El receptor del factor estimulante de colonias 1 (CSF1R), también conocido como receptor del factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSFR) y CD115 (Cluster of Differentiation 115), es una proteína de la superficie celular codificada por el gen CSF1R humano (conocido también como c-FMS). [5] [6] CSF1R es un receptor que puede ser activado por dos ligandos : el factor estimulante de colonias 1 (CSF-1) y la interleucina-34 (IL-34). CSF1R se expresa en gran medida en las células mieloides , y la señalización de CSF1R es necesaria para la supervivencia , proliferación y diferenciación de muchos tipos de células mieloides in vivo e in vitro . La señalización de CSF1R está involucrada en muchas enfermedades y es el objetivo de terapias para el cáncer , la neurodegeneración y las enfermedades inflamatorias de los huesos .
En el genoma humano, el gen CSF1R se encuentra en el cromosoma 5 (5q32), y en ratones el gen Csf1r se encuentra en el cromosoma 18 (18D). CSF1R tiene 60,002 kilobases (kbs) de longitud. Las células madre hematopoyéticas expresan CSF1R en niveles bajos, pero CSF1R se expresa en gran medida en tipos de células mieloides más diferenciadas, como monocitos , macrófagos , osteoclastos , células dendríticas mieloides , microglia y células de Paneth . [7] La expresión de CSF1R está controlada por dos promotores alternativos que son activos en tipos de tejidos específicos. El exón 1 de CSF1R se transcribe específicamente en células trofoblásticas , mientras que el exón 2 se transcribe específicamente en macrófagos. La activación de la transcripción de CSF1R está regulada por varios factores de transcripción, incluidos Ets y PU.1 . La expresión del gen CSF1R en macrófagos está regulada por el promotor aguas arriba del exón 2 y otra región altamente conservada denominada elemento regulador intrónico fms (FIRE). El FIRE es una región de 250 pb en el intrón 2 que regula la elongación de la transcripción durante la transcripción de CSF1R en macrófagos. La eliminación específica de FIRE impide la diferenciación de solo tipos específicos de macrófagos, como la microglia cerebral y los macrófagos en la piel, los riñones, el corazón y el peritoneo, mientras que la eliminación de todo el gen Csf1r del ratón impide ampliamente la diferenciación de los macrófagos, lo que causa profundos defectos de desarrollo. [8] Además, el primer intrón del gen CSF1R contiene un pseudogén procesado de proteína ribosomal L7 transcripcionalmente inactivo , orientado en la dirección opuesta al gen CSF1R . [5]
CSF1R, la proteína codificada por el gen CSF1R , es un receptor transmembrana de tirosina quinasa y miembro de la familia de receptores CSF1/PDGF de tirosina-proteína quinasas. CSF1R tiene 972 aminoácidos, se predice que tiene un peso molecular de 107,984 kilodaltons y está compuesto por un dominio extracelular y un dominio citoplasmático. El dominio extracelular tiene 3 dominios de inmunoglobulina (Ig) N-terminales (D1-D3) que se unen al ligando, 2 dominios de Ig (D4-D5) que estabilizan el ligando, una región de enlace y una hélice transmembrana de un solo paso. El dominio citoplasmático tiene un dominio yuxtamembrana y un dominio de tirosina quinasa que está interrumpido por un dominio de inserción de quinasa. En reposo, el dominio yuxtamembrana de CSF1R entra en una posición autoinhibitoria para evitar la señalización del dominio citosólico de CSF1R. [8] Tras la unión del ligando a los dominios de Ig extracelulares, CSF1R se dimeriza de forma no covalente y autofosforila varios residuos de tirosina. Esta primera ola de fosforilación de tirosina de CSF1R crea dominios de unión a fosfotirosina a los que las proteínas efectoras pueden unirse e iniciar varias respuestas celulares. Muchas proteínas se fosforilan en tirosina en respuesta a la señalización de CSF1R ( Tabla 1 ), incluidas p85 , Cbl y Gab3 , que son importantes para la supervivencia, la diferenciación, la quimiotaxis y el citoesqueleto de actina de las células mieloides. La primera ola de fosforilación de tirosina también conduce a la dimerización covalente de CSF1R a través de enlaces disulfuro . La dimerización covalente del CSF1R es importante para una serie de modificaciones del propio CSF1R, incluida una segunda ola de fosforilación de tirosina, fosforilación de serina, ubiquitinación y, finalmente, endocitosis que termina la señalización al transportar el complejo ligando-CSF1R al lisosoma para su degradación. [9] El factor estimulante de colonias 1 (CSF-1) y la interleucina-34 (IL-34) son ambos ligandos del CSF1R . Ambos ligandos regulan la supervivencia, proliferación y diferenciación de las células mieloides, pero el CSF-1 y la IL-34 difieren en su estructura, distribución en el cuerpo y las cascadas de señalización celular específicas que se desencadenan al unirse al CSF1R. [8]
