Chemokine Receptors and Signaling
Uma das primeiras quimiocinas a ser identificada, interferon-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), foi descoberta em 1985 quando foi detectada em resposta ao IFN-γ recombinante em células mononucleares humanas, fibroblastos e células endoteliais.7 A homologia significativa de aminoácidos entre CXCL10 e fator 4 plaquetário (PF4) e β-tromboglobulina, duas proteínas quimiotáxicas derivadas de plaquetas, sugeriu o envolvimento da CXCL10 na quimiotaxia, e semelhanças em sua organização genômica sugeriram que essas proteínas podem pertencer a uma família maior de proteínas envolvidas na inflamação.7,8
As quimiocinas RANTES (reguladas na ativação, célula T normal expressa e secretada, ou CCL5), IL-8 (CXCL8), e MCP-1 (CCL2) foram descobertas a seguir.9-11 O CXCL8 foi identificado pela primeira vez como um fator de ativação de neutrófilos. Experimentos para entender o mecanismo de ativação dos neutrófilos pelo CXCL8 revelaram que o tratamento dos neutrófilos com a toxina Bordetella pertussis ab-rogou a sinalização através do CXCL8, da mesma forma que a sinalização do peptídeo bacteriano f-Met-Leu-Phe (fMLP) foi ab-rogada por esta toxina, implicando que o receptor para o CXCL8 era um GPCR, especificamente acoplado à subunidade Gαi.12 A clonagem do receptor IL-8 em 1991 confirmou que este receptor pertence à superfamília dos GPCRs.13,14 Com aproximadamente 1000 membros, os GPCRs são amplamente utilizados para detectar pequenas alterações nas concentrações de substâncias biologicamente ativas no organismo e participam de muitas vias de transdução de sinal e numerosas respostas biológicas. Os receptores quimioatratantes que mediam a quimiotaxia constituem uma subfamília distinta da superfamília GPCR.
Os GPCRs possuem um terminal extracelular NH2, domínios de sete membranas e um terminal citoplasmático COOH (Fig. 7-2). Os loops intracitoplasmáticos dos domínios transmembrana são esticados ao longo do aspecto interno da membrana plasmática, e o terminal COOH é posicionado lateralmente, dando a esses receptores mais área de superfície do que o esperado de seu tamanho 40-kD para interação com proteínas ligantes de trifosfato de guanosina (GTP), bem como outras moléculas efetoras e andaimes a jusante.15 Os GPCRs sinalizam através de proteínas heterotriméricas ligantes de GTP, consistindo de α, β, e γ subunidades. Após ligar seu ligante, o GPCR muda a conformação de sua transmembrana α helices, expondo os sites de ligação de GTP. Após a ligação de GTP, a subunidade Gα ligada a GTP e as subunidades Gβγ se dissociam do receptor e sinalizam através de caminhos distintos a jusante. Existem quatro subclasses de mamíferos Gα subunidades -αs, αi, αq, ou α12/13 – e o tipo de sinal gerado pela subunidade Gα depende da subclasse envolvida.
