Los receptores de reconocimiento de patrones ( PRR ) [1] desempeñan un papel crucial en el funcionamiento adecuado del sistema inmunológico innato . Los PRR son sensores del huésped codificados en la línea germinal que detectan moléculas típicas de los patógenos. [2] Son proteínas expresadas principalmente por células del sistema inmunológico innato , como células dendríticas, macrófagos, monocitos, neutrófilos, así como por células epiteliales, [3] [4] para identificar dos clases de moléculas: asociadas a patógenos patrones moleculares (PAMP), que están asociados con patógenos microbianos , y patrones moleculares asociados a daños (DAMP), que están asociados con componentes de las células del huésped que se liberan durante el daño o la muerte celular. También se les llama receptores de reconocimiento de patrones primitivos porque evolucionaron antes que otras partes del sistema inmunológico, particularmente antes de la inmunidad adaptativa . Los PRR también median en el inicio de una respuesta inmune adaptativa específica de antígeno y la liberación de citoquinas inflamatorias. [2] [5]
Las moléculas específicas de microbios que son reconocidas por un PRR determinado se denominan patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP, por sus siglas en inglés) e incluyen carbohidratos bacterianos (como lipopolisacáridos o LPS, manosa ), ácidos nucleicos (como ADN o ARN bacteriano o viral), bacterias péptidos (flagelina, factores de elongación de microtúbulos), peptidoglicanos y ácidos lipoteicoicos (de bacterias Gram positivas), N -formilmetionina , lipoproteínas y glucanos y quitina de hongos . Las señales de estrés endógeno se denominan patrones moleculares asociados al daño (DAMP) e incluyen ácido úrico y ATP extracelular , entre muchos otros compuestos. [2] Hay varios subgrupos de PRR. Se clasifican según su especificidad de ligando , función, localización y/o relaciones evolutivas.
Según su localización, los PRR se pueden dividir en PRR unidos a membrana y PRR citoplasmáticos:
Los PRR se descubrieron por primera vez en plantas. [6] Desde entonces, muchos PRR de plantas han sido predichos mediante análisis genómico (370 en arroz; 47 en Arabidopsis ). A diferencia de los PRR animales, que están asociados con quinasas intracelulares a través de proteínas adaptadoras (ver quinasas no RD a continuación), los PRR vegetales se componen de un dominio extracelular, un dominio transmembrana, un dominio yuxtamembrana y un dominio quinasa intracelular como parte de una sola proteína.
El reconocimiento de patrones moleculares extracelulares o endosómicos asociados a patógenos está mediado por proteínas transmembrana conocidas como receptores tipo peaje (TLR). [7] Los TLR comparten un motivo estructural típico, las repeticiones ricas en leucina (LRR) , que les dan su apariencia específica y también son responsables de la funcionalidad de los TLR. [8] Los receptores tipo Toll se descubrieron por primera vez en Drosophila y desencadenan la síntesis y secreción de citoquinas y la activación de otros programas de defensa del huésped que son necesarios para las respuestas inmunes tanto innatas como adaptativas. Hasta ahora se han descrito en humanos 10 miembros funcionales de la familia TLR. [5] También se han realizado estudios sobre TLR11 y se ha demostrado que reconoce proteínas similares a flagelina y profilina en ratones. [9] Sin embargo, TLR11 es sólo un pseudogen en humanos sin función directa o expresión de proteínas funcionales. Se ha demostrado que cada uno de los TLR interactúa con un PAMP específico. [5] [10] [11]
