Download Estudio sobre las quimioquinas

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1) Introducción
1
2) Clasificación y receptores
8
3) Funciones proinflamatorias de las quimioquinas
12
4) Quimioquinas y su relación con el VIH
15
5) Quimioquinas y su relación con otras patologias
29
6) Bibliografía
32
Verónica Martínez Galipienso
Patología Molecular II
Unidad Docente Joan XXIII
5o Medicina 2007-2008
Patología Molecular II. Quimioquinas
1. INTRODUCCIÓN
Desde
1986
un
amplio
número
de
citoquinas
estrechamente
relacionadas, las cuales se especializan en activar y atraer leucocitos hacia los
sitios de injuria, han sido identificadas, clonadas y secuenciadas. Inicialmente
fueron clasificadas como citoquinas quimiotácticas; hoy se sabe que cumplen
además funciones importantes en la proliferación o apoptosis de diferentes
células, la morfogénesis tisular, hematopoyesis, angiogénesis y en el desarrollo
de respuestas inmunes específicas induciendo el tráfico de las células
dendríticas, los linfocitos Th1, Th2 y B en el tejido linfoide secundario, lo cual
contribuye a la ubicación celular en diferentes localizaciones anatómicas.
Generalmente no inducen la producción de otras citoquinas, no generan fiebre
ni son reactantes de fase aguda.
La quimioquina fractalquina fue la primera quimioquina-CX3C que se
describió, es estructuralmente distinta de otros tipos de quimioquinas y su
nombre sistemático es CX3CL1. Se expresa como una molécula transmembrana
y su expresión puede ser inducida marcadamente sobre células endoteliales por
citoquinas inflamatorias como TNF-a, IL-1 y IFN-c (interferon c) o con el
ligando CD40. La fractalquina soluble puede ser liberada de la superficie de la
célula por proteólisis exhibiendo actividad quimiotáctica eficiente para
monocitos y células T. En el proceso de extravasación de leucocitos cumple una
función dual actuando a la vez como molécula de adhesión y como quimioquina.
La interacción entre la fractalquina y su receptor, CX3CR1, puede producir la
adhesión celular sin involucrar a las selectinas, pudiendo también producir el
proceso de transducción de señales para la activación de las integrinas.
Las quimioquinas constituyen el grupo más diverso y numeroso de
citoquinas; son expresadas por gran variedad de células en respuesta a
diferentes estímulos como: citoquinas, irritantes, antígenos y estímulos
policlonales.
Las quimioquinas son moléculas tan atractivas como promiscuas, que
dirigen la migración leucocitaria e intervienen en una amplia variedad de
procesos fisiológicos y patológicos fundamentalmente en procesos inmunitarios
1
Patología Molecular II. Quimioquinas
e inflamatorios. Son proteínas de bajo peso molecular, de aproximadamente 70
aminoácidos y de 8 a 15 KDa; todas son dímeros, excepto el PF-4 que es un
tetrámero; sin embargo, la mayoría actúa fisiológicamente como monómeros.
Todas
las
quimioquinas
son
estructuralmente
similares;
tridimensionalmente presentan tres láminas plegadas conectadas por asas, un
asa en la región NH2 terminal y una hélice en el dominio C-terminal. Su
extremo carboxilo es de carácter básico y tiene afinidad para unirse a
compuestos tipo heparina, glicosaminoglicanos y moléculas de azúcar cargadas
negativamente que se encuentran en la superficie celular y la matriz
extracelular.
La mayoría presentan cuatro cisteínas en posiciones altamente
conservadas, unidas entre sí por puentes disulfuro, excepto las g quimioquinas
que presenta dos cisteínas conservadas y un solo puente disulfuro. Dependiendo
del número y la secuencia de estas cisteínas en el dominio aminoterminal, las
quimoquinas
se
dividen
en
4
subfamilias,
también
denominadas
respectivamente como CXCL (las dos cisteínas cercanas al N-terminal están
separadas por un aminoácido simple), las CCL (las dos cisteínas están
adyacentes), las XCL y las CX3CL.
Todos los miembros de estas subfamilias son producidos como
precursores inactivos, clivados enzimáticamente a nivel intracelular y
secretados en forma activa.
Las quimioquinas son secretadas por diversas células e involucradas en la
migración y activación de leucocitos, en los procesos de angiogénesis, en la
producción
de
colágeno
y
en
la
proliferación
de
los
precursores
hematopoyéticos. Las fuentes celulares de las quimioquinas CCL son muy
diversas, entre ellas tenemos: monocitos, macrófagos, células dendríticas,
eosinófilos, fibroblastos, células NK, endotelio, células epiteliales, mastocitos,
hepatocitos, linfocitos T, basófilos, plaquetas y células epiteliales tímicas.
Las quimioquinas son redundantes en su acción sobre las células blanco,
ninguna es activa sobre una única población de leucocitos, y usualmente, una
población de leucocitos posee receptores y responde a más de una quimioquina.
2
Patología Molecular II. Quimioquinas
La interacción de las quimioquinas con sus receptores se caracteriza porque la
mayor parte de los receptores interaccionan con múltiples ligandos y la mayor
parte de los ligandos interaccionan con más de un receptor. Las células blanco
de las quimioquinas CXCL son: neutrófilos, fibroblastos, basófilos, condrocitos,
linfocitos B, células del músculo liso, linfocitos T, endotelio, células NK,
monocitos, keratinocitos, megacariocitos y células de melanoma.
Estas citoquinas inducen gran variedad de efectos biológicos como:
quimiotaxis de diferentes células (neutrófilos, linfocitos T, monocitos, basófilos);
activación y proliferación celular; regulación de la angiogénesis (positiva o
negativa); modulación de la hematopoyesis (positiva o negativa); inducen la
liberación de histamina, y síntesis de glicosaminoglicanos y colágeno por los
fibroblastos.
La IL-1 y TNF-a son los mayores estimulantes para la producción de las
quimioquinas CXCL ELR+, en tanto que el IFN-g estimula la secreción de las
CXC ELR- y tiene un efecto inhibidor sobre las que tienen el motivo ELR. La IL8 induce la expresión rápida de integrinas LFA-1 sobre el neutrófilo y la
activación de su ligando, al igual que de la L-Selectina; induce también la
liberación de enzimas y de metabolitos derivados del oxígeno, estimula la
inducción de IL-1 y de IL-1Ra in vivo y por último, estimula la liberación de
histamina por los basófilos.
Se ha observado in vivo que la neutralización con anticuerpos de conejo
dirigidos
contra
la
IL-8,
y
las
proteínas
GRO
y
MIP-2,
reducen
significativamente la inflamación mediada por neutrófilos en varios modelos de
inflamación aguda. Se propone entonces que la IL-8, además de otras
quimioquinas, puede tener un papel importante en la patogénesis de la
respuesta inflamatoria.
Otra quimioquina CXCL importante es GRO, la cual es secretada por
células mononucleares junto con la IL-8, teniendo además similar potencia para
activar los neutrófilos. Así, la administración intradérmica de IL-8 humana
induce una rápida infiltración de neutrófilos dependiente de la concentración,
3
Patología Molecular II. Quimioquinas
llegando a su pico 4 horas después de la aplicación; la inyección de GRO induce
una respuesta quimiotáctica similar a la IL-8, mientras que la NAP-2 (también
activadora y quimioatrayente para los neutrófilos) es significativamente menos
activa. Además, in vitro se ha observado que la IL-8 es más potente que la GRO
y la NAP-2 en inducir la activación de la fosfolipasa D, en la expresión de
CD11b/CD18 (MAC-1) y en la inducción de la quimiotaxis bajo agarosa.
