Receptores y señalización de quimiocinas
Una de las primeras quimiocinas identificadas, el interferón-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), se descubrió en 1985 cuando se detectó en respuesta al IFN-γ recombinante en células mononucleares humanas, fibroblastos y células endoteliales.7 La significativa homología de aminoácidos entre CXCL10 y el factor plaquetario 4 (PF4) y la β-tromboglobulina, dos proteínas quimiotácticas derivadas de las plaquetas, sugirió la participación de CXCL10 en la quimiotaxis, y las similitudes en su organización genómica sugirieron que estas proteínas podrían pertenecer a una familia más amplia de proteínas implicadas en la inflamación.7,8
Las quimiocinas RANTES (regulada en la activación, expresada y secretada por células T normales, o CCL5), IL-8 (CXCL8) y MCP-1 (CCL2) fueron descubiertas a continuación.9-11 El CXCL8 se identificó por primera vez como un factor de activación de neutrófilos. Los experimentos para comprender el mecanismo de activación de los neutrófilos por el CXCL8 revelaron que el tratamiento de los neutrófilos con la toxina de la Bordetella pertussis anulaba la señalización a través del CXCL8, del mismo modo que la señalización del péptido bacteriano f-Met-Leu-Phe (fMLP) era anulada por esta toxina, lo que implicaba que el receptor del CXCL8 era un GPCR, específicamente acoplado a la subunidad Gαi.12 La clonación del receptor de la IL-8 en 1991 confirmó que este receptor pertenece a la superfamilia de los GPCRs.13,14 Con aproximadamente 1000 miembros, los GPCRs se utilizan ampliamente para percibir pequeños cambios en las concentraciones de sustancias biológicamente activas en el cuerpo y participan en muchas vías de transducción de señales y numerosas respuestas biológicas. Los receptores quimioatrayentes que median la quimiotaxis constituyen una subfamilia distinta de la superfamilia GPCR.
Los GPCRs tienen una terminación extracelular NH2, siete dominios de transmembrana y una terminación citoplasmática COOH (Fig. 7-2). Los bucles intracitoplasmáticos de los dominios transmembrana se extienden a lo largo del aspecto interno de la membrana plasmática, y la terminación COOH está situada lateralmente, lo que da a estos receptores más superficie de la esperada por su tamaño de 40 kD para la interacción con las proteínas de unión al trifosfato de guanosina (GTP), así como con otras moléculas efectoras y de andamiaje aguas abajo.15 Los GPCRs señalan a través de proteínas heterotriméricas de unión a GTP que consisten en subunidades α, β y γ. Tras la unión de su ligando, el GPCR cambia la conformación de sus hélices α transmembrana, exponiendo los sitios de unión a GTP. Tras la unión a GTP, la subunidad Gα unida a GTP y las subunidades Gβγ se disocian del receptor y señalan a través de distintas vías aguas abajo. Hay cuatro subclases de subunidades Gα de mamíferos -αs, αi, αq o α12/13- y el tipo de señal descendente generada por la subunidad Gα depende de la subclase implicada.
En el caso de los receptores de quimiocinas, se cree que la subunidad Gαi disociada y acoplada a GTP no es necesaria para inducir la quimiotaxis. En cambio, es la subunidad Gβγ la que media la quimiotaxis. Sin embargo, sólo la subunidad Gβγ que estaba asociada a una subunidad Gαi es capaz de inducir la quimiotaxis.15 La subunidad Gβγ activa la fosfolipasa C (PLCβ2 y PLCβ3), lo que da lugar a un aumento de los niveles de inositol-1,4,5-trifosfato (IP3), diacilglicerol (DAG) y un aumento transitorio de los iones de calcio libres intracelulares (Ca2+). El aumento del Ca2+ libre intracelular es una prueba habitual utilizada para evaluar la capacidad de respuesta del receptor de quimioquinas. El DAG activa el Rap-1 a través de un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF), lo que provoca la activación de la integrina en el borde anterior de la célula. Otra molécula efectora generada a través de la señalización de la subunidad Gβγ es la fosfatidilinositol 3-cinasa (PI3K), que desencadena la activación de la proteína quinasa B (PKB, o AKT, AKT1) y su posterior translocación a la membrana del borde anterior.15 Además, las vías dependientes de PI3K e independientes de PI3K, así como las vías dependientes e independientes de DOCK2 inducen a Rac, lo que lleva a la rápida formación de nueva F-actina en el borde delantero. Mientras el borde delantero se organiza para impulsar la célula hacia delante, las GTPasas de la familia Rho se translocan al borde de salida de la célula y regulan la formación de complejos de actina-miosina que son necesarios para la retracción del borde de salida. Los GEFs regulan la actividad de las GTPasas pequeñas, como Ras, Rac, Rho y Rap-1, y como tales también participan en la regulación de la quimiotaxis (Fig. 7-2).
