Los receptores tipo inmunoglobulina de células asesinas ( KIR ) son una familia de glicoproteínas transmembrana de tipo I expresadas en la membrana plasmática de las células asesinas naturales (NK) y una minoría de las células T. [1] [2] En los humanos, están codificados en el complejo del receptor de leucocitos (LRC) en el cromosoma 19q13.4; la región KIR tiene aproximadamente 150 kilobases y contiene 14 loci, incluidos 7 genes codificadores de proteínas (algunos duplicados) y 2 pseudogenes. [3] [4]
Regulan la función de eliminación de estas células al interactuar con moléculas de clase I del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) , que se expresan en todos los tipos de células nucleadas. Los receptores KIR pueden distinguir entre variantes alélicas del MHC I, lo que les permite detectar células infectadas por virus o células transformadas . Los KIR son receptores pareados , lo que significa que algunos tienen funciones activadoras y otros inhibidoras; la mayoría de los KIR son inhibidores: su reconocimiento de moléculas del MHC suprime la actividad citotóxica de su célula NK. [5]
Un número limitado de KIR se activan: su reconocimiento de moléculas MHC activa la actividad citotóxica de su célula. [6] La expresión inicial de KIR en las células NK es estocástica , pero las células NK experimentan un proceso educativo a medida que maduran que altera la expresión de KIR para maximizar el equilibrio entre la defensa efectiva y la autotolerancia. El papel de KIR en matar células propias no saludables y no matar células propias saludables, los involucra en la protección y propensión a la infección viral, la enfermedad autoinmune y el cáncer. [2] [7] Las moléculas de KIR son polimórficas : sus secuencias genéticas difieren mucho entre individuos. También son poligénicas , por lo que es raro que dos individuos no relacionados posean el mismo genotipo de KIR. [8]
A diferencia de los linfocitos T, las células NK en reposo utilizan gránulos líticos preformados para matar células diana, lo que implica un efecto citolítico rápido que requiere un mecanismo de control finamente regulado. La capacidad de preservar los tejidos normales, pero no las células transformadas, se denomina la hipótesis del " yo perdido ". [9] [10] Este fenómeno está determinado por los receptores inhibidores específicos del MHC de clase I que dominan funcionalmente los potenciales de activación inducidos por los receptores activadores. [11] [12] Por lo tanto, las células NK utilizan una serie compleja de interacciones inhibidoras o activadoras receptor/ligando, cuyo equilibrio regula la función de las células NK y la actividad citolítica. [11] [13] [14] [15] [16] [17] Los receptores que muestran esta función evolucionaron durante la filogénesis después de la rápida evolución de los genes que codifican las moléculas del MHC de clase I. Así, en los primates y algunas otras especies, los receptores inhibidores de clase I del MHC evolucionados pertenecen a la superfamilia de inmunoglobulinas KIR, [18] [19] [20] mientras que en roedores y otras especies la misma función está bajo el control de las glicoproteínas transmembrana integrales de tipo II, caracterizadas estructuralmente como homodímeros unidos por disulfuro que pertenecen a la familia de proteínas Ly49 . [21]
Las células asesinas naturales (NK) son un tipo de célula linfocítica involucrada en la respuesta del sistema inmunológico innato a la infección viral y la transformación tumoral de las células huésped. [20] [7] Al igual que las células T, las células NK tienen muchas cualidades características del sistema inmunológico adaptativo , incluida la producción de células de "memoria" que persisten después del encuentro con antígenos y la capacidad de crear una respuesta de recuerdo secundaria. [7] A diferencia de las células T, los receptores de células NK están codificados en la línea germinal y, por lo tanto, no requieren reordenamientos de genes somáticos . [7] Debido a que las células NK se dirigen a células propias, tienen un mecanismo complejo por el cual diferencian células propias y ajenas para minimizar la destrucción de células sanas y maximizar la destrucción de células no sanas. [20]
