CD94 / NKG2 es una familia de receptores de lectina de tipo C que se expresan predominantemente en la superficie de las células NK y un subconjunto de linfocitos T CD8 + . [1] [2] Estos receptores estimulan o inhiben la actividad citotóxica de las células NK, por lo tanto, se dividen en receptores activadores e inhibidores de acuerdo con su función. [3] CD94 / NKG2 reconocen las glicoproteínas de MHC no clásicas de clase I ( HLA-E en humanos y moléculas de Qa-1 en el ratón).
Familia CD94 / NKG2 [ editar ]
La familia CD94 / NKG2 incluye siete miembros: NKG2A, B, C, D, E, F y H. [5] Los genes que codifican estos receptores se agrupan en el complejo natural killer (NKC) en el cromosoma humano 12 y el cromosoma de ratón 6 junto con Clr (C-lectina relacionada) genes. [6]
Estructura [ editar ]
Los receptores NKG2 son proteínas transmembrana tipo II que dimerizan con la molécula CD94 . CD94 contiene un dominio citoplásmico corto y es responsable de la transducción de señales . Por lo tanto, los receptores NKG2 forman heterodímeros unidos por enlaces disulfuro. NKG2D representa una excepción, es un homodímero. [7]
Señalización [ editar ]
- Los receptores NKG2A y NKG2B transmiten una señal inhibitoria. Contienen dos motivos inhibidores basados en tirosina de inmunoreceptores (ITIM) en su cola citoplásmica [8] que se definen por la secuencia (I / L / V / S) xYxx (L / V), donde "x" significa cualquier aminoácido en una posición dada. Si los receptores con ITIM se acoplan a su ligando, probablemente la familia Src fosforila los residuos de tirosina , y esto permite el reclutamiento de la tirosina fosfatasa SHP-1 , SHP-2 o SHIP . Conduce a la desfosforilación de los sustratosde tirosina quinasa , que participan en la activación decascadas . Como resultado, se suprime la activación de células NK. [9]
- NKG2C , NKG2E y NKG2H son receptores de activación. La unión del ligando permite la interacción entre el receptor y la proteína adaptadora que lleva ITAM DAP12 (ITAM, Motivo de activación basado en tirosina inmunoreceptora , definido por la secuencia (D / E) xxYxx (L / I) x 6-8 Yxx (L / I)). Las quinasas de la familia Src fosforilan la tirosina en la secuencia ITAM. Da como resultado el reclutamiento de las tirosina quinasas Syk y ZAP-70 por las moléculas adaptadoras. Finalmente, se está reorganizando el citoesqueleto de actina y la célula puede liberar gránulos citotolíticos que contienen perforina y granzima.. Esta vía de señalización también induce la transcripción de muchos genes de citoquinas y quimiocinas . El proceso es similar a laseñalización de células T y B a través de sus receptores específicos TCR o BCR . [10]
- NKG2D también está activando el receptor, pero se acopla con la proteína adaptadora DAP10 que lleva el motivo de señalización YINM. Las quinasas Src o Jak fosforilan DAP10, que luego pueden asociarse con la subunidad p85 de PI (3) K o la molécula adaptadora Grb2 . Esta señalización desencadena la reorganización de la actina (polarización celular) y la desgranulación . [11]
- La función del receptor NKG2F no se ha aclarado todavía. [12] Puede que no se asocie con CD94, no tiene un dominio de lectina de tipo C y contiene un motivo similar a ITIM en la cola citoplásmica. Sin embargo, el motivo similar a ITIM parece ser no funcional, por lo que NKG2F se consideró como un receptor activador. [13]
Ligandos [ editar ]
Los receptores de la familia CD94 / NKG2 se unen a las glicoproteínas MHC no clásicas de clase I (HLA-E en humanos y moléculas de Qa-1 en el ratón). [14]
