Receptori de chemokine și semnalizare

Una dintre primele chemokine identificate, interferon-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), a fost descoperită în 1985, când a fost detectată ca răspuns la IFN-γ recombinant în celulele mononucleare umane, fibroblaste și celule endoteliale.7 Omologia semnificativă a aminoacizilor dintre CXCL10 și factorul plachetar 4 (PF4) și β-tromboglobulina, două proteine chemotactice derivate din trombocite, a sugerat implicarea CXCL10 în chemotaxie, iar asemănările în organizarea lor genomică au sugerat că aceste proteine pot aparține unei familii mai mari de proteine implicate în inflamație.7,8

Apoi au fost descoperite chemokinele RANTES (regulated on activation, normal T cell expressed and secreted, sau CCL5), IL-8 (CXCL8) și MCP-1 (CCL2).9-11 CXCL8 a fost identificat pentru prima dată ca fiind un factor de activare a neutrofilelor. Experimentele de înțelegere a mecanismului de activare a neutrofilelor de către CXCL8 au arătat că tratamentul neutrofilelor cu toxina Bordetella pertussis a abrogat semnalizarea prin CXCL8, în același mod în care semnalizarea peptidei bacteriene f-Met-Leu-Phe (fMLP) a fost abrogată de această toxină, ceea ce implică faptul că receptorul pentru CXCL8 era un GPCR, cuplat în mod specific la subunitatea Gαi.12 Clonarea receptorului IL-8 în 1991 a confirmat faptul că acest receptor aparține superfamiliei de GPCR.13,14 Cu aproximativ 1000 de membri, GPCR sunt utilizate pe scară largă pentru a detecta mici modificări ale concentrațiilor de substanțe biologic active din organism și participă la multe căi de transducție a semnalelor și la numeroase răspunsuri biologice. Receptorii chemoatractivi care mediază chemotaxia constituie o subfamilie distinctă a superfamiliei GPCR.

Receptorii GPCR au o extremitate NH2 extracelulară, șapte domenii transmembranare și o extremitate COOH citoplasmatică (Fig. 7-2). Buclele intracitoplasmatice ale domeniilor transmembranare sunt întinse de-a lungul aspectului interior al membranei plasmatice, iar terminația COOH este poziționată lateral, ceea ce conferă acestor receptori o suprafață mai mare decât cea așteptată din cauza dimensiunii lor de 40 kD pentru interacțiunea cu proteinele de legare a guanozinei trifosfat (GTP), precum și cu alte molecule efectoare și de scheletare din aval.15 GPCR-urile semnalizează prin intermediul proteinelor heterotrimerice de legare a GTP, formate din subunitățile α, β și γ. După legarea ligandului său, GPCR-ul își modifică conformația elicelor sale α transmembranare, expunând situsurile de legare a GTP. După legarea GTP, subunitatea Gα legată de GTP și subunitățile Gβγ se disociază de receptor și semnalizează prin căi distincte în aval. Există patru subclase de subunități Gα de mamifere – αs, αi, αq sau α12/13 – și tipul de semnal în aval generat de subunitatea Gα depinde de subclasa implicată.

În cazul receptorilor de chemokine, se consideră că subunitatea Gαi disociată și cuplată cu GTP nu este necesară pentru inducerea chemotaxei. În schimb, subunitatea Gβγ este cea care mediază chemotaxia. Cu toate acestea, numai subunitatea Gβγ care a fost odată asociată cu o subunitate Gαi este capabilă să inducă chemotaxia.15 Subunitatea Gβγ activează fosfolipaza C (PLCβ2 și PLCβ3), ceea ce duce la creșterea nivelurilor de inositol-1,4,5-trifosfat (IP3), diacetilglicerol (DAG) și la o creștere tranzitorie a ionilor de calciu liberi intracelulari (Ca2+). Creșterea nivelului de Ca2+ liber intracelular este un test obișnuit utilizat pentru a evalua capacitatea de reacție a receptorilor de chemokine. DAG activează Rap-1 prin intermediul unui factor de schimb de nucleotide de guanină (GEF), ceea ce duce la activarea integrinelor în marginea anterioară a celulei. O altă moleculă efectoare generată prin intermediul semnalizării subunității Gβγ este fosfatidilinositol 3-kinaza (PI3K), care declanșează activarea proteinei kinaza B (PKB, sau AKT, AKT1) și translocarea ulterioară a acesteia în membrana marginii anterioare.15 În plus, căile PI3K-dependente și PI3K-independente, precum și căile dependente și independente de dedicatorul de citochineză 2 (DOCK2) induc Rac, ceea ce duce la formarea rapidă de f-actină nouă în marginea conducătoare. În timp ce marginea anterioară se organizează pentru a propulsa celula înainte, GTPazele din familia Rho se translocă la marginea posterioară a celulei și reglează formarea complexelor de actină-miozină care sunt necesare pentru retragerea marginii posterioare. GEF-urile reglează activitatea GTPazelor mici, cum ar fi Ras, Rac, Rho și Rap-1 și, ca atare, participă, de asemenea, la reglarea chemotaxei (Fig. 7-2).