Los osteoclastos son células multinucleadas que absorben y eliminan hueso, lo cual es fundamental para el crecimiento de huesos nuevos y el mantenimiento de la fuerza ósea. Los osteoclastos son fundamentales para el ciclo de remodelación ósea que se logra mediante la construcción de hueso por osteoblastos , la reabsorción por osteoclastos y la remodelación por osteoblastos. [10] Las células precursoras de osteoclastos y los osteoclastos maduros requieren la estimulación de CSF1R para la supervivencia. El bloqueo de la señalización de CSF1R evita que las células precursoras de osteoclastos proliferen, maduren y se fusionen en células multinucleadas. La estimulación de CSF1R promueve la osteoclastogénesis (diferenciación de monocitos en osteoclastos). La señalización de CSF1R en los precursores de osteoclastos promueve la supervivencia mediante la regulación positiva de la proteína Bcl-X (L) , un inhibidor de la caspasa-9 proapoptótica . La señalización del CSF1R en osteoclastos maduros promueve la supervivencia al estimular la quinasa mTOR/S6 y el cotransportador Na/HCO3, NBCn1. [11] La señalización del CSF1R también regula directamente la función de los osteoclastos. Los osteoclastos migran a lo largo de la superficie ósea y luego se adhieren al hueso para degradar y reabsorber la matriz ósea. La señalización del CSF1R regula positivamente este comportamiento, aumentando la quimiotaxis de los osteoclastos y la reabsorción ósea. [10]
Los monocitos y macrófagos son fagocitos mononucleares . Los monocitos circulan en la sangre y son capaces de diferenciarse en macrófagos o células dendríticas , y los macrófagos son células residentes en el tejido diferenciadas terminalmente . La señalización de CSF1R es necesaria para la diferenciación de la microglia y las células de Langerhans que se derivan de las células progenitoras del saco vitelino con alta expresión de CSF1R. [7] La señalización de CSF1R solo se requiere parcialmente para otros macrófagos tisulares, y no es necesaria para la monocitopoyesis (producción de monocitos y macrófagos) a partir de células madre hematopoyéticas . [7] Los macrófagos del timo y los ganglios linfáticos son casi completamente independientes de la señalización de CSF1R. En los macrófagos cuya supervivencia depende total o parcialmente de la señalización de CSF1R, CSF1R promueve la supervivencia activando PI3K . [9] La señalización de CSF1R también regula la función de los macrófagos. Una de las funciones de la señalización del CSF1R es promover la protección y la curación de los tejidos después de un daño. El daño al riñón provoca una regulación positiva del CSF-1 y del CSF1R en las células epiteliales tubulares. Esto promueve la proliferación y la supervivencia de las células epiteliales tubulares lesionadas y promueve fenotipos antiinflamatorios en los macrófagos residentes para promover la curación del riñón. [10] Por último, la activación del CSF1R es una señal quimiocinética potente que induce la polarización y la quimiotaxis de los macrófagos hacia la fuente del ligando del CSF1R. Esta respuesta de los macrófagos requiere cambios morfológicos rápidos que se logran mediante la remodelación del citoesqueleto de actina a través de las vías de señalización Src/ Pyk2 y PI3K . [9]
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La microglia son los fagocitos residentes en los tejidos del sistema nervioso central . La señalización de CSF1R promueve la migración de células precursoras de microglia primitivas desde el saco vitelino embrionario al cerebro en desarrollo antes de la formación de la barrera hematoencefálica . En el desarrollo perinatal, la microglia es fundamental en la poda sináptica , un proceso en el que la microglia fagocita sinapsis débiles e inactivas a través de la unión del receptor 3 del complemento microglial (CR3) (complejo de CD11b y CD18 ) a iC3b unido a la sinapsis. La pérdida de función de Csf1r inhibe la poda sináptica y conduce a un exceso de sinapsis no funcionales en el cerebro. En la edad adulta, CSF1R es necesario para la proliferación y supervivencia de la microglia. [12] La inhibición de la señalización de CSF1R en la edad adulta provoca un agotamiento casi completo (>99%) (muerte) de la microglía cerebral, sin embargo, la reversión de la inhibición de CSF1R estimula la microglía restante para proliferar y repoblar los nichos libres de microglía en el cerebro. [13] La producción de los ligandos CSF1R CSF-1 e IL-34 aumenta en el cerebro después de una lesión o infección viral, lo que dirige a la microglía para que prolifere y ejecute respuestas inmunes. [12]