Los TLR tienden a dimerizarse, el TLR4 forma homodímeros y el TLR6 puede dimerizarse con TLR1 o TLR2 . [10] La interacción de los TLR con su PAMP específica está mediada a través de la vía dependiente de MyD88 y desencadena la señalización a través de NF-κB y la vía MAP quinasa y, por lo tanto, la secreción de citocinas proinflamatorias y moléculas coestimuladoras o señalización dependiente de TRIF . ruta. [2] [5] [10] MyD88: la vía dependiente es inducida por varios PAMP que estimulan los TLR en macrófagos y células dendríticas. MyD88 atrae la molécula IRAK4 , IRAK4 recluta IRAK1 e IRAK2 para formar un complejo de señalización. El complejo de señalización reacciona con TRAF6, lo que conduce a la activación de TAK1 y, en consecuencia, a la inducción de citoquinas inflamatorias. La vía dependiente de TRIF es inducida por macrófagos y CD después de la estimulación de TLR3 y TLR4. [2] Las moléculas liberadas después de la activación de los TLR envían señales a otras células del sistema inmunológico, lo que convierte a los TLR en elementos clave de la inmunidad innata y la inmunidad adaptativa . [2] [12] [13]
Muchas células diferentes del sistema inmunológico innato expresan una gran cantidad de CLR que dan forma a la inmunidad innata en virtud de su capacidad de reconocimiento de patrones. [14] Aunque la mayoría de las clases de patógenos humanos están cubiertas por CLR, los CLR son un receptor importante para el reconocimiento de hongos: [15] [16] no obstante, en estudios se han identificado otros PAMP como objetivos de los CLR, por ejemplo, la manosa es el motivo de reconocimiento de muchos virus, hongos y micobacterias; igualmente la fucosa presenta lo mismo para ciertas bacterias y helmintos; y los glucanos están presentes en micobacterias y hongos. Además, muchas de las superficies ajenas adquiridas, por ejemplo, neoantígenos de tipo carcinoembrionario/oncofetal que portan un patrón patógeno de tipo "fuente de peligro interno"/"autoconvertido en ajeno", también se identifican y destruyen (por ejemplo, mediante fijación del complemento u otros ataques citotóxicos) o se secuestran (fagocitan o enfundan). ) por el sistema inmunológico en virtud de los CLR. El nombre lectina es un poco engañoso porque la familia incluye proteínas con al menos un dominio de lectina de tipo C (CTLD), que es un tipo específico de dominio de reconocimiento de carbohidratos. CTLD es un motivo de unión a ligando que se encuentra en más de 1000 proteínas conocidas (más de 100 en humanos) y los ligandos a menudo no son azúcares. [17] Si el ligando es azúcar, necesitan Ca2+ , de ahí el nombre "tipo C", pero muchos de ellos ni siquiera tienen un ligando de azúcar conocido, por lo que, a pesar de tener una estructura plegada tipo lectina, algunos de ellos son técnicamente no "lectina" en función.
Hay varios tipos de señalización implicados en la respuesta inmune inducida por CLR; se ha identificado una conexión importante entre la señalización de TLR y CLR, por lo que diferenciamos entre señalización dependiente de TLR e independiente de TLR. Entre las señales dependientes de TLR se encuentran DC-SIGN que conduce a la cascada RAF1-MEK-ERK, la señalización BDCA2 a través de ITAM y la señalización a través de ITIM. La señalización independiente de TLR, como Dectin 1 y Dectin 2: la señalización mincle conduce a la activación de MAP quinasa y NFkB . [14] [15]
Los CLR de receptores de membrana se han dividido en 17 grupos según su estructura y origen filogenético. [18] Generalmente hay un grupo grande que reconoce y se une a los carbohidratos, los llamados dominios de reconocimiento de carbohidratos (CRD) y los CTLD mencionados anteriormente.