Las glicoproteínas de MHC no clásicas de clase I son estructuralmente similares a las moléculas de clase I de MHC clásicas, pero presentan principalmente péptidos derivados de los péptidos de señal de la clase I de MHC. Por lo tanto, las células NK pueden monitorear indirectamente la expresión de las moléculas de clase I de MHC clásicas a través de la interacción de CD94 / NKG2 con HLA-E (Qa-1) y HLA-E (Qa-1) también. [15]
NKG2D constituye una excepción. Además del hecho de que es un homodímero, se asocia con la molécula adaptadora DAP10 y su secuencia de aminoácidos es idéntica en solo el 28% en comparación con otros miembros de la familia de CD94 / NKG2, NKG2D se une a homólogos de MHC de clase I MICA ( MHC clase I polipéptido relacionado secuencia A ), [16] MICB y ULBP (proteína de unión a UL-16) [17] en humanos. MICA y MICB se expresan en la superficie de las células epiteliales y endoteliales . La expresión de estos ligandos NKG2D es mayor en caso de estrés celular, por ejemplo, enfermedad tumoral o inflamación . Esto activa las células NK y desencadena su citotoxicidad . [18] [19]ULBP se expresa constitutivamente en diferentes tejidos y estimula las células NK para secretar citoquinas y quimioquinas. [20]
Ratón NKG2D se une a las moléculas H-60, cinco variantes de la proteína Rae1 (transcripción del ácido retinoico 1) [21] y Mult1 (transcripción 1 similar a la ULBP del ratón). [22] H-60 y Rae1 son estructuralmente similares a las glucoproteínas MHC de clase I y su expresión aumenta en las células tumorales. Esto conduce a la activación de células NK y la producción de IFN-γ , que estimula a las células de inmunidad innata.
La vía cGAS-STING es un componente del sistema inmune innato que funciona para detectar la presencia de ADN citosólico y, en respuesta, desencadena la expresión de genes inflamatorios que pueden conducir a la senescencia [1] oa la activación de mecanismos de defensa. El ADN se encuentra normalmente en el núcleo de la célula. La localización del ADN en el citosol se asocia con tumorigénesis o infección viral . La vía cGAS - STING actúa para detectar el ADN citosólico e inducir una respuesta inmune.
Al unirse al ADN, la proteína GMP-AMP sintasa cíclica ( cGAS ) desencadena la reacción de GTP y ATP para formar GMP-AMP cíclico (cGAMP). cGAMP se une al estimulador de los genes de interferón ( STING ) que desencadena la fosforilación de IRF3 a través de TBK1 . IRF3 puede luego ir al núcleo para desencadenar la transcripción de genes inflamatorios. Esta vía desempeña un papel crítico en la mediación de la defensa inmunitaria contra los virus de ADN de doble cadena .
El sistema inmunitario innato se basa en los receptores de reconocimiento de patrones codificados en la línea germinal (PRR) para reconocer distintos patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP). Al reconocer un PAMP, los PRR generan cascadas de señales que conducen a la transcripción de genes asociados con la respuesta inmune. Debido a que todos los patógenos utilizan ácido nucleico para propagarse, el PRR puede reconocer que el ADN y el ARN activan la activación inmunitaria. En células normales, el ADN se limita al núcleoo mitocondria. La presencia de ADN en el citosol es indicativo de daño celular o infección y conduce a la activación de genes asociados con la respuesta inmune. Una forma en que se detecta el ADN citosólico es a través de la vía cGAS / STING, específicamente por la sintasa cíclica-GMP-AMP (cGAS). Tras el reconocimiento del ADN, el cGAS dimeriza y estimula la formación de GMP-AMP cíclico (cGAMP). cGAMP luego se une directamente al estimulador de los genes de interferón (STING) que desencadenan la fosforilación / activación del factor de transcripción IRF3 a través de TBK1. IRF3 puede ingresar al núcleo para promover la transcripción de genes inflamatorios, como el IFN-β .
