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Receptores emparejados

Los dominios de inmunoglobulina similares a siglec de dos receptores emparejados, PILRA (rojo) y PILRB (amarillo), ilustran las similitudes en la estructura entre dos dominios de unión a ligando de receptores con funciones de señalización opuestas. De PDB : 4NFC​ y PDB : 4NFB ​. [1]

Los receptores pareados son pares o grupos de proteínas receptoras que se unen a ligandos extracelulares pero tienen efectos de señalización inhibidores y activadores opuestos . [2] [3] [4] Tradicionalmente, los receptores pareados se definen como pares homólogos con dominios extracelulares similares y regiones citoplasmáticas diferentes , cuyos genes se encuentran juntos en el genoma como parte del mismo grupo de genes y que evolucionaron a través de la duplicación genética . [3] [5] Los receptores pareados homólogos a menudo, pero no siempre, tienen un ligando compartido en común. [5] [6] De manera más amplia, se han identificado pares de receptores que exhiben un comportamiento funcional pareado (respondiendo a un ligando compartido con señales intracelulares opuestas) pero que no son estrechamente homólogos ni están ubicados en el mismo lugar en el genoma. [4] Los receptores pareados se expresan en gran medida en las células del sistema inmunológico , especialmente las células asesinas naturales (NK) y las células mieloides , y están involucradas en la regulación inmunológica. [5] [7]

Estructura

El dominio de lectina de tipo C de un receptor NKG2 . De PDB : 3CDG . [8]

Los receptores pareados son proteínas de membrana con dominios extracelulares que interactúan con ligandos extracelulares. La región extracelular puede contener múltiples dominios proteicos repetidos y pueden ser miembros de las familias de inmunoglobulinas o lectinas de tipo C. [5] Los dominios extracelulares de los receptores pareados homólogos suelen ser muy similares en secuencia, pero tienen diferente afinidad de unión con sus ligandos compartidos, y el miembro inhibidor del par se une con mayor fuerza. [4]

Los receptores homólogos emparejados tienen diferencias características en sus regiones transmembrana y citoplasmática que distinguen a los miembros activadores e inhibidores del par. Los receptores inhibidores tienen una secuencia citoplasmática que normalmente contiene al menos un motivo inhibidor basado en tirosina del inmunorreceptor (ITIM). Los receptores activadores tienen una secuencia citoplasmática truncada en comparación con su receptor inhibidor correspondiente y presentan un residuo de aminoácido cargado positivamente en su dominio transmembrana, lo que permite la interacción proteína-proteína con una proteína adaptadora que posee un motivo de activación basado en tirosina del inmunorreceptor (ITAM). [3]

Genética y evolución

Los receptores pareados homólogos se encuentran en el mismo grupo de genes y se cree que han evolucionado a través de la duplicación de genes . [3 ] [5] Las características de la secuencia, como la presencia de una secuencia similar a ITIM en la región no traducida 3' de algunos receptores activadores, implican que los miembros activadores del par probablemente evolucionaron a partir de los miembros inhibidores. [4] [9] Varios patógenos interactúan con el miembro inhibidor de un par como un medio de evasión inmunológica o entrada viral , lo que sugiere que los miembros activadores con competencias de unión similares pueden ser una respuesta evolutiva a este mecanismo. [4] [10] Esta hipótesis se conoce como la "teoría del contrapeso" [11] y estas dinámicas evolutivas representan una carrera armamentista evolutiva entre los patógenos y el sistema inmunológico del huésped. [12] Las presiones evolutivas sobre algunas familias de receptores pareados se han descrito como ejemplos del efecto "Reina Roja" . [5]

Incluyendo los ejemplos no emparejados, se han identificado más de 300 receptores inhibidores inmunitarios potenciales en el genoma humano . [6] Hay fuertes indicios de que los receptores emparejados están evolucionando rápida y recientemente. Estas regiones genéticas tienen altos niveles de polimorfismo genético , y los repertorios genéticos encontrados en los genomas de linajes estrechamente relacionados varían significativamente. [5] Se cree que la presión selectiva que experimenta el huésped por parte de los patógenos es la base de esta rápida evolución. [4] [5]

Aunque los receptores emparejados se caracterizan mejor como parte de los sistemas inmunológicos humanos y de ratones, [4] también se han estudiado en otros organismos. El genoma del pollo ( Gallus gallus domesticus ) contiene varios ejemplos, incluida una familia muy grande, los receptores similares a Ig del pollo (CHIR) con más de 100 miembros. [13] La evolución de los receptores emparejados también se ha estudiado en especies de Xenopus (rana con garras). [14] [15] El sistema inmunológico adaptativo es exclusivo de los vertebrados con mandíbulas , pero se ha identificado un ejemplo de una familia de receptores emparejados en un vertebrado sin mandíbula , denominados receptores emparejados agnatanos parecidos a los receptores Ag (APAR) en el pez bruja . [16]

Expresión

La expresión de receptores pareados es común en muchos tipos de leucocitos , especialmente en las células mieloides y las células asesinas naturales (NK). [4] [5] [7] La ​​activación de las células NK es un proceso regulador complejo modulado por varias familias de receptores pareados diferentes coexpresadas en este tipo de célula. [7] En algunos casos, solo un miembro del par se expresa en un tipo de célula. La expresión de los miembros pareados en un solo tipo de célula puede variar con el tiempo, o las proteínas pueden diferir en la localización subcelular , lo que resulta en variaciones en la señalización. [4] La expresión en las células NK puede ser estocástica , lo que resulta en variaciones únicas en el repertorio de receptores. [4] [12]

Algunos receptores emparejados se expresan fuera del sistema inmunológico, por ejemplo, en las neuronas , [3] [12] el endotelio y el epitelio [5] pero en muchos ejemplos se puede observar una amplia distribución tisular . [4]

Función

Los dominios de inmunoglobulina del receptor inhibidor KIR2DL1 (azul) interactúan con el ligando de clase I del MHC HLA-Cw4 (rojo), un péptido específico de HLA-Cw4 (amarillo) y beta-2 microglobulina (verde). De PDB : 1IM4 . [17]

Los receptores pareados transducen señales extracelulares a través de vías de señalización intracelular opuestas. Canónicamente, los receptores inhibidores reclutan fosfatasas a través de sus motivos ITIM , inhibiendo la función de las células en las que se expresan. Por el contrario, los receptores activadores interactúan con proteínas adaptadoras como DAP-12 que tienen un motivo ITAM , que a su vez reclutan quinasas como Syk y ZAP70 . [5]

Los ligandos para receptores emparejados pueden ser muy diversos. A menudo son proteínas; las mejor caracterizadas son las moléculas MHC de clase I , pero se han descrito varias otras moléculas endógenas como ligandos para al menos una familia de receptores emparejados, y en algunos casos en la familia LILR , incluso bacterias o virus intactos pueden servir como ligandos. [18] Los lípidos como la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina , los azúcares y los glicanos sialilados , y los ácidos nucleicos pueden servir como ligandos para algunos receptores emparejados. [4]

La afinidad de unión de los dominios extracelulares de los receptores emparejados por sus ligandos es generalmente bastante débil, con constantes de disociación (K d ) en el rango micromolar (μM). Sin embargo, el miembro inhibidor de un par generalmente se une con mayor afinidad que el miembro activador. [3] [4] Esto puede producir un efecto de inhibición competitiva , en el que el miembro inhibidor del par supera a su contraparte activadora por la unión del ligando; también se han descrito otros mecanismos de interferencia con la activación, como la interrupción de la dimerización . [4] Por lo tanto, la señal basal neta del par suele ser inhibidora, pero puede modularse a través de diferencias en la expresión, la densidad de superficie, la localización subcelular u otros factores. [4]

En las células NK, los ligandos para los receptores inhibidores son a menudo moléculas MHC de clase I (MHC-I), mientras que los de los receptores activadores pueden incluir señales de anomalías o infecciones, como proteínas de patógenos o tumores , o moléculas asociadas con el estrés celular . [5] Los ligandos endógenos para los receptores inhibidores están mejor caracterizados que los de los receptores activadores. [3] La señalización de receptores emparejados puede representar el mantenimiento de la homeostasis , de modo que las respuestas inmunitarias a las células huésped normales se inhiben, mientras que las respuestas a moléculas anormales o patógenas en el entorno son activadoras. La activación de las NK en ausencia de señales de receptores inhibidores de ligandos endógenos es un mecanismo molecular para la hipótesis del yo faltante de la activación de las NK. [3] [5] [12]

Interacción con patógenos

En la literatura se han descrito varios ejemplos de mimetismo molecular por parte de patógenos, que emulan ligandos endógenos naturales de receptores emparejados para la evasión inmunitaria . Estas interacciones son particularmente comunes con los miembros inhibidores de los pares de receptores, lo que refuerza la hipótesis de que los socios activadores son una respuesta evolutiva posterior a esta estrategia de escape inmunitario. [4] [10]

La primera interacción descrita entre un receptor emparejado y una proteína viral identificó a ILT-2 e ILR-4 ( LILRB1 y LILRB2 ) como objetivos para la proteína UL18 del virus del herpes simple , que se asemeja a una molécula MHC-I. [5] Las variaciones en la susceptibilidad a la infección por citomegalovirus de ratón debido a las diferencias en los receptores emparejados de la familia Ly49 entre las cepas de ratón están bien caracterizadas y se atribuyen a la semejanza estructural entre la proteína viral m157 y las moléculas MHC-I. [5] La bacteria patógena Escherichia coli K1 expone moléculas de ácido polisiálico de superficie que sirven como un imitador molecular para el ligando nativo del receptor inhibidor Siglec-11, pero induce una respuesta opuesta a través de interacciones con el receptor activador emparejado Siglec-16, lo que ejemplifica el beneficio de activar receptores como mecanismos de defensa contra el mimetismo molecular por parte de patógenos. [10]

Los receptores emparejados también son utilizados como receptores de entrada viral por varios virus y ocasionalmente como mecanismos de entrada para otros patógenos. [4] La sialilación es común entre las proteínas de la superficie celular de los mamíferos y varios patógenos utilizan ácido siálico (ya sea autosintetizado u obtenido de la célula huésped) para evadir la inmunidad del huésped, incluso interactuando con receptores inhibidores siglec . [5]

Familias

Existen dos grupos principales de receptores pareados, que se distinguen por regiones extracelulares que contienen dominios de inmunoglobulina o lectina de tipo C. La nomenclatura dentro de estas familias es compleja y ha cambiado con el tiempo a medida que se identificaban nuevos miembros. [19] En general, se aplica el ejemplo de la familia LILR; los genes designados con A representan el receptor inhibidor y los genes designados con B representan el receptor activador. [18]

Receptores similares a la inmunoglobulina

Los receptores similares a inmunoglobulinas son miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas y tienen uno o más dominios de inmunoglobulina (Ig) de 70 a 110 residuos en su región extracelular, típicamente múltiples de estos dominios en tándem. Muchos de los genes que codifican estas proteínas se encuentran en el complejo de receptores leucocitarios (LRC), un gran grupo de genes en el cromosoma humano 19. [ 3] Los miembros de este grupo que se encuentran en el genoma humano incluyen:

Complejo proteico formado por NKG2 (azul), CD94 (naranja), su ligando HLA-E (rojo) y beta-2 microglobulina (verde). De PDB : 3CDG . [8]

Receptores similares a lectinas de tipo C

Los receptores tipo lectina de tipo C (CLR) contienen uno o más dominios de lectina de tipo C (lectina de unión a carbohidratos dependiente de Ca2+). Algunos ejemplos de pares son:

Referencias

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