No caso dos receptores de quimiocina, a subunidade GTP acoplada Gαi é considerada não necessária para indução de quimiotaxia. Ao invés disso, é a subunidade Gβγ que medeia a quimiotaxia. Entretanto, apenas a subunidade Gβγ que uma vez foi associada a uma subunidade Gαi é capaz de induzir quimiotaxia.15 A subunidade Gβγ ativa a fosfolipase C (PLCβ2 e PLCβ3), o que resulta em níveis aumentados de inositol-1,4,5-trifosfato (IP3), diacilglicerol (DAG) e um aumento transitório dos íons de cálcio livre intracelular (Ca2+). O aumento de Ca2+ intracelular livre é um teste comum usado para avaliar a resposta do receptor de quimiocina. O DAG ativa o Rap-1 através de um fator de troca de nucleotídeos Guanine (GEF), o que resulta na ativação da integrina na borda dianteira da célula. Outra molécula efetora gerada através da sinalização da subunidade Gβγ é o fosfatidilsitol 3-cinase (PI3K), que aciona a ativação da proteína quinase B (PKB, ou AKT, AKT1) e sua subseqüente translocação para a membrana da borda dianteira.15 Além disso, as vias dependente de PI3K e independente de PI3K, bem como dedicador de citocinese 2 (DOCK2)-dependente e independente de DOCK2 induzem Rac, levando a uma rápida formação de nova factina-F na borda dianteira. Enquanto a borda dianteira se organiza para impulsionar a célula para frente, os GTPases Rho-familiares translocam-se para a borda traseira da célula e regulam a formação de complexos actina-meosina que são necessários para a retração da borda traseira. Os GEFs regulam a atividade de pequenos GTPase, como Ras, Rac, Rho, e Rap-1, e como tais também participam da regulação da quimiotaxia (Fig. 7-2).
Existem inúmeras outras vias de sinalização a jusante do acoplamento do receptor da quimiocina, incluindo a proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK), Ras, e a quinase extracelular regulada por sinal (ERK), cada uma com mecanismos reguladores específicos da célula. A diversidade de vias de sinalização a jusante da ligação do receptor da quimiocina torna possível que diferentes receptores de quimiocina, expressos na mesma célula, sinalizem através de vias distintas e que o mesmo receptor de quimiocina induza uma variedade de respostas inflamatórias.
A sinalização através dos receptores de quimiocina é rápida e transitória. A cessação da sinalização é através da fosforilação, dessensibilização e internalização do receptor. Como mencionado, a subunidade Gβγ dissociada ativa o PLC. Um dos eventos a jusante do PLC é a ativação da proteína quinase C (PKC), que, juntamente com as quinases GPCR, ativa os receptores quimiocinéticos de fosforilatos. O receptor de quimiocina fosforilada liga as paragens, um evento que leva à dessensibilização do receptor. O complexo receptor-arrestino é então internalizado através da via de internalização mediada pela clatrina.15
Existem sete receptores CXC, dez CCRs, um XCR e um CX3CR. A maioria dos receptores de quimiocina liga-se a mais de uma quimiocina, resultando em um nível de redundância que garante o recrutamento adequado de leucócitos. A expressão dos receptores de quimiocina depende do tipo celular, bem como do estado de ativação e diferenciação da célula. Por exemplo, a CCR3 é o receptor de quimiocina mais bem expresso em eosinófilos e basófilos. Enquanto células T ingênuas expressam CXCR4 e CCR7, células Th1 expressam CXCR3 e CCR5, células Th2 expressam CCR4 e CCR8, e células Th17 expressam CCR6 (Tabela 7-3).
Algumas sobreposições na expressão do receptor de quimiocina entre os tipos de células afinam a capacidade das células T de traficar em resposta a patógenos específicos e estímulos inflamatórios. Por exemplo, embora as células T CCR4+CCR6+CD4+ produzam interleucina-17 (IL-17) e respondam a Candida albicans, as células T CXCR3+CCR6+CD4+ podem produzir IFN-γ sozinhas ou IFN-γ com IL-17 e responder a Mycobacterium tuberculosis.4 A expressão seletiva dos receptores de quimiocinas por diferentes células permite o recrutamento diferencial de leucócitos em sítios teciduais com base nos tipos de quimiocinas geradas. Por exemplo, a expressão coordenada das quimiocinas CXCL9, CXCL10 e CXCL11, dependentes do STAT1, recruta células CXCR3 com Th1 em sítios inflamatórios Th1, enquanto a expressão das quimiocinas CCL1, CCL17 e CCL22, dependentes do STAT6, atrai células CCR4 e CCR8 com Th2 em sítios inflamatórios Th2 em um modelo de asma de camundongo.4 (STAT é o transdutor de sinal e ativador da transcrição.)