Otra posible caracterización de los CLR puede ser en receptores de manosa y receptores de asialoglicoproteína. [14]
El receptor de manosa (MR) [19] es un PRR presente principalmente en la superficie de macrófagos y células dendríticas . Pertenece al grupo de ERC múltiple dependiente de calcio. [15] El MR pertenece al grupo de proteínas receptoras de multilectinas y, al igual que los TLR , proporciona un vínculo entre la inmunidad innata y adaptativa. [20] [21] Reconoce y se une a unidades repetidas de manosa en las superficies de agentes infecciosos y su activación desencadena la endocitosis y fagocitosis del microbio a través del sistema del complemento. Específicamente, la unión de manosa desencadena el reclutamiento de serina proteasas asociadas a MBL (MASP). Las serina proteasas se activan en cascada, amplificando la respuesta inmune: MBL interactúa con C4, uniéndose a la subunidad C4b y liberando C4a en el torrente sanguíneo; de manera similar, la unión de C2 provoca la liberación de C2b. Juntos, MBL, C4b y C2a se conocen como convertasa C3. C3 se escinde en sus subunidades a y b, y C3b se une a la convertasa. Estos en conjunto se denominan convertasa C5. De manera similar, C5b se une y C5a se libera. C5b recluta C6, C7, C8 y múltiples C9. C5, C6, C7, C8 y C9 forman el complejo de ataque a la membrana (MAC).
Esta es otra gran superfamilia de CLR que incluye la clásica lectina de tipo galactosa (MGL) del receptor de asialoglicoproteína macrófago , DC-SIGN (CLEC4L), Langerin (CLEC4K), lectina mieloide asociada a DAP12 (MDL)-1 ( CLEC5A ), DC- subfamilia asociada de lectina 1 de tipo C (Dectin1) y subfamilia de inmunorreceptores DC ( DCIR ). Además, la subfamilia Dectin y la subfamilia DCIR constan de algunos miembros como se muestra a continuación. La subfamilia de lectina tipo C 1 (Dectin1) asociada a DC incluye dectina 1 / CLEC7A , DNGR1/ CLEC9A , receptor mieloide tipo lectina tipo C (MICL) ( CLEC12A ), CLEC2 (también llamado CLEC1B), el receptor de activación plaquetaria para podoplanina. sobre células endoteliales linfáticas y frente invasor de algunos carcinomas, y CLEC12B; mientras que la subfamilia de inmunorreceptores DC ( DCIR ) incluye DCIR / CLEC4A , Dectin 2/ CLEC6A , antígeno 2 de DC en sangre (BDCA2) ( CLEC4C ) y Mincle , es decir, lectina de tipo C inducible por macrófagos ( CLEC4E ).
La nomenclatura (manosa versus asialoglicoproteína) es un poco engañosa ya que estos receptores de asialoglicoproteína no son necesariamente receptores específicos de galactosa (uno de los residuos externos más comunes de la asialoglicoproteína) e incluso muchos de los miembros de esta familia también pueden unirse a la manosa, después de lo cual los otros se nombra el grupo.
Los receptores tipo NOD (NLR) son proteínas citoplasmáticas que reconocen los peptidoglicanos bacterianos y generan una respuesta inmune proinflamatoria y antimicrobiana. [22] Aproximadamente 20 de estas proteínas se han encontrado en el genoma de los mamíferos e incluyen el dominio de oligomerización de unión a nucleótidos (NOD), que se une al nucleósido trifosfato . Entre otras proteínas las más importantes son: el transactivador MHC Clase II ( CIITA ), IPAF, BIRC1, etc. [23]
Los ligandos son actualmente conocidos para NOD1 y NOD2 . NOD1 reconoce una molécula llamada meso-DAP, que es un peptidoglicano constituyente únicamente de las bacterias Gram negativas . Las proteínas NOD2 reconocen el MDP intracelular (muramil dipéptido), que es un peptidoglicano constituyente de bacterias Gram positivas y Gram negativas. Cuando están inactivos, los NOD se encuentran en el citosol en un estado monomérico y sufren cambios conformacionales sólo después del reconocimiento del ligando, lo que conduce a su activación. [22] Los NOD transducen señales en la vía de las quinasas NF-κB y MAP a través de la serina-treonina quinasa llamada RIP2. Los NOD envían señales a través de dominios CARD N-terminales para activar eventos de inducción de genes posteriores e interactuar con moléculas microbianas mediante una región C-terminal rica en leucina repetida (LRR). [24]
Se ha establecido la interacción y cooperación entre diferentes tipos de receptores típicos del sistema inmunológico innato. Se ha descubierto una cooperación interesante entre TLR y NLR, particularmente entre TLR4 y NOD1 en respuesta a la infección por Escherichia coli . [25] Otra prueba de la cooperación e integración de todo el sistema inmunológico se ha demostrado in vivo: cuando la señalización de los TLR se inhibía o desactivaba, los receptores NOD asumían el papel de los TLR. [26]