GMP-AMP sintasa cíclica (cGAS) [ editar ]
Estructura [ editar ]
cGAS es una proteína de 522 aminoácidos y un miembro de la familia de las nucleotidiltransferasa . Los residuos N-terminal 1-212 son necesarios para unirse a dsDNA. Esta región puede contener dos dominios de unión a ADN diferentes. Los residuos C-terminales 213-522 contienen parte del motivo de la nucleotidiltransferasa (NTasa) y un dominio Mab21 y están altamente conservados en cGAS desde el pez cebra hasta los humanos. Estas regiones son necesarias para formar la bolsa catalítica para los sustratos de cGAS: GTP y ATP , y para realizar la reacción de ciclación necesaria. [2] [3] [4]
Función [ editar ]
El cGAS se encuentra en el citosol y es responsable de detectar el ADN de doble cadena citosólico, que normalmente se encuentra en el núcleo celular, para estimular la producción de IFN-β. Al unirse directamente al ADN citosólico, cGAS forma dímeros para catalizar la producción de 2'3'-cGAMP a partir de ATP y GTP. cGAMP actúa entonces como un segundo mensajero, enlazando a STING, para activar la activación del factor de transcripción IRF3. IRF3 conduce a la transcripción de IFN-β tipo 1. cGAS es incapaz de producir 2'3'-cGAMP en presencia de ARN.
Descubrimiento [ editar ]
Antes del descubrimiento de cGAS, se sabía que el interferón beta se producía en presencia de dsDNA citosólico y que las células deficientes en STING no podían producir interferon en presencia de dsDNA. A través del fraccionamiento bioquímico de extractos celulares y la espectrometría de masas cuantitativa, Sun, et al. [5]identificaron cGAS como la proteína que detecta el ADN capaz de activar el interferón beta sintetizando el segundo mensajero, 2'3'-cGAMP. Esta actividad es dependiente del ADN citosólico.
Actividad enzimática [ editar ]
cGAS cataliza la formación de cGAMP en presencia de dsDNA. cGAS se une directamente a dsDNA a través de residuos de aminoácidos cargados positivamente que interactúan con el esqueleto de fosfato de ADN cargado negativamente. Las mutaciones en los residuos cargados positivamente anulan completamente la unión al ADN y la posterior producción de interferón a través de STING. Al unirse al dsDNA, el cGAS se dimeriza y experimenta cambios conformacionales que abren una bolsa de unión de nucleótidos catalítica, lo que permite la entrada de GTP y ATP . Aquí se estabilizan a través del apilamiento de bases, enlaces de hidrógeno y cationes divalentes para catalizar la formación de enlaces fosfodiéster para producir el dinucleótido cGAMP cíclico.
GMP-AMP cíclico (cGAMP) [ editar ]
Estructura [ editar ]
El GMP-AMP cíclico (cGAMP) es un dinucleótido cíclico (CDN) y el primero que se encuentra en los metazoos. Otros CDN (c-di-GMP y c-di-AMP) se encuentran comúnmente en bacterias, arqueas y protozoos. Como su nombre indica, cGAMP es una molécula cíclica compuesta por un monofosfato de adenina (AMP) y un monofosfato de guanina (GMP) conectados por dos enlaces fosfodiéster. Sin embargo, cGAMP se diferencia de otros CDN en que contiene enlaces fosfodiéster únicos entre el 2 'OH de GMP y el 5' fosfato de AMP. [6]El otro enlace está entre el 3 'OH de AMP y el 5' fosfato de GMP. El exclusivo enlace fosfodiéster 2'-5 'puede ser ventajoso porque es menos susceptible a la degradación causada por las fosfodiesterasas 3'-5'. Otras ventajas del enlace 2'-5 'único pueden ser que cGAMP puede unirse a múltiples variantes alélicas de STING encontradas en la población humana, mientras que otros CDN, compuestos de solo enlaces 3'-5', no lo son.
Descubrimiento [ editar ]
cGAMP fue descubierto por James Chen et al [8] mediante la recopilación de extractos citoplasmáticos de células transfectadas con diferentes tipos de ADN. Los extractos celulares se ensayaron para determinar la activación de STING detectando dímeros de IRF3 activados. Usando cromatografía de purificación por afinidad , la sustancia activadora STING se purificó y se usó espectrometría de masas para identificar la sustancia como GMP-AMP cíclica (cGAMP).
