, Rho e Rap-1, e come tali partecipano anche alla regolazione della chemiotassi (Fig. 7-2).

Ci sono numerose altre vie di segnalazione a valle dell’impegno del recettore delle chemochine, comprese le protein chinasi attivate da mitogeno (MAPK), Ras e la chinasi regolata dal segnale extracellulare (ERK), ciascuna con meccanismi di regolazione specifici della cellula. La diversità delle vie di segnalazione a valle del legame del recettore delle chemochine rende possibile che diversi recettori delle chemochine, espressi sulla stessa cellula, segnalino attraverso vie diverse e che lo stesso recettore delle chemochine induca una varietà di risposte infiammatorie.

La segnalazione attraverso i recettori delle chemochine è rapida e transitoria. La cessazione della segnalazione avviene attraverso la fosforilazione del recettore, la desensibilizzazione e l’internalizzazione. Come menzionato, la subunità Gβγ dissociata attiva la PLC. Uno degli eventi a valle della PLC è l’attivazione della protein chinasi C (PKC), che insieme alle chinasi GPCR, fosforila i recettori delle chemochine. Il recettore fosforilato delle chemochine lega le arrestine, un evento che porta alla desensibilizzazione del recettore. Il complesso recettore-arrestina viene poi internalizzato attraverso la via di internalizzazione mediata dalla clatrina.15

Ci sono sette recettori CXC, dieci CCR, un XCR e un CX3CR. La maggior parte dei recettori delle chemochine si lega a più di una chemochina, con un conseguente livello di ridondanza che assicura un adeguato reclutamento dei leucociti. L’espressione dei recettori delle chemochine dipende dal tipo di cellula e dallo stato di attivazione e differenziazione della cellula. Per esempio, CCR3 è il recettore delle chemochine più espresso su eosinofili e basofili. Mentre le cellule T naïve esprimono CXCR4 e CCR7, le cellule Th1 esprimono CXCR3 e CCR5, le cellule Th2 esprimono CCR4 e CCR8, e le cellule Th17 esprimono CCR6 (Tabella 7-3).

Una certa sovrapposizione nell’espressione del recettore delle chemochine tra i tipi di cellule regola la capacità delle cellule T di circolare in risposta a specifici patogeni e stimoli infiammatori. Per esempio, anche se le cellule T CCR4+CCR6+CD4+ producono interleuchina-17 (IL-17) e rispondono alla Candida albicans, le cellule T CXCR3+CCR6+CD4+ possono produrre IFN-γ da sole o IFN-γ con IL-17 e rispondere al Mycobacterium tuberculosis.4 L’espressione selettiva dei recettori delle chemochine da parte di diverse cellule permette il reclutamento differenziale dei leucociti nei siti dei tessuti in base ai tipi di chemochine generate. Per esempio, l’espressione coordinata delle chemochine STAT1-dipendenti CXCL9, CXCL10 e CXCL11 recluta le cellule Th1 portatrici di CXCR3 nei siti infiammatori Th1, mentre l’espressione delle chemochine STAT6-dipendenti CCL1, CCL17 e CCL22 attrae le cellule Th2 portatrici di CCR4 e CCR8 nei siti di infiammazione Th2 in un modello murino di asma.4 (STAT è il trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione.)

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