La citólisis de las células asesinas naturales de las células diana y la producción de citocinas está controlada por un equilibrio de señales inhibidoras y activadoras, que son facilitadas por los receptores de células NK. [20] [22] [23] Los receptores inhibidores de células NK son parte de la superfamilia de tipo inmunoglobulina (IgSF) o de la superfamilia de receptores de tipo lectina de tipo C (CTLR). [20] [7] Los miembros de la familia IgSF incluyen el receptor de tipo inmunoglobulina de células asesinas humanas (KIR) y las transcripciones de tipo inmunoglobulina (ILT). [7] Los receptores inhibidores de CTLR incluyen el CD94/NKG2A y el Ly49 murino, que probablemente es análogo al KIR humano. [23] [5]
Los receptores KIR y CD94 (CTLR) se expresan en el 5% de las células T de sangre periférica . [12] [23]
Los receptores KIR se nombran en función del número de sus dominios extracelulares similares a Ig (2D o 3D) y por la longitud de su cola citoplasmática (larga (L), corta (S) o pseudogen (P)). [12] [23] El número que sigue a la L, S o P en el caso de un pseudogen, diferencia a los receptores KIR con el mismo número de dominios extracelulares y longitud de cola citoplasmática. [3] [23] Finalmente, el asterisco después de esta nomenclatura indica variantes alélicas. [5] [23]
Las sustituciones, inserciones o deleciones individuales en el material genético que codifica los receptores KIR cambian el sitio de terminación del gen, lo que hace que la cola citoplasmática sea larga o corta, dependiendo del sitio del codón de terminación. [12] [3] Estas alteraciones de un solo nucleótido en la secuencia de nucleótidos alteran fundamentalmente la función de KIR. Con la excepción de KIR2DL4, que tiene capacidades tanto activadoras como inhibidoras, los receptores KIR con colas citoplasmáticas largas son inhibidores y aquellos con colas cortas son activadores. [20] [23]
Los receptores inhibidores reconocen las moléculas de MHC de clase I propias en las células propias diana, lo que provoca la activación de vías de señalización que detienen la función citolítica de las células NK. [24] Las moléculas de MHC de clase I propias siempre se expresan en circunstancias normales. [20] Según la hipótesis del yo faltante, los receptores inhibidores KIR reconocen la regulación negativa de las moléculas de MHC de clase I en células propias infectadas o transformadas por virus, lo que hace que estos receptores dejen de enviar la señal de inhibición, lo que luego conduce a la lisis de estas células no saludables. [20] [23] Debido a que las células asesinas naturales se dirigen a las células huésped infectadas por virus y a las células tumorales, los receptores inhibidores KIR son importantes para facilitar la autotolerancia. [6]
Los receptores inhibidores de KIR envían señales a través de su motivo inhibidor basado en tirosina inmunorreceptor (ITIM) en su dominio citoplasmático . Cuando los receptores inhibidores de KIR se unen a un ligando, sus ITIM se fosforilan en tirosina y se reclutan las fosfatasas de tirosina proteica , incluida la SHP-1. La inhibición se produce al principio de la vía de señalización de activación, probablemente a través de la interferencia de la vía por parte de estas fosfatasas. [20] [23]
Los receptores activadores reconocen ligandos que indican una aberración de la célula huésped, incluidos los antígenos propios inducidos (que son marcadores de células propias infectadas e incluyen MICA, MICB y ULBP, todos los cuales están relacionados con moléculas MHC de clase 1), antígenos propios alterados (antígenos MHC de clase I cargados con péptidos extraños) y/o no propios (moléculas codificadas por patógenos). [20] [23] La unión de los receptores KIR activadores a estas moléculas provoca la activación de vías de señalización que hacen que las células NK lisen las células infectadas o transformadas por virus . [23]
Los receptores activadores no tienen el motivo de inhibición de la base de tirosina del inmunorreceptor (ITIM) característico de los receptores inhibidores, y en su lugar contienen un residuo de lisina o arginina cargado positivamente en su dominio transmembrana (con la excepción de KIR2L4) que ayuda a unirse a DAP12, una molécula adaptadora que contiene un residuo cargado negativamente, así como motivos de activación basados en tirosina del inmunorreceptor (ITAM) . [23] [13] Los receptores KIR activadores incluyen KIR2DS y KIR3DS. [23]
Se sabe mucho menos sobre los receptores activadores en comparación con los receptores inhibidores. Una proporción significativa de la población humana carece de receptores activadores KIR en la superficie de sus células NK como resultado de variantes truncadas de KIR2DS4 y 2DL4, que no se expresan en la superficie celular, en individuos que son heterocigotos para el haplotipo del grupo A de KIR. [20] Esto sugiere que la falta de receptores activadores KIR no es increíblemente perjudicial, probablemente porque hay otras familias de receptores activadores de la superficie de las células NK que se unen a moléculas de MHC de clase I que probablemente se expresan en individuos con este fenotipo. Sin embargo, debido a que se sabe poco sobre la función de los receptores activadores KIR, es posible que exista una función importante de los receptores activadores KIR de la que aún no somos conscientes. [20]