Hay otras numerosas vías de señalización que siguen a la participación de los receptores de quimioquinas, incluyendo la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK), Ras y la quinasa regulada por señales extracelulares (ERK), cada una de ellas con mecanismos de regulación específicos para cada célula. La diversidad de vías de señalización tras la unión del receptor de quimioquinas hace posible que diferentes receptores de quimioquinas, expresados en la misma célula, señalicen a través de distintas vías y que el mismo receptor de quimioquinas induzca una variedad de respuestas inflamatorias.
La señalización a través de los receptores de quimioquinas es rápida y transitoria. El cese de la señalización se produce mediante la fosforilación del receptor, la desensibilización y la internalización. Como se ha mencionado, la subunidad Gβγ disociada activa la PLC. Uno de los eventos descendentes de la PLC es la activación de la proteína quinasa C (PKC), que junto con las quinasas de GPCR, fosforila los receptores de quimioquinas. El receptor de quimioquinas fosforilado se une a las arrestinas, lo que conduce a la desensibilización del receptor. El complejo receptor-arrestina es entonces internalizado a través de la vía de internalización mediada por clatrina.15
Hay siete receptores CXC, diez CCR, un XCR y un CX3CR. La mayoría de los receptores de quimiocinas se unen a más de una quimiocina, lo que da lugar a un nivel de redundancia que asegura un adecuado reclutamiento de leucocitos. La expresión de los receptores de quimioquinas depende del tipo de célula, así como del estado de activación y diferenciación de la misma. Por ejemplo, el CCR3 es el receptor de quimioquinas más expresado en los eosinófilos y basófilos. Mientras que las células T naïve expresan CXCR4 y CCR7, las células Th1 expresan CXCR3 y CCR5, las células Th2 expresan CCR4 y CCR8, y las células Th17 expresan CCR6 (Tabla 7-3).
Algún solapamiento en la expresión de los receptores de quimioquinas entre los tipos celulares afina la capacidad de las células T para traficar en respuesta a patógenos específicos y estímulos inflamatorios. Por ejemplo, aunque los linfocitos T CCR4+CCR6+CD4+ producen interleucina-17 (IL-17) y responden a Candida albicans, los linfocitos T CXCR3+CCR6+CD4+ pueden producir IFN-γ solo o IFN-γ con IL-17 y responder a Mycobacterium tuberculosis.4 La expresión selectiva de receptores de quimiocinas por parte de diferentes células permite el reclutamiento diferencial de leucocitos en sitios tisulares en función de los tipos de quimiocinas generados. Por ejemplo, la expresión coordinada de las quimiocinas dependientes de STAT1 (CXCL9, CXCL10 y CXCL11) recluta a las células Th1 portadoras de CXCR3 en los focos inflamatorios Th1, mientras que la expresión de las quimiocinas dependientes de STAT6 (CCL1, CCL17 y CCL22) atrae a las células Th2 portadoras de CCR4 y CCR8 a los focos de inflamación Th2 en un modelo de ratón de asma.4 (STAT es el transductor de señales y activador de la transcripción).