Se ha descubierto que la señalización de CSF1R desempeña papeles importantes en células no mieloides, como las células progenitoras neuronales, células multipotentes que pueden autorenovarse o diferenciarse terminalmente en neuronas , astrocitos y oligodendrocitos . Los ratones con pérdida de función de Csf1r tienen significativamente más células progenitoras neuronales en zonas generativas y menos neuronas maduras en las láminas del prosencéfalo debido a la falla de la maduración de las células progenitoras y la migración radial. Estos fenotipos también se observaron en animales con knock-out condicional de Csf1r específicamente en células progenitoras neuronales, lo que sugiere que la señalización de CSF1R por células progenitoras neuronales es importante para la maduración de ciertas neuronas. [11] Los estudios que utilizan células progenitoras neuronales cultivadas también muestran que la señalización de CSF1R estimula la maduración de las células progenitoras neuronales. [12]
El CSF1R se expresa en los ovocitos , el trofoblasto y los embriones fertilizados antes de la implantación en el útero . [8] Los estudios realizados con embriones de ratón en etapa temprana in vitro han demostrado que la activación del CSF1R estimula la formación de la cavidad del blastocisto y aumenta el número de células del trofoblasto. Los ratones con pérdida de función del CSF1R presentan varias anomalías del sistema reproductivo en el ciclo estral y las tasas de ovulación , así como una reducción de los folículos antrales y los macrófagos ováricos. No está claro si la disfunción de la ovulación en los ratones con pérdida de función del CSF1R se debe a la pérdida de los efectos protectores de los macrófagos ováricos o a la pérdida de la señalización del CSF1R en los propios ovocitos. [11]
La remodelación ósea está regulada por la regulación cruzada mutua entre osteoclastos y osteoblastos. Como resultado, la disfunción de la señalización de CSF1R afecta directamente la reabsorción (osteoclastos) y afecta indirectamente la deposición ósea (osteoblastos). En condiciones de artritis inflamatoria como la artritis reumatoide , la artritis psoriásica y la enfermedad de Crohn , la citocina proinflamatoria TNF-α es secretada por los macrófagos sinoviales que estimulan las células del estroma y los osteoblastos para producir CSF-1. El aumento de CSF-1 promueve la proliferación de osteoclastos y precursores de osteoclastos y aumenta la reabsorción ósea de osteoclastos. Este aumento patógeno en la actividad de los osteoclastos causa pérdida ósea anormal u osteólisis . [14] En modelos animales de artritis reumatoide, la administración de CSF-1 aumenta la gravedad de la enfermedad, mientras que la pérdida de función de Csf1r reduce la inflamación y la erosión articular. [10] En una enfermedad ósea rara llamada enfermedad de Gorham‐Stout , la producción elevada de CSF-1 por las células endoteliales linfáticas produce de manera similar osteoclastogénesis y osteólisis excesivas . [8] Además, también se ha descubierto que la pérdida posmenopáusica de estrógeno afecta la señalización de CSF1R y causa osteoporosis . La deficiencia de estrógeno causa osteoporosis al regular positivamente la producción de TNF-α por las células T activadas . Al igual que en la artritis inflamatoria, el TNF-α estimula las células del estroma para producir CSF-1, lo que aumenta la señalización de CSF1R en los osteoclastos. [15]
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Los macrófagos asociados a tumores (MAT) reaccionan a los cánceres en etapa temprana con respuestas inmunes antiinflamatorias que apoyan la supervivencia del tumor a expensas del tejido sano. La infiltración tumoral por MAT que expresan CSF1R produce un pronóstico negativo y se correlaciona con bajas tasas de supervivencia para individuos con linfoma y tumores sólidos. El microambiente tumoral a menudo produce altos niveles de CSF-1, creando un ciclo de retroalimentación positiva en el que el tumor estimula la supervivencia de los MAT y los MAT promueven la supervivencia y el crecimiento del tumor. Por lo tanto, la señalización de CSF1R en los MAT se asocia con la supervivencia tumoral, la angiogénesis , la resistencia a la terapia y la metástasis . La producción de CSF-1 por tumores cerebrales llamados glioblastomas hace que la microglia (macrófagos residentes en el cerebro) muestre fenotipos inmunosupresores y permisivos de tumores. [16] La inhibición de CSF1R en modelos de glioblastoma de ratón es beneficiosa y mejora la supervivencia al inhibir las funciones promotoras de tumores de la microglia. Los modelos de ratón de cáncer de mama también muestran que la pérdida de función de Csf1r retrasa la infiltración y la metástasis de los TAM. Debido a que los macrófagos y la microglia anticancerígenos dependen de la señalización de GM-CSF e IFN-γ en lugar de CSF-1, la inhibición de la señalización de CSF1R se ha postulado como un objetivo terapéutico en el cáncer para agotar preferentemente los TAM permisivos para el tumor. [8] [12] Además, las mutaciones en el propio gen CSF1R están asociadas con ciertos cánceres como la leucemia mielomonocítica crónica y la leucemia mieloblástica aguda tipo M4 . [17]