Al igual que los NOD, los NLRP contienen LRR C-terminales, que parecen actuar como un dominio regulador y pueden estar involucrados en el reconocimiento de patógenos microbianos. También al igual que los NOD, estas proteínas contienen un sitio de unión a nucleótidos (NBS) para los nucleósidos trifosfato. La interacción con otras proteínas (por ejemplo, la molécula adaptadora ASC ) está mediada por el dominio pirina N-terminal (PYD). Hay 14 miembros de esta subfamilia de proteínas en humanos (llamadas NLRP1 a NLRP14). NLRP3 y NLRP4 son responsables de la activación del inflamasoma . [27] NLRP3 puede activarse y dar lugar al inflamasoma NLRP3 mediante ATP, toxinas bacterianas formadoras de poros, alumbre y cristales. Además de las moléculas enumeradas, que conducen a la activación del inflamasoma NLRP3, el ensamblaje y la activación también pueden ser inducidos por la salida de K + , la entrada de Ca 2+ , la alteración de los lisosomas y las ROS que se originan en las mitocondrias. [27] El inflamasoma NLRP3 es esencial para la inducción de una respuesta inmune eficaz. El inflamasoma NLRP3 puede ser inducido por una amplia gama de estímulos, a diferencia del inflamasoma NLRP4, que se une a un número y variedad más limitado de ligandos y funciona en complejo con la proteína NAIP. [28]
También se ha demostrado que otros NLR, como IPAF y NAIP5/Birc1e, activan la caspasa-1 en respuesta a Salmonella y Legionella .
Algunas de estas proteínas reconocen moléculas endógenas o microbianas o respuestas al estrés y forman oligómeros que, en animales, activan caspasas inflamatorias (por ejemplo, caspasa 1 ), provocando la escisión y activación de importantes citocinas inflamatorias como la IL-1 , y/o activan el NF-κB. vía de señalización para inducir la producción de moléculas inflamatorias.
La familia NLR se conoce con varios nombres diferentes, incluida la familia CATERPILLER (o CLR) o NOD-LRR. [23] [29] Los miembros más importantes de los NLR son NOD1 y NOD2. Detectan los peptidoglicanos microbianos conservados en el citoplasma de la célula y, por tanto, representan otro nivel de respuesta inmunitaria después de los receptores unidos a la membrana, como los TLR y los CLR. [22] Esta familia de proteínas está muy ampliada en las plantas y constituye un componente central del sistema inmunológico de las plantas . [30]
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Hasta ahora se han descrito tres helicasas RLR: RIG-I y MDA5 (que reconocen 5'trifosfato-ARN y dsARN, respectivamente), que activan la señalización antiviral, y LGP2 , que parece actuar como un inhibidor dominante negativo. Los RLR inician la liberación de citocinas inflamatorias y de interferón tipo I (IFN I). [2]
Los RLR son ARN helicasas , que se ha demostrado que participan en el reconocimiento intracelular de ARN viral bicatenario (ds) y monocatenario que reclutan factores a través de dominios CARD N-terminales gemelos para activar programas de genes antivirales, que pueden explotarse en la terapia de enfermedades virales. infecciones. [31] [32] Se ha sugerido que el principal programa antiviral inducido por RLR se basa en la actividad ATPasa . [33] Los RLR a menudo interactúan y crean conversaciones cruzadas con los TLR en la respuesta inmune innata y en la regulación de la respuesta inmune adaptativa. [34]
Varios PRR no permanecen asociados con la célula que los produce. Los receptores del complemento , colectinas , ficolinas , pentraxinas como el amiloide sérico y la proteína C reactiva , las lípidos transferasas, las proteínas de reconocimiento de peptidoglicanos (PGRP) [35] y el LRR, XA21D [36] son proteínas secretadas. Una colectina muy importante es la lectina fijadora de manano (MBL), un PRR importante del sistema inmunológico innato que se une a una amplia gama de bacterias, virus, hongos y protozoos. MBL reconoce predominantemente ciertos grupos de azúcares en la superficie de los microorganismos, pero también se une a fosfolípidos , ácidos nucleicos y proteínas no glicosiladas . [37] Una vez unidos a los ligandos, los oligómeros MBL y Ficolin reclutan MASP1 y MASP2 e inician la vía de las lectinas de activación del complemento, que es algo similar a la vía clásica del complemento .