Los receptores activadores tienen una menor afinidad por sus ligandos que los receptores inhibidores. [23] Aunque se desconoce el propósito de esta diferencia en la afinidad, es posible que la citólisis de las células diana se produzca preferentemente en condiciones en las que la expresión de moléculas estimulantes del MHC de clase I en las células diana sea alta, lo que puede ocurrir durante la infección viral. [23] Esta diferencia, que también está presente en Ly49, el homólogo murino de KIR, inclina la balanza hacia la autotolerancia. [17]
Los receptores KIR activadores e inhibidores se expresan en las células NK en combinaciones irregulares y variadas, lo que da lugar a células NK distintas. [23] Los receptores inhibidores de la superfamilia IgSF y CTLR expresados en la superficie de las células NK se expresan cada uno en un subconjunto de células NK de tal manera que no todas las clases de receptores inhibidores de células NK se expresan en cada célula NK, pero hay cierta superposición. [23] Esto crea repertorios únicos de células NK, lo que aumenta la especificidad con la que las células NK reconocen las células propias infectadas y transformadas por virus. [23] La expresión de los receptores KIR está determinada principalmente por factores genéticos, pero estudios recientes han encontrado que los mecanismos epigenéticos también juegan un papel en la expresión del receptor KIR. [23] Los receptores KIR activadores e inhibidores que reconocen la misma molécula MHC de clase I en su mayoría no son expresados por la misma célula NK. [23] Este patrón de expresión es beneficioso porque las células diana que carecen de moléculas MHC inhibidoras pero expresan moléculas MHC activadoras son extremadamente sensibles a la citólisis. [23]
Aunque la expresión inicial de receptores inhibidores y activadores en las células NK parece ser estocástica, existe un proceso de educación basado en alelos de clase I del MHC expresados por el huésped que determina el repertorio final de la expresión del receptor NK. [23] [12] Este proceso de educación no se entiende bien. [23] Diferentes genes de receptores se expresan principalmente de forma independiente de otros genes de receptores, lo que corrobora la idea de que la expresión inicial de los receptores es estocástica. [23] Sin embargo, los receptores no se expresan de forma totalmente independiente entre sí, lo que apoya la idea de que existe un proceso de educación que reduce la cantidad de aleatoriedad asociada con la expresión del receptor. Además, una vez que un gen del receptor NK se activa en una célula, su expresión se mantiene durante muchas generaciones de células. [12] [23] Parece que una cierta proporción de células NK son inmaduras en el desarrollo y, por lo tanto, carecen de receptores inhibidores, lo que las hace hiporresponsivas a las células diana. [23] En el hígado fetal humano, los receptores KIR y CD49 ya son expresados por las células NK, lo que indica que al menos algunos receptores KIR están presentes en las células NK fetales, aunque se necesitan más estudios para corroborar esta idea. [23] Aunque la inducción de la expresión del receptor NK no se entiende completamente, un estudio encontró que las células progenitoras humanas cultivadas in vitro con citocinas se desarrollaron en células NK, y muchas de estas células expresaron receptores CD94/NKG2A, un receptor CTLR. [23] Además, hubo poca o ninguna expresión del receptor KIR en estas células, por lo que claramente se requieren señales adicionales para la inducción de KIR. [23]