Debido a la importancia del gen CSF1R en la supervivencia, maduración y función de las células mieloides, la pérdida de función en ambas copias heredadas del gen CSF1R causa mortalidad posnatal. Las mutaciones heterocigotas en el gen CSF1R impiden la señalización descendente de CSF1R y causan una enfermedad neurodegenerativa autosómica dominante llamada leucoencefalopatía del inicio en la edad adulta , que se caracteriza por demencia , disfunción ejecutiva y convulsiones . La pérdida parcial de CSF1R en la leucoencefalopatía del inicio en la edad adulta hace que la microglía presente déficits morfológicos y funcionales (producción y fagocitosis de citocinas deterioradas ) que se asocian con daño axonal , desmielinización y pérdida neuronal. La señalización por un complejo DAP12 - TREM2 en la microglía es descendente de la señalización de CSF1R y es necesaria para la fagocitosis de los restos celulares por parte de la microglía y el mantenimiento de la homeostasis cerebral. [18] [12] La deficiencia de TREM2 en células mieloides cultivadas impide la estimulación de la proliferación mediante el tratamiento con CSF-1. Las similitudes entre la enfermedad de Nasu-Hakola (causada por mutaciones en DAP12 o TREM2 ) y la leucoencefalopatía de inicio en la edad adulta sugieren que la pérdida parcial de la señalización de CSF1R en la microglía promueve la neurodegeneración. También se observan defectos en la neurogénesis y la supervivencia neuronal en la leucoencefalopatía de inicio en la edad adulta debido a la señalización de CSF1R alterada en las células progenitoras neuronales. [12]
La señalización de CSF1R está involucrada en varias enfermedades y trastornos del sistema nervioso central . La investigación que utiliza modelos animales de epilepsia ( convulsiones inducidas por ácido kainico ) sugiere que la señalización de CSF1 durante las convulsiones protege a las neuronas activando la señalización neuronal CREB . El agonismo de CSF1R durante las convulsiones aumenta la supervivencia neuronal, mientras que la pérdida de función de Csf1r específica de las neuronas empeora la excitotoxicidad del ácido kainico , lo que sugiere que la señalización de CSF1R en las neuronas protege directamente contra el daño neuronal relacionado con las convulsiones. [12] Aunque la señalización de CSF1R es beneficiosa en ciertos contextos, es perjudicial en enfermedades en las que la microglía impulsa el daño tisular. En la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth tipo 1 , la secreción de CSF-1 de las células endoneurales estimula la proliferación y activación de macrófagos y microglía que causan desmielinización. Asimismo, en la esclerosis múltiple , la señalización de CSF1R apoya la supervivencia de la microglía inflamatoria que promueve la desmielinización. La inhibición de CSF1R reduce profilácticamente la desmielinización en el modelo animal de encefalomielitis autoinmune experimental . El papel de la señalización de CSF1R en la enfermedad de Alzheimer es más complicado porque la microglía protege y daña el cerebro en respuesta a la patología de la enfermedad de Alzheimer. CSF-1 estimula la microglía humana cultivada primaria para fagocitar péptidos tóxicos Aβ 1–42 . La microglía también inicia respuestas inmunes dependientes de TREM2 a las placas amiloides que protegen a las neuronas. [19] [20] Sin embargo, la microglía de la enfermedad de Alzheimer también secreta excesivamente citocinas inflamatorias y poda sinapsis promoviendo la pérdida de sinapsis, la muerte neuronal y el deterioro cognitivo . [21] Tanto la estimulación como la inhibición de CSF1R mejoran la función cognitiva en modelos de enfermedad de Alzheimer. [12] Por lo tanto, la microglía parece tener funciones tanto protectoras como neurotóxicas durante la neurodegeneración de la enfermedad de Alzheimer. [22] [23] Se han informado hallazgos similares en estudios de lesiones del cerebro de ratones, que mostraron que la inhibición de CSF1R después de la lesión mejora la recuperación, pero la inhibición durante la lesión empeora la recuperación. [12] Las terapias dirigidas a CSF1R para trastornos neurológicos pueden afectar tanto las funciones perjudiciales como las beneficiosas de la microglía.