Las plantas contienen una cantidad significativa de PRR que comparten una notable similitud estructural y funcional con Drosophila TOLL y TLR de mamíferos. El primer PRR identificado en plantas o animales fue la proteína Xa21, que confiere resistencia al patógeno bacteriano Gram-negativo Xanthomonas oryzae pv. orizae. [6] [38] Desde entonces se han aislado otras dos plantas PRR, Arabidopsis FLS2 (flagelina) y EFR (receptor Tu del factor de elongación). [39] Se han informado más de 600 genes de receptores quinasa y 57 proteínas similares a receptores en el genoma de Arabidopsis desde 2019. [40] Los PRR de plantas existen como receptores quinasas localizados en la superficie (RK) o proteínas similares a receptores (RLP). que contienen múltiples ectodominios de unión a ligando que perciben PAMP o DAMP. [41] Se han identificado los PAMP correspondientes para FLS2 y EFR. [39] Tras el reconocimiento del ligando, los PRR de la planta transducen la "inmunidad desencadenada por PAMP" (PTI). [42]
Los sistemas inmunológicos de las plantas también codifican proteínas de resistencia que se asemejan a los receptores tipo NOD (ver arriba), que presentan dominios NBS y LRR y también pueden portar otros dominios de interacción conservados, como el dominio citoplásmico TIR que se encuentra en los receptores Toll y de interleucina. [43] Las proteínas de unión a nucleótidos y de repetición rica en leucina (NBS-LRR) son necesarias para detectar firmas moleculares no autóctonas de patógenos. [40] Los PRR de las plantas están asociados con el sistema inmunológico innato, mientras que las proteínas NBS-LRR se inician en el sistema inmunológico adaptativo llamado inmunidad activada por efectores . [40]
Los PRR comúnmente se asocian o contienen miembros de un grupo monofilético de quinasas llamado familia de quinasas asociadas al receptor de interleucina-1 (IRAK), que incluye Drosophila Pelle, IRAK humana, XA21 de arroz y Arabidopsis FLS2. En los mamíferos, los PRR también pueden asociarse con miembros de la familia de las proteínas quinasas que interactúan con el receptor (RIP), parientes lejanos de la familia IRAK. Algunas quinasas de la familia IRAK y RIP pertenecen a una pequeña clase funcional de quinasas denominadas no RD, muchas de las cuales no autofosforilan el bucle de activación. Un estudio de los quinomas de levadura, mosca, gusano, humano, Arabidopsis y arroz (3723 quinasas) reveló que, a pesar del pequeño número de quinasas no RD en estos genomas (9–29%), 12 de 15 quinasas conocidas o predichas La función en la señalización PRR cae en la clase no RD. En las plantas, todos los PRR caracterizados hasta la fecha pertenecen a la clase no RD. Estos datos indican que las quinasas asociadas con los PRR pueden predecirse en gran medida por la falta de un único residuo conservado y revelan nuevas subfamilias potenciales de PRR de plantas. [44] [45]
Recientemente, grupos de investigación han llevado a cabo investigaciones exhaustivas sobre la participación y el uso potencial del sistema inmunológico del paciente en la terapia de diversas enfermedades, la llamada inmunoterapia, que incluye anticuerpos monoclonales, inmunoterapias no específicas, terapia con virus oncolíticos, terapia con células T y vacunas contra el cáncer. . [46] NOD2 se ha asociado a través de una pérdida y ganancia de función con el desarrollo de la enfermedad de Crohn y la sarcoidosis de aparición temprana. [22] [47] Las mutaciones en NOD2 en cooperación con factores ambientales conducen al desarrollo de inflamación crónica en el intestino. [22] [48] Por lo tanto, se ha sugerido tratar la enfermedad inhibiendo las moléculas pequeñas, que son capaces de modular la señalización de NOD2, particularmente RIP2. Hasta ahora, la FDA ha aprobado dos terapias que inhiben la fosforilación de RIP2, que es necesaria para el funcionamiento adecuado de NOD2: gefitinib y erlotinib. [49] [50] Además, se han realizado investigaciones sobre GSK583, un inhibidor de RIP2 altamente específico, que parece muy prometedor para inhibir la señalización de NOD1 y NOD2 y, por lo tanto, limitar la inflamación causada por las vías de señalización de NOD1 y NOD2. [51] Otra posibilidad es eliminar el sensor de NOD2, que ha demostrado ser eficaz en modelos murinos en el esfuerzo por suprimir los síntomas de la enfermedad de Crohn. [52] Los inhibidores de la quinasa tipo II, que son altamente específicos, han mostrado resultados prometedores en el bloqueo del TNF que surge de las vías dependientes de NOD, lo que muestra un alto potencial en el tratamiento de tumores asociados con la inflamación. [53]
Otra posible explotación de los PRR en la medicina humana también está relacionada con tumores malignos de los intestinos. Estudios han demostrado que Helicobacter pylori se correlaciona significativamente con el desarrollo de tumores gastrointestinales. En un individuo sano, la infección por Helicobacter pylori es atacada por la combinación de PRR, a saber, TLR, NLR, RLR y CLR DC-SIGN. En caso de mal funcionamiento, estos receptores también se han relacionado con la carcinogénesis. Cuando se deja que la infección por Helicobacter pylori progrese en el intestino, se convierte en inflamación crónica, atrofia y, finalmente, displasia que conduce al desarrollo de cáncer. Dado que todos los tipos de PRR desempeñan un papel en la identificación y erradicación de la infección, sus agonistas específicos generan una fuerte respuesta inmune al cáncer y otras enfermedades relacionadas con los PRR. Se ha demostrado que la inhibición de TLR2 se correlaciona significativamente con la mejora del estado del paciente y la supresión del adenocarcinoma gástrico. [54]
Los PRR también están estrechamente relacionados con el funcionamiento adecuado de las redes y tejidos neuronales, especialmente debido a su participación en los procesos de inflamación, que son esenciales para el funcionamiento adecuado pero que pueden causar daños irreparables si no se controlan. Los TLR se expresan en la mayoría de las células del sistema nervioso central (SNC) y desempeñan un papel crucial en la inflamación estéril. Después de una lesión, provocan un deterioro del crecimiento axonal y ralentizan o incluso detienen por completo la recuperación. Otra estructura importante involucrada y potencialmente explotable en la terapia después de una lesión es el inflamasoma. A través de su inducción de citocinas proinflamatorias, IL-1β e IL-18, se ha propuesto que la inhibición del inflamasoma también puede servir como un método terapéutico eficaz. [55] La participación del inflamasoma también se ha investigado en varias otras enfermedades, incluida la encefalomielitis autoinmune experimental (EAE), las enfermedades de Alzheimer y Parkinson y en la aterosclerosis relacionada con la diabetes tipo II en pacientes. Las terapias sugeridas incluyen la degradación de NLRP3 o inhibir las citocinas proinflamatorias. [55]