El equilibrio entre la defensa eficaz y la autotolerancia es importante para el funcionamiento de las células NK. Se cree que la autotolerancia de las células NK está regulada por el proceso educativo de expresión del receptor descrito anteriormente, aunque no se conoce el mecanismo exacto. [23] La hipótesis de “al menos uno” es una hipótesis atractiva, aunque aún no totalmente fundamentada, que intenta explicar la forma en que se regula la autotolerancia en el proceso educativo. Esta hipótesis postula que el repertorio de células NK está regulado de modo que al menos un receptor inhibidor (ya sea de la superfamilia IgSF o CTLR) esté presente en cada célula NK, lo que garantizaría la autotolerancia. [23] Una defensa eficaz requiere un patrón opuesto de expresión del receptor. La coexpresión de muchos receptores específicos del MHC por parte de las células NK está desfavorecida, probablemente porque las células que coexpresan receptores son menos capaces de atacar a las células infectadas o transformadas por virus que han regulado a la baja o perdido una molécula del MHC en comparación con las células NK que coexpresan receptores en menor grado. [23] Por lo tanto, la minimización de la coexpresión es importante para montar una defensa efectiva maximizando la sensibilidad de la respuesta. [23]
El grupo de genes KIR tiene aproximadamente 150 kb y está ubicado en el complejo del receptor de leucocitos (LRC) en el cromosoma humano 19q 13.4. [1] [24] [12] Los genes KIR tienen 9 exones, que están fuertemente correlacionados con los dominios de la proteína del receptor KIR (líder, D0, D1 y D2, dominios madre, transmembrana y citosólico). [20] Además, las regiones promotoras de los genes KIR comparten más del 90% de identidad de secuencia, lo que indica que existe una regulación transcripcional similar de los genes KIR. [20]
La superfamilia de receptores similares a inmunoglobulinas de células asesinas humanas (que comparten entre un 35 y un 50 % de identidad de secuencia y el mismo plegamiento que KIR) incluye transcripciones similares a inmunoglobulinas (ILT, también conocidas como receptores similares a inmunoglobulinas leucocitarias (LIR)), receptores similares a Ig asociados a leucocitos (LAIR), receptores similares a Ig emparejados (PIR) y gp49. [3] Además, se ha informado que se han identificado entre 12 y 17 receptores KIR. [3] [23] [12] Había un único gen ancestral del cual surgieron todos los genes de los receptores KIR existentes a través de duplicaciones, recombinaciones y mutaciones, y todos los receptores KIR comparten más del 90 % de identidad de secuencia. [20]
Los receptores de células NK se unen directamente a las moléculas de MHC de clase I en la superficie de las células diana. [23] Los receptores similares a inmunoglobulinas de células asesinas humanas reconocen los dominios α1 y α2 de los antígenos leucocitarios humanos de clase I (HLA-A, -B y –C), que son las versiones humanas de los MHC. [23] [12] La posición 44 en el dominio D1 de los receptores KIR y la posición 80 en HLA-C son importantes para la especificidad de la unión KIR-HLA. [12]
Todos los genes KIR excepto dos (KIR2DP1 y KIR3DL3) tienen múltiples alelos, y KIR3DL2 y KIR3DL1 tienen la mayor cantidad de variaciones (12 y 11, respectivamente). [6] En total, en 2012 se conocían 614 secuencias de nucleótidos de KIR que codificaban 321 proteínas KIR distintas. [23] Además, los receptores inhibidores son más polimórficos que los receptores activadores. [23] La gran mayoría (69 %) de las sustituciones en la secuencia de ADN de KIR son no sinónimas y el 31 % son sinónimas . [6] La relación entre sustituciones no sinónimas y sinónimas (dN/dS) es mayor que uno para cada KIR y cada dominio KIR, lo que indica que se está produciendo una selección positiva . [6] Además, los exones 5', que codifican el péptido líder y los dominios similares a Ig, tienen una mayor proporción de sustituciones no sinónimas que los exones 3', que codifican el tallo, la región transmembrana y la cola citoplasmática. [6] Esto indica que se está produciendo una selección más fuerte en los exones 5', que codifican la parte extracelular del KIR que se une al MHC. [6] Por lo tanto, hay evidencia de una fuerte selección en los sitios de unión del ligando KIR, lo que es consistente con la alta especificidad del sitio de unión del ligando KIR, así como con la rápida evolución de las moléculas MHC de clase I y los virus. [6] [23]