Debido a que la señalización de CSF1R de TAM es permisiva con los tumores y puede causar resistencia al tratamiento del tumor, la señalización de CSF1R es un objetivo terapéutico prometedor en el tratamiento del cáncer. Varios estudios han investigado la eficacia del inhibidor de CSF1R como monoterapia y como terapia combinada en cánceres refractarios y metastásicos. Varios inhibidores de moléculas pequeñas y anticuerpos monoclonales dirigidos a CSF1R están en desarrollo clínico para la terapia del cáncer ( Tabla 2 ). Pexidartinib (PLX3397) es un inhibidor de molécula pequeña tirosina de CSFR (así como cKIT , FLT3 y VEGFR ) con el mayor desarrollo clínico hasta el momento. Varios ensayos clínicos completados y concurrentes han probado la eficacia y seguridad de Pexidartinib como monoterapia para el melanoma con mutación de c-kit , cáncer de próstata , glioblastoma , linfoma de Hodgkin clásico , neurofibroma , sarcoma y leucemias . [16] En 2019, la FDA aprobó Pexidartinib para el tratamiento de tumores de células gigantes tenosinoviales de tipo difuso , un tumor no maligno que se desarrolla a partir del tejido sinovial que recubre las articulaciones. [24]
La seguridad de los inhibidores de CSF1R se ha caracterizado ampliamente en ensayos clínicos para las diferentes moléculas pequeñas y anticuerpos monoclonales en la Tabla 2. En algunos estudios, no se encontró que los inhibidores de CSF1R tuvieran toxicidad limitante de la dosis , mientras que otros estudios observaron toxicidad a dosis altas y han definido una dosis máxima tolerada . En múltiples estudios, los efectos adversos más frecuentes incluyeron fatiga , enzimas hepáticas elevadas ( creatina quinasa , lactato deshidrogenasa , aspartato aminotransferasa , alanina transaminasa ), edema , náuseas , lagrimeo y reducción del apetito, pero no se encontraron signos de toxicidad hepática . Existen algunas diferencias en los efectos secundarios del anticuerpo monoclonal en comparación con los inhibidores de CSF1R de molécula pequeña. El edema fue más común con el tratamiento con anticuerpos monoclonales en comparación con moléculas pequeñas, lo que sugiere que la respuesta inmune a los anticuerpos monoclonales puede impulsar algunos efectos secundarios. Además, algunos inhibidores de moléculas pequeñas no son específicos para CSF1R, y los efectos fuera del objetivo podrían explicar los efectos secundarios observados. Por ejemplo, se descubrió que el tratamiento con pexidartinib modificaba el color del cabello, presumiblemente por su efecto sobre la quinasa KIT . En general, los inhibidores de CSF1R tienen perfiles de seguridad favorables con una toxicidad limitada. [16]
Los inhibidores de CSF1R como PLX5622 se utilizan ampliamente para estudiar el papel de la microglía en modelos preclínicos de ratón de enfermedad de Alzheimer, accidente cerebrovascular , lesión cerebral traumática y envejecimiento . PLX5622 se utiliza normalmente para la investigación de la microglía porque PLX5622 tiene una mayor biodisponibilidad cerebral y especificidad de CSF1R en comparación con otros inhibidores de CSF1R como PLX3397 . [13] En 2020, los investigadores David Hume ( Universidad de Queensland ) y Kim Green ( UCI ) publicaron una carta en la revista académica PNAS defendiendo el uso de inhibidores de CSF1R de moléculas pequeñas para estudiar la microglía en enfermedades cerebrales. [25] Esta carta fue en respuesta a un artículo de investigación primaria publicado en PNAS por el corresponsal principal Eleftherios Paschalis ( HMS ) y otros que proporcionaron evidencia de que la investigación de la microglía utilizando PLX5622 se ve confundida por la inhibición de CSF1R en macrófagos periféricos. Paschalis y sus colegas publicaron una carta posterior en PNAS defendiendo los hallazgos de su investigación publicada. [26]
Se ha demostrado que el receptor del factor estimulante de colonias 1 interactúa con:
Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .
