UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALACENTRO UNIVERSITARIO METROPOLITANOFACULTAD DE CIENCIAS MÉDICASUNIDAD DIDÁCTICA DE INMUNOLOGÍA Y MICROBIOLOGÍA MÉDICATERCER AÑO

QUIMIOCINASDr. Mario Roberto Pinto

INTRODUCCIÓNLos factores quimiotácticos son sustancias que dirigen la migración celular a través de un gradiente de concentración que se incrementa hacia el sitio de producción (foco infeccioso o inflamatorio). Incluyen moléculas tan diversas como C5a fracción del complemento, intermediarios lipídicos de inflamación como el Leucotrieno B4 (LB4), el factor activador de las plaquetas (PAF), fragmentos de Fibrina y Colágeno y una extensa familia de quimiocinas, las anteriores moléculas son factores quimiotácticos endógenos y también hay de origen exógeno como los péptidos Formil-metionil, producidos por degradación de las proteínas bacterianas.

Las quimiocinas constituyen una superfamilia de citocinas de bajo peso molecular (8-14 KDa), se unen rápidamente una vez producidas a proteglucanos como la heparina, están estructuralmente relacionadas, que cumplen una función muy importante al dirigir la migración de distintas poblaciones leucocitarias a los sitios anatómicos donde desempeñan sus funciones. No solo dirigen el tráfico leucocitario, participan además en la organogénesis, la angiogénesis, la homeostasis de los leucocitos, especialmente de los linfocitos T y B, y el proceso de diseminación de metástasis tumorales.

Actualmente hay aproximadamente 50 quimiocinas humanas, agrupadas en cuatro familias en base a diferencia de estructura y función. Inicialmente tuvieron nombre de proteínas que efectuaban una función determinada, siendo la primera en descubrirse en los años 80 como IL-8 y la cual fue clonada en esos años, luego empezó a crecer la familia por lo cual hubo necesidad de una nueva nomenclatura sistemática que es la que se usa actualmente y el aminoácido Cisteína (C) que se encuentra en la estructura básica de estas moléculas de la región N-terminal, la que caracterizará estas cuatro familias.

Sus receptores son moléculas de membrana que tienen 7 dominios hidrofóbicos de transmembrana, 3 asas intracelulares y 3 hidrofílicas extracelulares. La región intracelular está unida a una proteína G que está sujeta a fosforilación regulatoria. Su número es de 19. Por lo que varias quimiocinas pueden usarlos.

QUIMIOCINAS: MOLÉCULAS O LIGANDOS Y SUS RECEPTORESLa familia más grande de las quimiocinas son las quimiocina CC, codificadas en el cromosoma 17, se llaman así, porque las primeras 2 de las 4 cisteínas en las moléculas están adyacentes una a la otra. Este grupo de quimiocinas atrae células mononucleares a los sitios de inflamación crónica. La más estudiada es la Proteína Quimiotáctica Monocítica 1 (MCP-1), actualmente ligando de CCL-2, es una potente agonista de monocitos, células dendríticas, células T de memoria y basófilos. Otras quimiocinas CC incluyen la proteína inflamatoria de los macrófagos (MIP-1 ) (CCL3), MIP-1 β (CCL4) y Rantes (CCL5). Se sabe que dímeros o incluso tetrámeros son la forma activa de muchas quimiocinas CC.

También se ha observado que reclutan monocitos en los sitios de trauma, infecciones bacterianas y micobacterianas, exposición a toxinas, de Isquemia.

La quimiocina CCL2, CCL7, CCL8 y CCL13, no se sabe por qué tienen una misma función, no se ha identificado otra. El CCR2 es el único receptor conocido para CCL2 y CCL13, así como CCL8 se une a CCR2 y CCR5 y el CCL7 se une a CCR1, CCR2 y CCR3. Sin embargo la no expresión CCL2 y CCR2 produce reclutamiento deficiente de monocitos en los tejidos.

Sin embargo la deficiencia de CCL2 también afecta el funcionamiento de los Linfocitos T, pues diminuye la producción de citoquina IL4, IL5 e IL6, en los linfocitos TH2, disminuyendo la producción de anticuerpos y en los TH1 inhibe la producción de Gamma Interferón afectando la inmunidad celular y respuesta inflamatoria.

Otra función de este grupo de quimiocinas es la homeostasis y estructuración de las áreas de linfocitos T en los órganos linfoideos secundarios.

El CCR7 y sus ligandos CCL19 y CCL21 establecen un puente de unión entre las inmunidades innatas y adquiridas. Los macrófagos y especialmente las células dendríticas inmaduras al fagocitar microorganismos y/o procesar antígenos, se estimula en ellas la expresión de receptores CCR7 en su membrana y empiezan a migrar a los ganglios linfáticos regionales, a través de linfáticos eferentes o del torrente sanguíneo. Las quimiocinas CCL19 y CCL21 atraen en forma unidireccional a los macrófagos y células dendríticas que han empezado a madurar y los guían a las áreas paracorticales, donde se lleva a cabo en forma eficiente la presentación de péptidos, unidos al complejo mayor de Histocompatibilidad, incrementando la probabilidad de reconocer dichos péptidos antigénicos por linfocitos T vírgenes o de memoria, formando clones de linfocitos activados.

La pérdida de CCR7 delección genética o mutación natural de CCL19 y CCL21 que produzcan disminución de los mismos, se produce una desorganización estructural de las zonas de linfocitos T en los nódulos linfáticos con una deficiencia de inmunidad celular T.

Otra de las funciones de las quimiocinas CC es la protección de la piel y el tracto gastrointestinal contra microorganismos patógenos y en estos órganos existen ligandos específicos que se expresan cuando los linfocitos T vírgenes reconocen antígeno en dichos órganos y estos linfocitos quedan marcados de por vida para regresar y reconocer como su casa (homing) estos órganos. Así el CCR4 se une antígeno leucocitario cutáneo 1 (CLA-1) y para el aparato digestivo el CCR9 con el 4 β7 integrina. Cada órgano probablemente tenga un único “código de área” que consiste en que los linfocitos expresen una molécula de “homing” específica del órgano y en el endotelio de los lechos vasculares de ese órgano el receptor. Se han encontrado estas moléculas ligando en el pulmón, articulaciones y cerebro, pero posiblemente existan muchas más.

La segunda familia de quimiocinas consiste en las moléculas ligando CXC, pues tienen un aminoácido (X) interpuesto entre las dos primeras cisteínas.

Están codificadas en arreglos de multigenes en el cromosoma 4. la primera de ellas que fue descrita es la IL-8 (CXCL8) que atrae polimorfonucleares neutrófilos, a los sitios de inflamación, activa monocitos y puede reclutarlos directamente de los lechos vasculares. Otra importante quimiocina CXC es la CXCL16 que tiene un dominio unido a una molécula parecida a la mucina que le sirve para unirse a células y también es liberada solo como factor quimiotáctico soluble por liberación de la molécula en las

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células productoras por las citoquinas inflamatorias como el FNT Alfa, que tiene la capacidad de romper estas proteínas, también juega un papel importante ya que está presente en los macrófagos y células dendríticas durante la presentación de antígenos a los linfocitos T, además el CXC16 tiene actividad como un receptor depurador (eliminador de desechos) para lípidos oxidados que contienen fosfatidilserina y puede participar en aterogénesis.

Una subfamilia de las quimiocinas CXC que tiene una molécula (motiv) compuesto por Glutamato-leucina-arginina (ELR), cerca de la N Terminal, son quimioatrayentes de neutrófilos y contribuyen a la reparación de las heridas. Las quimiocinas CXC ELR+, como el CXCL8, se unen a los receptores de los neutrófilos CXCR1 y CXCR2 o a ambos. Una función de las quimiocinas CXC ELR+ es atraer a los neutrófilos a los sitios de inflamación e inducir degranulación y la explosión respiratoria.

Las quimiocinas afectan los fagocitos al unirse a su receptor que tiene siete dominios de transmembrana unido a una proteína G. La unión de la quimiocina a su receptor activa el GDP (Guanocina difosfato) a fosforilarse formando GTP, consiste la disociación de la proteína G en 2 fracciones, la subclase G-Alfa y la G Beta-gamma. Estas subunidades activan enzimas como la fosfolipasa C que convierte el fosfatidilinositol 4-5 difosfato (IP2) en fosfatidilinositol 1-4-5 trifosfato (IP3) y diacylglicerol (DAG). El IP3 estimula el influjo de iones de calcio y la DAG activa las isoformas de proteincinasa C (PKC). Lo anterior inicia una cascada de eventos de fosforilación que envuelven una serie de cinasas. Como la protein tripsina cinasa y pequeñas GTP asas como el Ras y Rho, que se induce en una serie de transducción de señalización que afectan funciones celulares como adhesión, quimiotácticas, degranulación y explosión respiratoria.

Las cascadas de señalización culminan con el rearreglo, cambio de forma y movimiento celular de la actina. Estos cambios dan un nuevo enfoque a la emisión de pseudópodos por los cambios que sufre la actina en los fagocitos, eliminando el concepto de Gelosin.

Los mediadores de la inflamación como la IL-1 y FNT Alfa, o productos bacterianos como los lipopolisacáridos (LPS) inducen la producción de quimiocinas CXC ELR+ orquestando las fases tempranas de la cicatrización de las heridas.

Otra de las funciones importantes de este grupo de quimiocinas, es la angiogenésis, tanto las quimiocinas CXC ELR+, como las ELR-.

La vascularización del aparato gastrointestinal no se desarrolla adecuadamente sino se producen cantidades adecuadas de CXC4R o su ligando CXCL12, que en un estudio previo, la falta de uno o ambos en la vida fetal produce muerte perinatal.

El CXCR2 se expresa en el tejido endotelial cercano a las heridas e inicia la epitelización y neovascularización de los mismos. Por estos hallazgos el bloqueo de los receptores CXCR1 o CXCR2 es uno de los blancos de los nuevos medicamentos para tratar los procesos inflamatorios agudos en enfermedades como artritis reumatoidea. Así como la acción angiogénica de las quimiocinas CXC también se estudian en el tratamiento de cáncer.

Varios quimiocinas sin el ERL como el CXCL4 y los ligando para CXCR3, antagonizan la angiogénesis e incluso antagonizan factores angiogénicos básicos como el factor de crecimiento endotelial y el factor de crecimiento básico de los fibroblastos. Se ha descubierto que las quimiocinas CXC ERL+ se producen tempranamente en las heridas y que promueven la formación del granuloma y la protección de los sitios de la

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herida atrayendo neutrófilos e induciendo la diferenciación de los fibroblastos y angiogénesis y que las quimiocinas CXC ELR producidas tardíamente restringen la angiogénesis y favorecen la cicatrización final de las heridas.

Las quimiocinas CXC, también participan en la organización de las zonas de linfocitos B en los nódulos linfáticos produciendo las células dendríticas foliculares el CXCR5 y el CXCL13 que establecen y coordinan dichas células y el área B. Después de reconocer antígeno, los linfocitos B expresan CCR7 y se mueven a las fronteras de las áreas B y T donde reciben la cooperación de las células T.

La tercera familia de quimiocinas es la CX3C en la que Fractalcina (CX3CL1) es el único miembro. Es la quimiocina más grande, su porción quimiotáctica es la región carboxi Terminal, está unida a una molécula altamente glucosilada como mucina y con regiones de transmembrana y citoplasmática por lo que forma un receptor celular de adhesión capaz de atrapar células en condiciones de flujo vascular normal, se expresa en células endoteliales activadas de tejidos infectados o dañados o la presencia de citoquina inflamatoria IL-1, FNT o LPS.El Factor de Necrosis Tumoral Alfa actúa como una enzima convertidora capaz de romper la CX3CL1 de la membrana celular, liberando la quimiocina como un factor quimiotáctico soluble.

La cuarta familia de las quimiocinas solo tiene un miembro y tiene una única cisteína en su molécula la Linfotactina (XCL1) que tiene un único receptor el XCR1, se expresa en los linfocitos T activados y NK.

Tabla 1

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Tabla 2

Tabla 3

Figura 1

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