Există numeroase alte căi de semnalizare în aval de implicarea receptorilor de chemokine, inclusiv proteina kinaza activată de mitogen (MAPK), Ras și kinaza reglată de semnalul extracelular (ERK), fiecare cu mecanisme de reglementare specifice fiecărei celule. Diversitatea căilor de semnalizare din aval de legarea receptorilor de chemokine face posibil ca diferiți receptori de chemokine, exprimați pe aceeași celulă, să semnalizeze prin căi distincte și ca același receptor de chemokine să inducă o varietate de răspunsuri inflamatorii.

Semnalizarea prin receptorii de chemokine este rapidă și tranzitorie. Încetarea semnalizării se face prin fosforilarea receptorului, desensibilizare și internalizare. După cum s-a menționat, subunitatea Gβγ disociată activează PLC. Unul dintre evenimentele din aval de PLC este activarea proteinkinazei C (PKC), care, împreună cu kinazele GPCR, fosforilează receptorii de chemokine. Receptorul de chemokină fosforilat se leagă de arrestine, un eveniment care duce la desensibilizarea receptorului. Complexul receptor-arrestină este apoi internalizat prin intermediul căii de internalizare mediată de clatrin.15

Există șapte receptori CXC, zece CCR, un XCR și un CX3CR. Majoritatea receptorilor de chemokine se leagă la mai mult de o chemokină, rezultând un nivel de redundanță care asigură o recrutare adecvată a leucocitelor. Expresia receptorilor de chemokine depinde de tipul de celulă, precum și de starea de activare și diferențiere a celulei. De exemplu, CCR3 este receptorul de chemokine cel mai puternic exprimat pe eozinofile și bazofile. În timp ce celulele T naive exprimă CXCR4 și CCR7, celulele Th1 exprimă CXCR3 și CCR5, celulele Th2 exprimă CCR4 și CCR8, iar celulele Th17 exprimă CCR6 (tabelul 7-3).

O oarecare suprapunere a expresiei receptorilor de chemokine între tipurile de celule reglează fin capacitatea celulelor T de a face trafic ca răspuns la agenți patogeni și stimuli inflamatori specifici. De exemplu, deși celulele T CCR4+CCR6+CD4+ produc interleukina-17 (IL-17) și răspund la Candida albicans, celulele T CXCR3+CCR6+CD4+ pot produce IFN-γ singur sau IFN-γ cu IL-17 și răspund la Mycobacterium tuberculosis.4 Expresia selectivă a receptorilor de chemokine de către diferite celule permite o recrutare diferențiată a leucocitelor în situsurile tisulare pe baza tipurilor de chemokine generate. De exemplu, expresia coordonată a chemokinelor dependente de STAT1) CXCL9, CXCL10 și CXCL11 recrutează celulele Th1 purtătoare de CXCR3 în situsurile inflamatorii Th1, în timp ce expresia chemokinelor dependente de STAT6 CCL1, CCL17 și CCL22 atrage celulele Th2 purtătoare de CCR4 și CCR8 în situsurile de inflamație Th2 într-un model de astm la șoareci.4 (STAT este un transductor de semnal și activator de transcripție.)

.