Se demostró que el cGAMP sintetizado químicamente desencadena la activación de IRF3 y la producción de IFN-β. Se descubrió que el cGAMP es mucho más potente que otros di-nucleótidos cíclicos (c-di-GMP y c-di-AMP). cGAMP demostró unirse definitivamente a STING mediante el uso de cGAMP radiomarcado y reticulado a STING. Se encontró que la adición de cGAMP sin marcar, c-di-GMP o c-di-AMP compite con el cGAMP radiomarcado, lo que sugiere que los sitios de unión a CDN se superponen. Más tarde se demostró que cGAMP tiene un enlace fosfodiéster 2'-5 'único, que difiere de las CDN enlazadas 3'-5' convencionales y que este enlace puede explicar algunas de las propiedades de señalización únicas de cGAMP. [6]
Estimulador de Genes de Interferón (STING) [ editar ]
STING es una proteína residente del retículo endoplásmico y se ha demostrado que se une directamente a una variedad de di-nucleótidos cíclicos diferentes. [6]
Expresión [ editar ]
STING se expresa ampliamente en numerosos tipos de tejidos, tanto de origen inmune como no inmune. [9]STING se identificó en los fibroblastos embrionarios murinos y se requiere para la respuesta del interferón tipo 1 tanto en las células inmunes como en las no inmunes. [10]
Estructura [ editar ]
STING es una proteína de 378 aminoácidos. Su región N-terminal (residuos 1-154) contiene cuatro dominios trans-membrana. Su dominio C-terminal contiene el dominio de dimerización, el dominio de interacción dinucleótido cíclico, así como un dominio responsable de la interacción y activación de TBK1. Tras la unión de 2'-3 'cGAMP, STING experimenta un cambio conformacional significativo (aproximadamente 20 Angstrom rotación interior) que encierra cGAMP.
Función [ editar ]
Tras la unión de 2'-3 'cGAMP (y otras CDN bacterianas), STING activa TBK1 para fosforilar los factores de transcripción IRF3, que inducen la respuesta de IFN tipo 1, y STAT6 , que induce quimiocinas como CCL2 y CCL20 independientemente de IRF3. [12] También se piensa que STING activa el factor de transcripción NF-κB a través de la actividad de la quinasa IκB (IKK), aunque el mecanismo de activación de NF-κB corriente abajo de STING queda por determinar. Las vías de señalización activadas por STING se combinan para inducir una respuesta inmune innata a las células con ADN ectópico en el citosol. La pérdida de actividad STING inhibe la capacidad defibroblastos embrionarios de ratón para luchar contra la infección por ciertos virus, y más en general, se requiere para la respuesta de IFN tipo 1 al ADN citosólico introducido. [10]
Se ha sugerido que la función general de STING como una molécula adaptadora en la respuesta IFN citosólica de ADN de tipo 1 en todos los tipos de células funciona a través de células dendríticas (CD). Las CD conectan el sistema inmunitario innato con el sistema inmunitario adaptativo a través de la fagocitosis y la presentación de un antígeno extraño por parte del MHC . La respuesta de IFN de tipo 1 iniciada por las CD, quizás a través del reconocimiento de ADN fagocitado, [13] tiene un importante efecto coestimulador. Esto ha llevado recientemente a la especulación de que 2'-3 'cGAMP podría usarse como un adyuvante más eficiente y directo que el ADN para inducir respuestas inmunes.
La variación alélica [ editar ]
Se han encontrado variaciones naturales en STING humano (hSTING) en la posición de aminoácido 232 (R232 y H232). Las variantes de H232 han disminuido las respuestas de IFN de tipo 1 [14] y la mutación en esta posición para anular la alanina anula la respuesta a las CDN bacterianas. También se encontraron sustituciones que mejoraban la unión del ligando. Se demostró que las sustituciones de G230A aumentan la señalización de hSTING en la unión de c-di-GMP. Este residuo se encuentra en la tapa del bolsillo de unión, posiblemente aumentando la capacidad de unión de c-di-GMP. [15]
Importancia biológica de la ruta cGAS-STING [ editar ]
Papel en la respuesta viral [ editar ]
La vía cGAS-cGAMP-STING es capaz de generar interferón beta en respuesta al ADN citosólico. Se demostró que los virus de ADN, como el HSV-1, pueden desencadenar la producción de cGAMP y la posterior activación de interferón beta a través de STING. Los virus de ARN, como el virus VSV o Sendai , no pueden activar el interferón a través de cGAS-STING. Los ratones defectuosos con cGAS o STING son incapaces de producir interferón en respuesta a la infección por HSV-1 que eventualmente conduce a la muerte, mientras que los ratones con función normal de cGAS y STING son capaces de recuperarse.