Los genomas humanos difieren en su cantidad de genes KIR, en su proporción de genes inhibidores versus activadores y en sus variaciones alélicas de cada gen. [10] [8] Como resultado de estas variaciones poligénicas y polimórficas, menos del 2% de los individuos no relacionados tienen el mismo genotipo KIR, y las poblaciones étnicas tienen frecuencias de genotipos KIR ampliamente diferentes. Esta increíble diversidad probablemente refleja la presión de los virus que evolucionan rápidamente. [23] Se han clasificado 30 haplotipos distintos, todos los cuales pueden caracterizarse ampliamente por los haplotipos del grupo A y del grupo B. [23] El haplotipo del grupo A tiene un conjunto fijo de genes, que son KIR3DL3, 2L3, 2DP1, 2DL1, 3DP1, 2DL4, 3DL1, 2DS4 y 3DL2. [20] [23] Los haplotipos del grupo B abarcan todos los demás haplotipos y, por lo tanto, tienen un conjunto variable de genes, incluidos varios genes ausentes en el grupo A, incluidos KIR2DS1, 2DS2, 2DS3, 2DS5, 2DL2, 2DL5 y 3DS1. [20] [23] Debido a que el grupo B tiene diversidad genética y alélica (en comparación con solo diversidad alélica en el grupo A), el grupo B es incluso más diverso que el grupo A. [20] Cuatro genes KIR (2DL4, 3DL2, 3DL3 y 3DP1) están presentes en casi todos los haplotipos KIR y, como resultado, se conocen como genes marco. La herencia de los haplotipos maternos y paternos da como resultado una mayor diversidad del genotipo KIR individual. [23]
El grupo A sólo tiene un receptor KIR activador, mientras que el grupo B contiene muchos receptores KIR activadores y, como resultado, los portadores del haplotipo del grupo B tienen una respuesta más fuerte a las células infectadas y transformadas por virus. [23] Como resultado de las enormes migraciones que los pueblos indígenas de la India, Australia y las Américas hicieron desde África, la activación de los receptores KIR se volvió ventajosa para estas poblaciones y, como resultado, estas poblaciones adquirieron receptores KIR activadores. [23]
Un estudio de los genotipos de 989 individuos que representan ocho poblaciones distintas encontró 111 genotipos KIR distintos . Los individuos con el genotipo más frecuente, que comprendía el 27% de los individuos estudiados, son homocigotos para el haplotipo del grupo A. [10] Los 110 genotipos KIR restantes encontrados en este estudio son heterocigotos del grupo A y del grupo B u homocigotos del grupo B (que son indistinguibles de los heterocigotos solo por el genotipo). El 41% (46) de los genotipos identificados se encontraron en un solo individuo, y el 90% de los individuos tenían los mismos 40 genotipos. [5] Claramente, existe una amplia diversidad en los genotipos KIR humanos, lo que permite una rápida evolución en respuesta a virus de rápida evolución.
Los genotipos que son dominantes en el receptor inhibidor KIR son probablemente susceptibles a infecciones y trastornos reproductivos pero protectores contra enfermedades autoinmunes , mientras que los genotipos dominantes en el receptor activador KIR son probablemente susceptibles a autoinmunidad pero protectores contra infecciones virales y cáncer. [20] [23] Sin embargo, la relación entre el dominio del genotipo inhibidor vs. estimulador KIR es más complicada que esto porque las enfermedades son muy diversas y tienen muchas causas diferentes, y la activación o desactivación inmune puede no ser protectora o dañina en cada etapa de la enfermedad. [20] KIR2DS2 o 2DS1, que son receptores activadores, están fuertemente correlacionados con la mayoría de las enfermedades autoinmunes, lo cual es lógico porque los receptores activadores inducen vías de señalización que conducen a la citólisis de las células objetivo. [20] [23] Otro receptor activador, KIR3DS1, es protector contra la infección por el virus de la hepatitis C, está asociado con la desaceleración de la progresión del SIDA y está asociado con el cáncer de cuello uterino , que está asociado con una cepa distinta de VPH . [20] [23] Es probable que KIR3DS1 esté asociado con el cáncer de cuello uterino a pesar de su naturaleza estimulante porque los tumores de cuello uterino generalmente se asocian con inflamación localizada. [20]
1-7F9 es un anticuerpo monoclonal humano que se une a KIR2DL1 /2L3. [25] Lirilumab, un fármaco muy similar , está destinado al tratamiento de cánceres, por ejemplo, leucemia. [26] [27]
Los receptores tipo inmunoglobulina de células asesinas (KIR) se están explorando [28] [29] [30] como un método de activación alternativo en la terapia con células T CAR . A diferencia del enfoque tradicional que utiliza receptores de células T, la incorporación de KIR en las células T CAR tiene como objetivo explotar las propiedades citotóxicas y las funciones reguladoras de las células asesinas naturales (NK). Este método está bajo investigación por su potencial para mejorar la focalización y destrucción de células cancerosas, con el objetivo de abordar las limitaciones observadas en las terapias actuales con células T CAR, como los efectos fuera del objetivo y la resistencia. Se están realizando investigaciones [31] [32] para determinar la eficacia y seguridad del uso de la activación basada en KIR en los tratamientos con células T CAR. [33]