ENA-78 también se expresa en células endoteliales de pulmón humano
inflamado y de otros tejidos; muestra características comunes con la IL-8 y una
actividad biológica similar, aunque en una proporción de 5 a 10 veces menor. Se
le atribuye la habilidad de inducir la adhesión y migración de neutrófilos,
además de regular la expresión de MAC-1 sobre la superficie celular de los
neutrófilos. Su inducción en cultivos de células epiteliales de colon humano
mostró un patrón prolongado con respecto a la IL-8, y se propone que puede ser
importante en el reclutamiento de neutrófilos en la lámina propia dentro de la
capa epitelial.
La subfamilia de quimioquinas CCL es la más numerosa; son
especialmente quimioatrayentes de monocitos y linfocitos T, aunque también
actúan sobre eosinófilos, basófilos, células dendríticas, linfocitos B, timocitos,
NK, progenitores mieloides y megacariocitos. Las fuentes celulares de las
quimioquinas CCL son muy diversas, entre ellas tenemos: monocitos,
macrófagos, células dendríticas, eosinófilos, fibroblastos, células NK, endotelio,
células epiteliales, mastocitos, hepatocitos, linfocitos T, basófilos, plaquetas y
células epiteliales tímicas.
Dentro de sus efectos biológicos encontramos que: son quimiotácticas
para linfocitos T, monocitos, eosinófilos, basófilos, células NK y células
dendríticas; inducen la activación del endotelio, los eosinófilos, basófilos y
células NK; regulan la degranulación y liberación de enzimas por las células NK
y T citotóxicas; modulan la apoptosis; controlan el crecimiento de las células
hematopoyéticas; modulan la diferenciación de las células T hacia un fenotipo
Th1 o Th2 y aumentan la producción de Ig E e Ig G4.
4
Patología Molecular II. Quimioquinas
MCP-1 induce la expresión de las integrinas requeridas para la
quimiotaxis; tiene acción sobre los monocitos, linfocitos T de memoria,
basófilos y células NK; induce la liberación de gránulos por las células NK y los
linfocitos T CD8+; es potente inductor de la liberación de histamina por los
basófilos y no atrae eosinófilos, en comparación con MCP-2 y 3.
RANTES es inducible por mitógenos o antígenos en una variedad de
líneas de células T y linfocitos circulantes. In vitro es un potente
quimioatrayente de monocitos como la MCP-1, pero es mucho menos efectivo
para estimular la exocitosis. Atrae también linfocitos T CD45RO+, CD4+, NK,
eosinófilos, y es el más potente quimioatrayente para células CD8+; también
induce la liberación de histamina.
La quimioquina DC-CK1 (quimioquina 1 de las células dendríticas) atrae
selectivamente los linfocitos T CD45RA+ y contribuye de esta manera a la
inducción de la respuesta inmune primaria.
El reclutamiento de leucocitos depende de la especificidad de las
quimioquinas producidas en el sitio de inflamación
La IL-8 (interleuquina 8), actualmente CXCL8, y el MCP-1 (monocyte
chemotactic protein-1), actualmente CCL2, son las quimioquinas más
importantes para el reclutamiento de células polimorfonucleares (PMN) y
monocitos, respectivamente. En la inflamación aguda el infiltrado es
inicialmente de PMN y después de 24 a 48 horas predominan los macrófagos.
Este proceso de transición entre estos dos tipos de leucocitos estaría relacionado
a la cinética y propiedades funcionales de las quimioquinas IL-8 y MCP-1
respectivamente. Cuando los PMN y otras células son estimuladas por
citoquinas inflamatorias, la IL-8 es producida tempranamente y por 24 horas,
reclutando y activando localmente más PMN. Una prolongada producción de
IL-8 puede producir una alta concentración de esta quimioquina en los vasos, lo
cual inhibe la adhesión de PMN al endotelio y la extravasación de los mismos.
La producción de MCP-1 está usualmente retardada pero sostenida por varios
5
Patología Molecular II. Quimioquinas
días, su producción no sensibiliza a las células y conduce a un tardío
reclutamiento de monocitos. Es interesante destacar que la estimulación de
neutrófilos
con
citoquinas
inflamatorias
por
varias
horas
produce
selectivamente MCP-1 y no IL-8 observándose además que el complejo IL-6sIL-6Ra puede activar a las células endoteliales para secretar IL-8 y MCP-1.
Estas interrelaciones entre citoquinas y quimioquinas se producen en todos los
procesos biológicos donde intervienen estas proteínas y es lo que hace tan
dificultoso su estudio in vivo.
Regulación de la función de células endoteliales y células dendríticas
por quimioquinas

Quimioquinas y células endoteliales. Durante mucho tiempo se
consideró que las células endoteliales que cubren la pared interna
de los vasos sanguíneos, cumplían una acción pasiva, como si
fuese un papel celofán que no deja pasar la sangre. Actualmente se
sabe que participan en reacciones inmunes e inflamatorias
produciendo y respondiendo a citoquinas y quimioquinas. Estos
mediadores polipeptídicos solubles sirven para la comunicación
entre
células,
tejidos
y
órganos.
Las
quimioquinas
son
fundamentales en el proceso de reclutamiento de leucocitos y son
producidas por las células endoteliales en respuesta a moléculas
involucradas en reacciones inflamatorias, inmunidad y trombosis.
El repertorio de quimioquinas producidas por las células
endoteliales incluye miembros de las familias CXC- (IL-8,
epithelial-cell derived neutrophil-activating protein 78 (ENA-78)),
growth related oncogen a (GRO-a), interferon-inducible protein 10
(IP-10) y CC- (MCP-1, MCP-3, RANTES) con la mayor cantidad de
estudios focalizados sobre quimioquinas típicas como IL-8 y MCP1. En general el espectro de acción de las quimioquinas se
restringe a leucocitos, sin embargo hay evidencias que sugieren
que esta superfamilia de mediadores inflamatorios pueden afectar
la función de las células endoteliales y nerviosas.
6
Patología Molecular II. Quimioquinas

Quimioquinas y Células Dendríticas Uno de los desarrollos
recientes más interesantes en la biología de las quimioquinas es el
estudio
de
la
interrelación
entre
quimoquinas
y
células
dendríticas. Las células dendríticas (centinelas del sistema inmune)
son las células presentadoras de antígenos más eficientes y son
capaces
de
producir
quimioquinas
in
vitro
e
in
vivo
constitutivamente o en forma inducida. Los progenitores de las
células dendríticas entran a la sangre desde la médula ósea y se
instalan en los tejidos no linfoides, donde se desarrollan como
células dendríticas inmaduras
con alta capacidad de captar y
procesar antígenos y baja capacidad de estimular células T. La
producción local de citoquinas inflamatorias como TNF, IL1, GMCSF, CD40L
y el encuentro con un antígeno promueve la
maduración de las células dendríticas y como consecuencia la
migración de las mismas hacia los nódulos linfoides regionales.
Estas células maduras, se caracterizan por expresar moléculas
coestimulatorias y poseer alta capacidad para presentar antígenos
que estimulan la proliferación de células T. Los receptores de
quimoquinas se expresan sobre las células dendríticas en forma
específica. Así, las células dendríticas inmaduras expresan el
receptor CCR6 y responden a la quimoquina CCL20/MIP3a/LARC
in vitro. Cuando estas células captan el antígeno, comienzan a
madurar y expresan el receptor CCR7 el cual es fundamental para
la migración hacia los nódulos linfoides ya que en los mismos se
secretan
las
quimioquinas
CCL20/MIP3b/ELC
y
CCL21/6Ckine/SLC cuyo receptor es CCR7. CCL20 y CCL21
forman un gradiente que hace migrar a las células dendríticas
maduras a los nódulos linfoides, donde son capaces de activar
células T de antígenos específicos. Estos y otros estudios
sugirieron que la expresión de receptores de quimioquinas en las
células dendríticas, es un fenómeno específico que posee una
función durante la respuesta inmune.
7
Patología Molecular II. Quimioquinas
2. CLASIFICACIÓN Y RECEPTORES
Se clasifican de acuerdo a la posición relativa de sus residuos cisteína Nterminal. Así, cuando los dos residuos de cisteína están separados por un
aminoácido se designan como quimioquinas-CXC (CXC-chemokines) y cuando
ambas cisteínas están unidas se las denomina quimioquinas-CC (CCchemokines). Después del rápido descubrimiento de nuevas quimioquinas, uno
de los problemas que se presentó fue que varios grupos de investigación
informaban acerca de la misma molécula con distintos nombres. Esto llevó a
una confusión entre los científicos que trabajaban activamente en este campo de
investigación. Así en el "Keystone Simposium on Chemokines and Chemokine
Receptors " realizado en enero de 1999, en Keystone, CO. A. Zlotnik y O. Yoshie
propusieron un nombre sistemático para todas las quimioquinas y sus
receptores basándose en la estructura proteica y en su locus génico
agrupándolas en cuatro familias (Cuadro 1). Los efectos biológicos de las
quimioquinas son producidos por su unión a receptores que se expresan sobre
la superficie celular y están acoplados a proteínas G. Estos receptores son
promiscuos, siendo por lo tanto capaces de unir distintas quimioquinas y
producir así efectos biológicos diferentes.
Figura 1. Quimioquina y sus receptores
8
Patología Molecular II. Quimioquinas
Los receptores para las quimioquinas y otros agentes quimioatrayentes
pertenecen a la superfamilia de receptores con siete dominios transmembrana
tipo serpina o rodopsina, la mayoría de ellos acoplados a proteína G, con tres
asas intracelulares y tres extracelulares. Todos presentan un extremo Nterminal extracelular y un C-terminal intracelular. La porción intracelular
carboxiterminal contiene residuos serina y treonina, los cuales son fosforilados
y participan en la transducción de señales.
La interacción entre la quimioquina y el receptor ocurre en el extremo
aminoterminal y una de las asas extracelulares. La proteína G que está acoplada
a dicho receptor es heterotrimérica (cadenas a-b-g) y se encuentra unida a la
segunda asa intracelular que contiene el motivo DRY (aspartato, arginina,
tirosina); dicho motivo ha sido implicado en la transducción de señales.
Cuadro 1.

Quimioquina /Receptor CXC
Nombre
sistemático
CXCL1
CXCL2
CXCL3
Ligando
humano
GRO / MGSAGRO / MGSA
GRO / MGSA -
Ligando
murino
GRO/ KC
GRO/ KC
GRO/ KC
Receptor de
quimioquina
CXCR2, CXCR1
CXCR2
CXCR2
CXCL4
CXCL5
CXCL6
CXCL7
CXCL8
CXCL9
CXCL10
CXCL11
CXCL12
CXCL13
PF4
ENA - 78
GCP - 2
NAP - 2
IL - 8
Mig
IP - 10
I - TAC
SDF -1 /
BLC/ BCA -1
PF4
LIX
CK - 3
Desconocido
Desconocido
Mig
IP - 10
Desconocido
SDF -1
BLC/ BCA -1
Desconocido
CXCR2
CXCR1 , CXCR2
CXCR2
CXCR1 , CXCR2
CXCR3
CXCR3
CXCR3
CXCR4
CXCR5
CXCL14
CXCL15
BRAK/ bolequina
desconocido
BRAK
Lungquina
desconocido
desconocido

Quimioquina/ Receptor CX 3C
CX3CL1
Fractalquiina
Neurotactina
CX3CR1
9
Patología Molecular II. Quimioquinas

Quimioquina/ Receptor C
XCL1
Linfotactina
Linfotactina
XCL2
SCM-1
desconocido
XCR1
1 /ATAC
XCR1
TCA – 3, P500
JE
MIP - 1
CCR8
CCR2
CCR1, CCR5

SCM
Quimioquina/ Receptor CC
CCL1
CCL2
CCL3
CCL4
CCL5
CCL6
CCL7
CCL8
CCL9 / 10
CCL11
CCL12
CCL13
CCL14
CCL15
CCL16
CCL17
CCL18
CCL19
CCL20
CCL21
CCL22
CCL23
CCL24
CCL25
CCL26
CCL27
I - 309
MCP – 1 / MCAF
MIP - 1
/
LD78
MIP - 1
RANTES
Desconocido
MCP - 3
MCP - 2
Desconocido
MIP - 1
RANTES
C10, MRP - 1
MARC
MCP - 2
MRP – 2,
CCF18, MIP 1c
Eotaxin
Eotaxin
Desconocido
MCP - 5
MCP - 4
Desconocido
HCC - 1
Desconocido
HCC-2 / Lkn-1 / desconocido
MIP-1d
HCC-4 / LEC
LCC - 1
TARC
TARC
DC-CK1/PARC
desconocido
AMAC-1
MIP-3 / ELC/ MIP-3b/ ELC/
exodus-3
exodus-3
MIP-3 / LARC/ MIP-3 /
exodus-1
LARC/
exodus-1
6Ckine/SLC/
6Ckine/SLC/
exodus-2
exodus-2/TCA
MDC/STCP-1
ABCD-1
MPIF-1
desconocido
MPIFdesconocido
2/Eotaxina-2
TECK
TECK
Eotaxin-3
desconocido
CTACK/ILC
ALP/CTACK/I
LC ESkina
CCR5
CCR1, CCR3, CCR5
Desconocido
CCR1, CCR2, CCR3
CCR3
Desconocido
CCR3
CCR2
CCR2, CCR3
CCR1
CCR1, CCR3
CCR1
CCR4
desconocido
CCR7
CCR6
CCR7
CCR4
CCR1
CCR3
CCR9
CCR3
CCR10
10
Patología Molecular II. Quimioquinas
Hasta la fecha, han sido clonados e identificados cinco receptores para la
subfamilia CXCL (CXCR1-5) y once para la CCL (CCR1-11). Las quimioquinas
muestran gran redundancia en la utilización de sus receptores; de esta manera,
varias quimioquinas pueden acoplarse a un mismo receptor y una quimioquina
puede ligarse a varios receptores. Por otro lado, los leucocitos, principalmente
activados, expresan múltiples receptores debido a la modulación por factores
tanto exógenos como endógenos, permitiendo así que en una misma célula la
activación de sus receptores por quimioquinas diferentes produzca señales
intracelulares distintas. Por lo anterior, se considera que las quimioquinas y
otras citoquinas son pleiotrópicas en sus actividades.
11
Patología Molecular II. Quimioquinas
3. FUNCIONES
PROINFLAMATORIAS
DE
LAS
QUIMIOQUINAS
1. Quimiotaxis
Las quimioquinas han sido involucradas en la migración de los leucocitos,
tanto en los procesos homeostáticos como inflamatorios.
Las quimioquinas CXCL pueden dividirse de acuerdo a la actividad
quimiotáctica en:
a. Proteínas con el motivo ELR (Glu-Leu-Arg) en la región
aminoterminal, que son quimiotácticas para neutrófilos y no para
macrófagos o monocitos.
b. Sin motivo ELR, son quimiotácticas para células mononucleares y
no para neutrófilos.
Las quimioquinas CCL generalmente atraen monocitos y linfocitos, pero
no neutrófilos. Son quimiotácticas para los eosinófilos: eotaxina-1, eotaxina-2,
MCP-2, MCP-3, MCP-4, RANTES, MDC, MIP-1; algunas de ellas también atraen
basófilos. El CCR3 es el receptor que media la mayoría de los efectos
quimiotácticos de los eosinófilos y es el único receptor para eotaxina-1 y
eotaxina-2.
El rol selectivo de los CCR en la migración de los linfocitos T, monocitos,
eosinófilos y basófilos, ha estimulado los estudios relacionados con la
inflamación alérgica. Muchas quimioquinas tipo CC y CXC regulan la migración
de los linfocitos T: IP-10, MIG, RANTES, MIP-1a, MIP-1b, linfotactina. Los
linfocitos T vírgenes expresan receptores CXCR4 (para SDF-1) y CCR7 (para
ELC), importantes para el tráfico basal de estas células. Las células dendríticas
también tienen CCR7; este receptor se utiliza para localizar células dendríticas y
linfocitos T vírgenes en los nódulos linfoides.
Algunas quimioquinas muestran selectividad por la migración de los
linfocitos T activados: MIG, I-TAC, IP-10, 6-C-Kine y STCP-1.
12
Patología Molecular II. Quimioquinas
2. Migración transendotelial
Estudios in vitro han sugerido que la IL-8 es necesaria para la migración
transendotelial de los neutrófilos activados; previamente se requiere una señal
producida por las citoquinas proinflamatorias IL-1 y TNF-a, que activan las
células endoteliales para interactuar con los leucocitos activados por las
quimioquinas, en especial la IL-8. El RANTES induce la migración
transendotelial de los eosinófilos activados por IL-5.
Las células endoteliales expresan quimioquinas en la superficie luminal,
específicamente en los proteoglicanos (glicocálix), estableciendo un gradiente
quimiotáctico local; la respuesta migratoria a este estímulo se llama
HAPTOTAXIS.
Varias quimioquinas aumentan transitoriamente la adhesividad de las
integrinas; por ejemplo, RANTES activa el VLA-4 en los eosinófilos y MCP-3
activa el MAC-1. Otras quimioquinas regulan positivamente la expresión de las
integrinas: MIP-1a aumenta la expresión de CD11a y CD11c en monocitos.
Algunas quimioquinas pueden funcionar como moléculas de adhesión: la
fractalquina y CX3CR1 están en la membrana y regulan el tráfico de monocitos y
linfocitos.
3. Activación y degranulación de las células inflamatorias
Podríamos decir y resumir lo arriba explicado de otra manera: la
migración de leucocitos a sitios inflamatorios depende de una cascada de
eventos, mediados en parte, por quimioquinas y sus receptores y regulados por
una variedad de señales. Se pueden distinguir cuatro pasos fundamentales en el
proceso de extravasación de leucocitos:
1.
Distintas
moléculas
(lipopolisacárido),
proinflamatorias
TNF(tumor
necrosis
como
factor
)
LPS
e
IL-1
(interleuquin-1) pueden activar a las células endoteliales para
que expresen moléculas de adhesión como por ejemplo
13
Patología Molecular II. Quimioquinas
selectinas, las cuales son capaces de unirse a moléculas de tipo
mucinas que se expresan sobre los leucocitos, produciéndose así
el rodamiento de los leucocitos sobre el endotelio vascular.
2.
Las células endoteliales secretan factores quimioatractivos
(quimioquinas) que se unen a sus receptores sobre la superficie
de los leucocitos y activan a las integrinas, resultando en una
firme adhesión entre leucocitos y células endoteliales.
3.
Debido a que las integrinas se unen a moléculas de adhesión de
la familia de las inmunoglobulinas que se expresan sobre el
endotelio vascular (3,4), los leucocitos migran a través de las
células endoteliales interactuando con la molécula de adhesión
PECAM-1 (platelet endothelial-cell adhesion molecule (CD31))
expresada tanto sobre los leucocitos como sobre las membranas
intercelulares de las células endoteliales.
4.
Los leucocitos migran siguiendo un gradiente de quimioquinas,
el cual se genera por liberación de las mismas por células
endoteliales y macrófagos como consecuencia de una injuria
producida en el tejido. Así, los leucocitos llegan selectivamente
al lugar donde se produce el proceso de inflamación,
dependiendo del tipo de quimioquina que se secrete.
14
Patología Molecular II. Quimioquinas
4. QUIMIOQUINAS Y SU RELACIÓN CON EL VIH
Durante mucho tiempo se ha observado que algunos sujetos que estaban
expuestos al VIH no se infectaban con el virus a pesar de haber estado
repetidamente en situaciones de riesgo; estos sujetos, usualmente denominados
Expuestos No Infectados (ENI), despertaron la atención de diferentes
investigadores que hipotetizaron sobre la posibilidad de que existiese una
resistencia natural a la infección por el VIH, posiblemente de naturaleza
genética. Estas ideas iniciales se han reforzado con el conocimiento más reciente
de los mecanismos patogénicos de la infección, ya que el rápido recambio del
VIH, al menos en el plasma, podría sugerir que existen mecanismos naturales
que son eficaces eliminando al virus aunque su naturaleza completa se
desconoce en la actualidad.
Figura 2. Ciclo del VIH
Se ha comprobado que algunos ENI poseían linfocitos que ‘in vitro’ eran
muy resistentes a la infección por el virus y que dicha resistencia podría estar
asociada a la presencia de algunas mutaciones en las glucoproteínas de su
15
Patología Molecular II. Quimioquinas
membrana que podrían actuar como unos ‘factores’ que serían los que
facilitarían la entrada del virus en la célula; estas proteínas se han denominado,
con respecto al VIH, correceptores.
De otro lado se tenía el conocimiento que ciertas sustancias de naturaleza
proteica soluble eran capaces de mediar e interactuar entre diferentes células. El
concepto primario de mediación en los procesos inflamatorios se ha
correspondido históricamente con diferentes nombres de estas sustancias; dado
que el primer conocimiento que de ellas se obtuvo obedecía fundamentalmente
a la realización de ensayos funcionales, las primeras denominaciones que se les
dio hacían referencia a las células que las producían; de este modo se hablaba,
entre otras, de linfocinas, monocinas o interleucinas según fuesen producidas
por los linfocitos, los monocitos-macrófagos o los leucocitos polimorfonucleares.
Sin embargo el conocimiento posterior permitió saber que las sustancias eran
producidas por muy diferentes tipos celulares y se le aplicó el nombre más
amplio de citoquinas para designar unos mediadores proteicos producidos por
células que regulan la actividad de ellas mismas y de otras células. La aplicación
de la genética molecular mediante la tecnología de ADN recombinante ha
permitido aislar diferentes genes y obtener el producto que codifican de forma
pura. Para algunos autores las citoquinas serían una especie de hormonas
celulares. Durante la activación celular que sigue como respuesta a un estímulo
se producen y se unen de forma transitoria a receptores específicos de
membrana. Funcionalmente presentan retrorregulaciones positivas y negativas
entre sí y por lo general no actúan solas sino con otras producidas por la misma
célula pudiendo inducir, potenciar o inhibir la producción de otras citoquinas
y/o modular negativa o positivamente los efectos de dichas citoquinas. Por otro
lado al actuar sobre diferentes tipos celulares ejercen múltiples efectos
(pleiotrópicas) e igualmente comparten muchos de ellos (redundantes). Dadas
todas estas características se debe tener presente que algunos de los efectos que
se atribuyen a ciertas citoquinas en realidad se podrían deber a otras con las que
interactúan y éstas incluso ser desconocidas. Las citoquinas juegan un papel
importante en la respuesta inmunitaria e inflamatoria en las que se las puede
consideran como un mensajero que rellena el vacío comunicativo entre los
16
Patología Molecular II. Quimioquinas
linfocitos y otras células del sistema inmunológico. Las quimioquinas, al formar
parte del grupo de las citoquinas, están involucradas en este proceso.
En el ciclo vital del VIH se sabe que necesita penetrar en la célula que
infecta para poder replicarse en su interior y producir nuevos viriones. Se
conoce que el VIH puede penetrar en las células a través del acoplamiento de los
componentes de las membranas de célula y virus. Para ello es necesaria la
presencia en la célula de receptores de alta afinidad, como la molécula CD4 con
la que se produce la fijación de la proteína gp120 de la envoltura del VIH.
También se ha comprobado 'in vitro' que diferentes tipos celulares pueden ser
infectados por el VIH y no todos ellos poseen la molécula CD4 y que el VIH no
infecta a células de otros animales que si expresan la molécula CD4 (no podían
infectarse con el VIH células de ratón que también expresan CD4). Estos hechos
han conducido en la última década a una intensa investigación para encontrar
correceptores del VIH; fruto de dicha investigación ha sido la identificación de
que al menos son necesarios 2 receptores de transporte localizados en la
superficie celular de las células inmunológicas que comúnmente ataca el VIH.
Los monocitos y macrófagos manifiestan un receptor diferente al de los
linfocitos CD4+. Identificar ambos receptores, y varias de las quimioquinas que
los estimulan, ha permitido establecer un campo de investigación clínica sobre
las quimioquinas.
Las investigaciones de este nuevo campo podrían ayudarnos a identificar
nuevas estrategias de tratamiento de la enfermedad VIH, y proporcionar el
ingrediente clave necesario para el desarrollo de una vacuna anti-VIH eficaz.
Existen
varios
tipos
de
células
inmunológicas
que
descargan
quimioquinas. Los blancos de las quimioquinas son los receptores celulares,
áreas especializadas localizadas en las superficies de monocitos, linfocitos,
basófilos y esinófilos. Puesto que los receptores se especializan en aceptar el
acoplamiento únicamente con ciertas formas, una quimioquina tiene que
acoplarse con el receptor apropiado. Cuando una quimioquina se acopla
adecuadamente con un receptor, ocasiona un proceso biológico. Se alude a este
proceso como señalamiento, o transducción de señal. Un ejemplo de la
17
Patología Molecular II. Quimioquinas
transducción de señal es el proceso que lleva al sentido del olfato. Los receptores
olfatorios forman parte de un sistema complejo, en el cual se traducen
moléculas químicas a olores específicos percibidos por el cerebro. La señal es la
parte básica del reconocimiento corporal del mundo exterior.
Se denominan como receptores de transporte a los receptores que
funcionan como entradas a una célula. Las proteínas grandes que necesitan las
células saludables entran en la célula a través de los receptores de transporte.
Los receptores de transporte también tienen un papel importante en la infección.
Se ha reconocido por muchos años que el VIH puede penetrar células
inmunológicas humanas a través del acoplamiento con un receptor llamado
CD4. Sin embargo, esta penetración infecciosa no ocurre en otros animales
cuyas células también manifiestan el CD4. Al observar este hecho, los
investigadores concluyeron que en los humanos, el VIH tenía que pasar por una
función acopladora esencial; a partir de ese momento, se ha iniciado la
investigación para encontrar el "co-receptor" humano del VIH.
Cuando el VIH se acopla a la superficie de un linfocito T o macrofágo,
inicia un proceso durante el cual el virus penetra la célula. Investigaciones
recientes han identificado 2 receptores de transporte necesarios para este
proceso, los cuales se localizan en la superficie celular de las células
inmunológicas comúnmente atacadas por el VIH. Los monocitos y macrófagos
manifiestan un receptor diferente al de los linfocitos CD4. Al identificar ambos
receptores, y varias de las quimioquinas que los estimulan, se estableció el
campo de investigación clínica sobre las quimioquinas.
Las investigaciones de este campo han progresado con una rapidez
impresionante. Científicos jóvenes han encabezado la mayoría de las
investigaciones, y algunos investigadores experimentados han donando sus
reputaciones y experiencias al campo, incluyendo los co-descubridores del VIH,
los doctores Robert Gallo de la Universidad de Maryland, Jay Levy de la
Universidad de California, y Anthony Faucci de los Institutos Nacionales para
las
Alergias
y
Enfermedades
Infecciosas
(siglas
en
inglés:
NIAID).
18
Patología Molecular II. Quimioquinas
Recientemente se descubrió que la falta congénita de un receptor específico
protege a algunos individuos de la infección sexual por el VIH.
El factor celular antiviral
A partir de 1986, el Doctor Jay Levy ha mantenido que los linfocitos CD8
(linfocitos que manifiestan el receptor CD8) descargan un factor soluble que
inhibe la replicación del VIH dentro de células infectadas. Levy dice que el FCA
funciona independientemente de la citólisis, la destrucción directa de células
infectadas víricamente, estrategia usual de los CD8 para el control de células
dañadas. Por ahora, Levy no ha logrado aislar el factor, pero sus esfuerzos
inspiraron a otros investigadores. Puesto que existe evidencia indirecta de este
factor o factores, descrita en comentarios clínicos de estudios sobre personas
cuyas enfermedades VIH no progresan a largo plazo (personas que no
experimentan pérdida de linfocitos T y/o que no desarrollan enfermedades
oportunistas a pesar de años de infección), los investigadores se embarcaron en
un proceso de eliminación de candidatos potenciales.
En diciembre de 1995, se demostró que 3 quimioquinas-RANTES, MIP1a y MIP-1b-son descargadas por los linfocitos CD8 y capaces de inhibir la
replicación del VIH in vitro. La quimioquina RANTES (representado en sus
siglas en inglés-Regulado a través de Activación, Expresado y descargado por
linfocitos T Normalmente) fue aislada por el Laboratorio de Tumores Celulares
de Robert Gallo en los Institutos Nacionales del Cáncer. Aunque se observó que
ésta y las otras quimioquinas eran capaces de inhibir el VIH aislado de personas
infectadas, pero no la cepa viral comúnmente empleada para el estudio de
laboratorio (VIH IIIB), Gallo y sus colegas anunciaron que habían resuelto el
dilema de Levy. El Doctor Levy no estaba de acuerdo, y continúa investigando
por su cuenta el factor CD8.
La confianza de Levy en que este factor existe es compartida por Fauci de
NIAID y por investigadores de la Corporación Chiron en Emeryville, California.
Ambos han descubierto que los linfocitos CD8 pueden inhibir la replicación
viral a través de algún mecanismo desconocido que no incluye la citólisis o las 3
19
Patología Molecular II. Quimioquinas
quimioquinas descubiertas por Gallo. Es posible que existan receptores del FCA
todavía por descubrir.
El VIH M-trópico y T-trópico
El tropismo es la selección de células que un organismo como el VIH
prefiere infectar. El tipo de VIH que infecta macrófagos y monocitos es el virus
M-trópico.
Los
macrófagos
y
monocitos
son
células
inmunológicas
especializadas, diseñadas para digerir bacterias, virus y partículas extrañas,
procesándolas para presentárselas a los linfocitos T. Los macrófagos también
funcionan como empleados de sanidad del cuerpo humano, eliminando
partículas extrañas y organismos que se han acoplado a anticuerpos. Los
linfocitos T, trabajadores estratégicos del sistema inmunológico, descargan
varias citoquinas para comunicarse con los macrófagos y monocitos, dirigir sus
actividades, y controlar su replicación, crecimiento o falta de ambos.
Los macrófagos y monocitos son las primeras células infectadas por el
VIH directamente después de la seroconversión (la primera producción de
anticuerpos al VIH después de la infección inicial) y durante los primeros años
de la etapa asintomática de la enfermedad VIH. El virus M-trópico se reproduce
dentro de las células mononucleares periféricas (linfocitos sanguíneos), pero no
forma sincicio (grupos de células cuyas membranas se han juntado). Se
considera que el virus que no induce sincicio (NIS) es menos virulento que el
que induce sincicio (IS). El virus IS está asociado con la progresión rápida de la
enfermedad y un pronóstico desfavorable.
Los linfocitos T incluyen 2 categorías: linfocitos CD4 y linfocitos CD8. De
estas, los CD4 son los linfocitos que el VIH desgasta continuamente durante el
proceso patogénico. EL VIH que infecta los CD4 es T-trópico y capaz de inducir
sincicio. La Doctora Roberta Weiss, del Instituto para la Investigación del
Cáncer en Londres, cree que el cambio viral de NIS a IS refleja un cambio de
tropismo. El VIH que ha seleccionado macrófagos en primer lugar para la
infección cambia a la selección de linfocitos T. El co-receptor para el virus Ttrópico es el receptor quimioquínico alfa denominado fusin LESTR o CXCR-4.
20
Patología Molecular II. Quimioquinas
Tatjana Dragic y sus colegas del Centro de Investigación Aaron Diamond en
Nueva York demostraron que el VIH penetra una célula a través del receptor
CCR-5, el cual es empleado por el virus para acoplar su cubierta viral a la célula
huésped. CCR-1, CCR-2A, CCR-3 y CCR-4 no permiten esta fusión, y las
quimioquinas beta RANTES, MIP-1a y MIP-1b son capaces de bloquearla.
Joseph Sodroski y sus colegas del Instituto Dana Farber en Boston
demostraron que el VIH M-trópico puede emplear los receptores CCR-5 o CCR3 para penetrar una célula, y que una parte específica de gp 120, componente
del sobre o cubierta del VIH, interacciona con estos receptores. La parte de gp
120 que interacciona con el receptor es expuesta sólo después de que gp 120 se
ha acoplado con el CD4. Después de este acoplamiento, la cadena V3 (tercera
variable) de la molécula gp120 se desenreda para revelar el componente que
adjunta al receptor CCR-5. EL VIH T-trópico emplea una estrategia parecida,
acoplándose primero con el CD4 y desenredando un componente diferente del
gp 120 que adjunta al receptor CXCR-4. Estos descubrimientos aumentaron las
esperanzas de poder diseñar y comprobar rápidamente fármacos que atacarían
estos procesos específicos de acoplamiento viral.
Una serie reciente de experimentos hechos por el Instituto Gladstone de
Virología en San Francisco ha establecido que la parte del receptor CCR-5 que
sobresale de la célula huésped contiene varios componentes de aminoácidos que
ayudan al VIH a penetrar la célula. La molécula receptora enreda la célula, con
algunas partes expuestas y otras enterradas dentro de la célula. Tres cadenas y
una 'cola' sobresalen de la superficie celular, proporcionando varias áreas de
acoplamiento para el VIH. Robert Atchinson y sus colegas aprendieron dos
lecciones importantes de sus experimentos: (1) se puede alterar la estructura del
CCR-5 para bloquear la penetración por el VIH sin interrumpir sus funciones
celulares normales (la célula seguirá reaccionando a los quimioquinas
apropiadas), y (2) podría resultar posible diseñar un fármaco u otro compuesto
que bloquee el co-receptor del VIH sin ocasionar una señal biológica no deseada,
como puede ocurrir con una quimioquina natural.
21
Patología Molecular II. Quimioquinas
Anteriormente, se creía que el receptor T-trópico CXCR-4 era un receptor
huérfano sin vínculo (molécula que se acopla al receptor para iniciar un proceso
biológico). En agosto de 1996, se anunció que la única quimioquina alfa
conocida que emplea el receptor CXCR-4 es SDF-1 (factor derivado de células
estromales). Estelle Oberlin y sus colegas del Instituto Pasteur en París
reportaron que SDF-1 previene la infección por el VIH-1 que está adaptado a los
linfocitos T, y sugirieron que el bloqueo simultáneo de los receptores M-trópico
y T-trópico que emplea RANTES, MIP-a, MIP -1b y SDF-1 podría ayudar a
reducir la carga viral y prevenir el desarrollo de virus IS. La estrategia propuesta
consiste en atrapar todos los co-receptores potenciales del VIH para que el VIH
no pueda infectar nuevas células huéspedes, y dejar que el sistema
inmunológico mate y elimine a la población existente de células previamente
infectadas.
Las cepas M y T-trópicas del VIH coexisten dentro del cuerpo. No hay un
periodo de enfermedad durante el cual todo el virus en una persona es
completamente M-trópico o T-trópico. Sin embargo, se cree que antes de iniciar
el cambio a T-trópico, la cepa M-trópica tiene que conseguir infectar el cuerpo
en primer lugar. En otras palabras, la infección inicial por el virus es establecida
por la cepa M-trópica, y el cambio a T-trópico ocurre después. El porqué de esta
necesidad viral es un asunto de bastante polémica y especulación. Algunos
investigadores creen que la cepa M-trópica está particularmente adaptada para
infectar las membranas mucosas, lo cual explica por qué algunas personas que
carecen de receptores para los virus M-trópicos no resultan infectadas a pesar
de haber sido expuestas repetidamente al virus. Además, es posible que la falta
de estos receptores también proteja a las personas de la infección transmitida
por jeringuillas infectadas o productos sanguíneos contaminados.
Inmunidades correlacionadas
Frecuentemente, los estudios de no progresantes y sobrevivientes de la
enfermedad VIH a largo plazo se enfocan en descubrir el elemento mágico que
separa a estos grupos de personas de aquéllos que padecen la progresión de la
22
Patología Molecular II. Quimioquinas
enfermedad al SIDA. Antes del descubrimiento del co-receptor CCR-5 del VIH-1,
se sabía poco sobre la protección natural contra el VIH, o la inmunidad natural.
Richard Koup y sus colegas de Centro de Investigación Aaron Diamond
estudiaron a 25 hombres que permanecieron negativos a pesar de haber sido
expuestos repetidamente al virus a través del sexo sin protección. Los
investigadores descubrieron 2 elementos claves en estos hombres: (1) sus
linfocitos CD8 manifestaban más actividad anti VIH que los CD8 aislados de
controles que no habían sido expuestos al VIH, y (2) sus linfocitos CD4
resultaban relativamente resistentes a la infección por el virus M-trópico.
Además, Koup y Nathaniel Landau (también del Instituto Aaron Diamond)
descubrieron 2 personas VIH negativas que también fueron expuestos
repetidamente al virus, y encontraron que los genes que estas personas
heredaron de sus padres contenían una mutación: eran incapaces de producir
CCR-5.
Una colaboración siguiente entre Stephen O'Brien, Michael Dean y Mary
Carrington del Instituto Nacional del Cáncer comprobó que algunas personas
con la mutación genética del CCR-5 son extremadamente resistentes a la
infección por el VIH. Entre 1.955 personas estudiadas, O'Brien y su equipo
descubrieron que las personas con 2 copias del gen mutante no estaban
infectadas, mientras que las personas con sólo 1 copia del gen progresaban con
más lentitud al SIDA que aquéllos con 2 genes del CCR-5 completamente
normales. Marc Parmentiwe de la Université Libre de Bruxelles en Bélgica
descubrió por lo menos 1 copia de la mutación en el 17% de 707 personas
blancas. Sin embargo, ninguna de las muestras de Africa (aisladas de personas
de Zaire, Burkina Faso, Camerún, Senegal y Benin) o de Japón contenían la
mutación. O'Brien descubrió la mutación en el 11% de sus muestras aisladas de
personas blancas y en el 1,7% de sus muestras aisladas de personas negras.
Aunque se ha localizado la mutación genética que afecta la producción
del CCR-5 sólo en las poblaciones blancas y afro-americanas, es muy posible que
existan otros mecanismos responsables de la inmunidad natural observada en
prostitutas en Tailandia y Zaire, muchas de las cuales han sido expuestas
23
Patología Molecular II. Quimioquinas
repetidamente al VIH. Mientras que el campo de investigación quimioquínica
progresa, muchos receptores desconocidos hoy en día serán descubiertos, y se
revelarán más correlaciones de la inmunidad natural.
Durante la cuarta Conferencia sobre los Retrovirus y las Enfermedades
Oportunistas, se presentó información que demuestra que varios tipos de
células inmunológicas pueden descargar quimioquinas beta y bloquear la
infección por el VIH M-trópico. Anthony Fauci y sus colegas de NIAID
demostraron que los linfocitos naturales asesinos descargan quimioquinas b que
suprimen la reproducción del VIH, y el Doctor R. Kornbluth y sus colegas de la
Universidad de California y el Centro Médico VA en San Diego reportaron que
los macrófagos localizados en las glándulas linfáticas producen grandes
cantidades de quimioquinas b al ser estimulados por ciertos linfocitos T que
cargan la molécula CD4-OL en sus superficies. Estas quimioquinas fueron
aisladas y subsecuentemente protegidas en el laboratorio de la infección por el
VIH.
Estrategias de tratamiento
Por ahora, los esfuerzos para bloquear el acoplamiento del VIH a los
linfocitos CD4 han fracasado. El compuesto experimental, CD4 soluble, no
resultó exitoso como una trampa para el VIH, principalmente por que no
permaneció el tiempo suficiente en la corriente sanguínea para ejercer un efecto
positivo. Esfuerzos futuros para bloquear el acoplamiento del VIH, esta vez con
los co-receptores, enfrentarán las mismas dificultades técnicas. Sin embargo, se
han sugerido algunos blancos potenciales para intervenciones futuras, y se está
estableciendo la dirección necesaria para diseñar los fármacos o compuestos
necesarios.
Fernando Arenzano-Seisdedos, y sus colegas del Instituto Pasteur, en
colaboración con investigadores Canadienses y Suizos, han identificado un
químico nuevo parecido a RANTES que no activa células al acoplarse con el
receptor CXCR-4 ni atrae linfocitos blancos, pero sí se acopla al receptor y
bloquea la infección por el VIH. Los investigadores concluyen que es posible
24
Patología Molecular II. Quimioquinas
diseñar compuestos terapéuticos que bloqueen el co-receptor sin ocasionar los
efectos secundarios severos observados con la administración de otras
citoquinas como IL-2.
Helena Schmidtmayerova y sus colegas del Instituto Picower en Nueva
York han demostrado que la inducción de las quimioquinas beta puede
estimular o inhibir la replicación del VIH, dependiendo de la clase de célula
estimulada y el virus predominante (M-trópico o T-trópico). Las quimioquinas
no inhiben la infección de los monocitos o macrofágos, pero sí inhiben la
infección de los CD4. Estas mismas quimioquinas incrementan la replicación
del VIH en los monocitos y macrofágos pero la suprimen en los linfocitos T. Los
investigadores sugieren que las estrategias terapéuticas que permiten o apoyan
la descarga de quimioquinas por los monocitos y macrófagos podrían proteger a
los linfocitos T al impedir la mutación del VIH de M-trópico a T-trópico.
La compañía British Biotech ha desarrollado un análogo derivado de la
quimioquina MIP-1a para el tratamiento del cáncer. Un estudio en Londres está
inscribiendo 15 personas VIH positivas con números CD4 de 50 a 500 linfocitos
por mm3 para recibir el compuesto BB10010. Se iniciarán estudios que empleen
otros análogos experimentales en un futuro cercano.
La colaboración entre LeukoSite, Inc., de Cambridge, MA y los hospitales
Dana Farber y Children's en Boston, junto con la división investigadora de
Lambert's de la compañía farmacéutica Parke-Davis, tiene planes de emplear el
co-receptor VIH del CCR-5 como base para la investigación y desarrollo de
nuevos fármacos antivirales. El desafío consiste en desarrollar versiones
modificadas de quimioquinas existentes que resulten capaces de bloquear los
co-receptores sin ocasionar la inflamación usualmente inducida por las
quimioquinas.
El diseño de vacunas
Investigadores del campo de las vacunas han expresado esperanza que la
identificación de los 2 co-receptores del VIH les ayude a diseñar modelos
25
Patología Molecular II. Quimioquinas
animales que permitan el estudio intensivo del curso de la infección humana por
el VIH. La falta actual de un modelo animal apropiado es uno de los obstáculos
mayores del desarrollo de una vacuna anti VIH. El VIH-1 sólo se reproduce en
los chimpancés además de los humanos, pero el chimpancé es una especie en
peligro de extinción. La identificación del CCR-5 y CXCR-4 permite el diseño de
modelos animales transgénicos (quizás ratones) que pueden ser manipulados
genéticamente para reflejar las condiciones corporales necesarias para la
infección humana. Se podrían evaluar vacunas potenciales rápidamente en estos
modelos antes de proceder al estudio humano, el cual es más caro y complejo.
La elucidación de algunas de las correlaciones entre la inmunidad natural
al VIH abre varias preguntas importantes para los investigadores y fabricantes
de vacunas.
Tomando en cuenta que la falta de receptores CCR-5 confiere inmunidad
al VIH sin ocasionar consecuencias negativas, algunos investigadores están
considerando la posibilidad de desarrollar una vacuna capaz de estimular
anticuerpos que eliminan los receptores CCR-5. Tal vacuna requiere un diseño
que permita la destrucción selectiva de estos receptores sin necesidad de crear
inflamación. Asuntos potenciales que quedan por resolver incluyen la
determinación de lo que podría pasar si el acoplamiento de la vacuna al CCR-5 o
la destrucción del receptor resultan en la manifestación de más receptores en la
superficie celular (sobre-regulación).
Durante los primeros meses de 1997, la compañía Immune Response
presentó datos que sugieren que su vacuna experimental Remune indujo
quimioquinas en 15 participantes de estudios. Remune también produjo un
incremento en la producción de interferón gamma, otra quimioquina.
Es probable que una estrategia de combinación resulte superior. La
combinación de quimioquinas con fármacos antivirales podría prevenir la
reproducción del VIH, y potencialmente acelerar el proceso de eliminación de
las células latentemente infectadas.
26
Patología Molecular II. Quimioquinas
Pero antes de proceder con las vacunas anti co-receptor, queda por
investigar la localización exacta de cada parte del VIH que se acopla a un coreceptor. Si existe un componente viral que permanece visible al sistema
inmunológico en vez de enredarse dentro de gp 120 antes de acoplarse al coreceptor, se podría desarrollar una vacuna de subunidad que refleje este
componente.
Conclusión
La investigación del campo de las quimioquinas y los receptores está
progresando y se están considerando diversos métodos de tratamiento basados
en la información actual sobre el proceso patogénico del VIH. Muchas personas
quieren saber si tienen uno, dos ó ninguno del gen mutante del CCR-5, la falta
del cual parece otorgar inmunidad al virus. Actualmente, sólo los investigadores
clínicos tienen acceso a las pruebas diagnósticas de esta anormalidad genética.
Los biólogos moleculares están interesados en las funciones celulares y
los efectos de las enfermedades infecciosas al nivel celular. Se espera que los
avances recientes en la investigación quimioquínica, junto con indicios sobre el
mecanismo que ocasiona la apoptosis (muerte celular programada), ayudarán a
explicar la patogénesis de la enfermedad VIH en detalle. Sin embargo, no se
sabe todavía cómo las quimioquinas producen sus efectos supresores contra el
VIH al nivel molecular.
Se sabe que tres enfermedades mayores emplean los receptores
quimioquínicos. El citomegalovirus (CMV) fabrica una proteína transmembrana
(CMV US28) que es parecida al CCR-1 y funciona como un receptor de
quimioquina. El parásito de la malaria Plasmodium videx emplea un receptor
quimioquínico de los linfocitos rojos. Y el VIH emplea por lo menos 2 receptores
durante diferentes etapas de su desarrollo patogénico para poder infectar
células continuamente. Estos 3 descubrimientos indican que quizás existen
otras enfermedades infecciosas que explotan los receptores quimioquínicos.
27
Patología Molecular II. Quimioquinas
Investigaciones recientes han revelado que el herpetovirus responsable
por el sarcoma de Kaposi, KHSV, fabrica su propio receptor, el cual podría tener
un papel en el proceso que torna este virus en una enfermedad maligna para las
personas VIH positivas. En febrero de 1997, Leonardos Arvanitakis y sus colegas
de la Universidad Médica de Cornell, reportaron sobre el descubrimiento de
GPCR, un receptor de la familia quimioquínica C-X-C. Este receptor se torna
activo al ser estimulado por IL-8, una proteína que estimula el crecimiento de
nuevas vesículas sanguíneas, y su descubrimiento podría explicar el proceso de
vascularización observado durante el SK. El nuevo receptor también representa
un blanco potencial para los tratamientos anti SK en desarrollo.
En 1996, la revista médica Science anuncio que el campo de investigación
más alentador es el campo de investigación sobre el SIDA. Se espera que este
año, los avances clínicos e investigadores resulten en nuevos tratamientos para
las personas VIH positivas.
28
Patología Molecular II. Quimioquinas
5. LAS QUIMIOQUINAS Y SU RELACIÓN CON OTRAS
PATOLOGÍAS
Las quimioquinas podrían ser dianas terapéuticas para dolencias como la
diabetes tipo I o la artritis reumatoide según un estudio del Centro Nacional de
Biotecnología (CNB) dirigido por el científico Santos Mañes y realizado en
colaboración con la Universidad de Padua (Italia). Estos avances abren la vía al
desarrollo de nuevos tratamientos para las patologías del sistema inmune.
Los receptores de quimioquinas colaboran a nivel molecular con el
receptor de linfocitos o TCR para proporcionar todas las señales intracelulares
que necesita el linfocito para su total activación.
Las enfermedades autoinmunes ocurren cuando el sistema inmunológico
actúa destruyendo los tejidos sanos del cuerpo. Este trastorno suele estar
asociado a una reactivación de células autorreactivas del sistema inmune que
reconocen como extraños los antígenos del propio organismo. Hasta ahora, se
pensaba que estas células autorreactivas secretaban quimioquinas, las cuales
eran responsables de atraer a más linfocitos sobreactivados a los tejidos.
Para el investigador español los resultados indican que, además de esta función,
las quimioquinas intervendrían directamente en la sobreactivación de los
linfocitos y por lo tanto estarían en el origen de la enfermedad. Ello implica que
las quimioquinas podrían ser dianas terapéuticas sumamente efectivas para
luchar contra las enfermedades autoinmunes y que se abren nuevas vías en el
estudio de enfermedades autoinmunes como la diabetes tipo I o la artritis
reumatoide.
El estudio de las quimioquinas y sus receptores en la Artritis Reumatoide
se ha centrado fundamentalmente en su expresión y capacidad quimiotáctica
sobre las células infiltrantes. Sin embargo, no hay evidencias sobre su posible
papel en los mecanismos de destrucción tisular. Recientemente nuestro grupo
ha demostrado la presencia de receptores de las quimioquinas funcionantes (CC
y CXC) en sinoviocitos tipo fibroblasto (STF).
29
Patología Molecular II. Quimioquinas
El objetivo es estudiar los efectos de las quimioquinas en la migración,
proliferación y producción de colagenasa, mediados por sus receptores, en STF
en cultivo de artritis reumatoide y artrosis.
En primer lugar, comprobamos el estado funcional de los receptores en
STF marcados con un fluorocromo (FURAred), mediante los cambios en la
concentración de calcio intracelular inducidos por quimioquinas, que conducen
a la activación del receptor acoplado a proteínas G (activación de PKC sensible a
toxina pertussis). SDF-1a, y en menor medida IP-10 y MCP-1, aumentaban
significativamente el influjo de calcio intracelular, al igual que el ionóforo de
calcio A23187, usado como control positivo. En ensayos de transmigración
realizados en cámaras de 2 compartimentos, observamos un aumento
significativo de migración inducido por SDF-1ª, IP-10 y MCP-1, comparado con
aumentos no significativos inducidos por RANTES, o ningún efecto derivado de
MIP-1b y STF no estimulados. Estos incrementos podían inhibirse en presencia
de toxina pertussica. La proliferación de STF se cuantificó tras 72 horas de
incubación en presencia de quimioquinas. Se observó un incremento de
proliferación, dosis dependiente, mediado por SDF-1a, IP-10, Mig y MCP-1. Los
anticuerpos antiquimioquinas inhibían este aumento de proliferación. La
actividad colagenasa se midió en sobrenadantes de STF cultivados durante 24 h
con quimioquinas. Se cuantificaron, mediante un fluorímetro, los cambios en la
fluorescencia derivados de la actividad enzimática de las muestras, que digería
un sustrato fluoresceínado de gelatina o colágeno. MCP-1, SDF-1a y Mig
aumentaron significativamente la actividad colagenasa en sobrenadantes de
STF.
Los efectos mediados por IP-10 y Mig en STF constituyen la primera
descripción del R CXCR3 funcionante en este tipo celular. La inducción de
migración, proliferación y actividad colagenasa mediada en STF por varias
quimioquinas sugieren una implicación directa de éstas y sus receptores en los
mecanismos de daño estructural de la AR.
Tanto los científicos como los analistas financieros vaticinan que la
mayor parte de los tratamientos farmacológicos que surgirán en el siglo XXI
30
Patología Molecular II. Quimioquinas
contra patologías como el cáncer, el sida o la diabetes saldrán de una sóla
familia de moléculas, las quimioquinas.
Numerosas compañías farmacéuticas ya han desviado parte de sus
recursos hacia la investigación de estos compuestos y otras se han creado con el
único objetivo de explorar y explotar este terreno. Para hacer aún más
prometedoras las perspectivas de estas terapias, un equipo de investigación
español acaba de abrir una nueva puerta que con toda seguridad proporcionará
más de un fármaco para los mencionados trastornos y otros, como la
ateroesclerosis, responsables de un gran número de muertes.
Se ha observado que las quimioquinas sirven de puente para que las
células tumorales se desplacen y ataquen a otros órganos. De hecho la FDA, la
agencia estadounidense que controla los alimentos y los fármacos, acaba de
aprobar un medicamento para el tratamiento de cáncer cuyo mecanismo de
acción consiste en bloquear la actividad de las mencionadas moléculas.
Hasta el momento todas las investigaciones sobre las quimioquinas se
habían centrado en buscar agentes químicos que bloquearan el acceso de éstas a
los receptores. Sin embargo, el equipo de Carlos Martínez, del Centro Nacional
de Biotecnología en Madrid, con la colaboración de Pfizer, se planteó alterar la
actividad de las quimioquinas atacando el proceso de dimerización. Mediante
diversos experimentos tanto en condiciones de laboratorio como en animales y
en células humanas, los autores del trabajo, publicado en la edición on-line de
Nature Inmunology, encontraron los puntos exactos de ensamblaje entre los dos
receptores durante la dimerización. A continuación, crearon péptidos que
bloqueaban los centros de unión dejando a los receptores rígidos en una
posición inactiva y como consecuencia las quimioquinas no podían transmitir la
información.
Se trata de una nueva vía de desarrollo de fármacos para el tratamiento
de numerosas patologías como las cardiovasculares, el cáncer, los trastornos
autoinmunes e incluso las enfermedades neurodegenerativas, tipo Alzheimer.
31
Patología Molecular II. Quimioquinas
6. BIBLIOGRAFÍA

Lehninger Principios de Bioquímica, tercera edición, ed. Omega
Internet:

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