También se demostró que los retrovirus, como el VIH-1 , activan el IFN a través de la vía cGAS / STING. En estos estudios, los inhibidores de la transcripción inversa retroviral anularon la producción de IFN, lo que sugiere que es el ADNc viral el que activa el cGAS. [dieciséis]
Papel en la vigilancia de tumores [ editar ]
La vía cGAS / STING también tiene un papel en la vigilancia de tumores. En respuesta al estrés celular, como el daño en el ADN, las células regularán los ligandos NKG2D para que puedan ser reconocidos y destruidos por Natural Killer (NK) y las células T. En muchas células tumorales, la respuesta al daño del ADN es constitutivamente activa, lo que lleva a la acumulación de ADN citoplasmático. Esto activa la ruta cGAS / STING que conduce a la activación de IRF3. Se demostró en células de linfoma que el ligando NKG2D, Rae1, estaba regulado al alza de manera dependiente de STING / IRF3. La transfección de ADN en estas células también desencadenó la expresión de Rae1 que dependía de STING. En este modelo, el factor de transcripción IRF3, a través de cGAS / STING, regula al alza los ligandos inducidos por el estrés, como Rae1, en células tumorales, para ayudar en el aclaramiento del tumor mediado por NK [17]
Papel en la enfermedad autoinmune [ editar ]
El ADN citoplásmico, debido a una infección viral, puede conducir a la activación del interferón beta para ayudar a eliminar la infección. Sin embargo, la activación crónica de STING, debido al ADN del huésped en el citosol, también puede activar la vía cGAS / STING, lo que lleva a trastornos autoinmunes. Un ejemplo de esto ocurre en el síndrome de Aicardi-Goutières (AGS). Las mutaciones en la exonucleasa de reparación 3 ', TREX1, hacen que los retroelementos endógenos se acumulen en el citosol, lo que puede conducir a la activación de cGAS / STING, lo que resulta en la producción de IFN. La producción excesiva de IFN conduce a un sistema inmunitario sobre-activo, lo que resulta en AGS y otros trastornos inmunes. En ratones, se encontró que los síntomas autoinmunes asociados con la deficiencia de TREX1 fueron aliviados por cGAS, STING o IRF3 knockout, lo que implica la importancia de la detección aberrante de ADN en los trastornos autoinmunes.[dieciséis]
Papel en la senescencia celular [ editar ]
Se ha demostrado que el agotamiento de cGAS y STING en fibroblastos embrionarios de ratón y en fibroblastos humanos primarios niega la senescencia y el establecimiento de SASP (Senescent Associated Proteed Secrec Proteins). [18] [1]
Papel terapéutico [ editar ]
Se ha demostrado que el ADN es un potente adyuvante para estimular la respuesta inmune a los antígenos codificados por las vacunas. cGAMP, a través de la activación IRF3 de STING, estimula la transcripción de interferón. Esto hace que cGAMP sea un posible adyuvante de la vacuna capaz de estimular las respuestas inflamatorias. [6] Los estudios han demostrado que las vacunas codificadas con el antígeno de pollo, ovoalbúmina(OVA), junto con cGAMP, fueron capaces de activar las células T y B específicas de antígeno de una manera dependiente de STING in vivo. Cuando se estimuló con el péptido OVA, se demostró que las células T de ratones vacunados con OVA + cGAMP tenían IFN-g e IL-2 elevados en comparación con los animales que solo recibieron OVA. [19] Además, la estabilidad mejorada de cGAMP, debido al exclusivo enlace fosfodiéster 2'-5 ', puede convertirlo en un adyuvante preferido para el ADN para aplicaciones in vivo.
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