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Quimiocinas

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Quimiocinas

  1. 1. Revisión Inmunología Vol. 25 / Núm 1/ Enero-Marzo 2006: 39-49 Modulación del tráfico leucocitario: Papel de las quimiocinas y de los opioides O.M. Pello, J.M. Rodríguez-Frade, L. Martínez-Muñoz, M. Mellado Departamento de Inmunología y Oncología, Centro Nacional de Biotecnología (CSIC), UAM Campus de Cantoblanco, Madrid, España. . MODULATION OF LEUKOCYTE TRAFFICKING: ROLE OF CHEMOKINES AND OPIOIDS Recibido: 13 de Marzo 2006 Aceptado: 22 de Marzo 2006RESUMEN ABSTRACT El correcto movimiento y posicionamiento celular son ele- Correct cell movement and positioning are central elementsmentos claves en el desarrollo, determinantes tanto en situacio- in development, and influence both normal physiology and dise-nes fisiológicas como patológicas. Probablemente sea en el siste- ase states. Cell movement has probably been studied most exten-ma inmunológico donde más extensamente se han estudiado los sively in the immune system, where many aspects of the immu-procesos de migración celular, ya que muchos aspectos de la res- ne response are closely related to coordination of leukocyte traf-puesta inmune están directamente relacionados con la regulación ficking. Leukocyte migration is thus a highly regulated processdel tráfico leucocitario. La migración de leucocitos es un proceso that implicates many molecules and receptors. In this reviewaltamente coordinado en el que participan muchas moléculas y we focus our attention on chemokines, classical chemoattrac-sus correspondientes receptores. En esta revisión, nos centramos tant molecules and on opioids, molecules that usually act on theprincipalmente en las quimiocinas, moléculas con capacidad qui- nervous system but that also affect immune cells and modulatemioatrayente, y en los opioides, ya que, aunque normalmente su their movement. The final immune response is a very dynamicactividad se ha considerado restringida al sistema nervioso, tam- process that depends on the amount of a variety of different appa-bién afectan a las células inmunes y modulan su movilidad. La rently unrelated molecules and on the presence at the cell mem-respuesta inmune es un proceso muy dinámico que depende de brane of their corresponding receptors.la concentración de una gran variedad de moléculas que aparen-temente pueden no tener ninguna relación así como de la pre- KEY WORDS: Chemokines/ Opioids/ Inflammation/ Cell migra-sencia de los receptores para esas moléculas en la membrana celu- tion.lar.PALABRAS CLAVE: Quimiocinas/ Opioides/ Inflamación/Migración celular. 39
  2. 2. MODULACIÓN DEL TRÁFICO LEUCOCITARIO: PAPEL DE LAS QUIMIOCINAS Y DE LOS OPIOIDES VOL. 25 NUM. 1/ 2006INTRODUCTION interaccionar con sus receptores en los leucocitos y posibilitan En un organismo, procesos como la morfogénesis la activación de las integrinas. Las integrinas son heterodímerosembrionaria, la reparación de heridas, la regeneración tisular formados por dos cadenas diferentes, α y β, que tienen uno la propia respuesta inmune entre otras, dependen del largo extremo extracelular por donde se unen al ligando ymovimiento organizado de las células. El proceso de migración una región corta citoplasmática. Las integrinas son activadascelular es de hecho un proceso altamente coordinado en el tras la unión de su ligando, y ello promueve un cambioque participan multitud de moléculas. conformacional del heterodímero, iniciándose así la En el caso del sistema inmunológico, la migración de correspondiente señalización intracelular que incluyecélulas es importante no sólo en los procesos de extravasación activación de tirosinas cinasas y reorganización delque se producen durante la respuesta inflamatoria, sino citoesqueleto de actina(5,6).que también representa un punto clave en la homeostasis En este momento de firme adhesión, la combinación dedel propio sistema. La migración de leucocitos desde el la señalización activada por las integrinas junto con latorrente circulatorio hasta un tejido determinado es un presencia de quimiocinas inmovilizadas sobre la superficieproceso muy regulado en el que participan de forma endotelial, induce cambios en la morfología de los leucocitos(7-orquestada muchas proteínas: selectinas, integrinas, moléculas 10). Los microvilli propios de los leucocitos desaparecen dede adhesión, quimiocinas, citoquinas, metaloproteasas, la superficie de contacto con el endotelio, proceso en el queetc.(1). Incluso se ha demostrado recientemente que moléculas participan la proteína G de bajo peso molecular Rac-1 y lacomo los opioides, cuyo ámbito de actuación parecía fosfatasa DOCK2(11). Los filamentos de F-actina, pasan derestringido al sistema nervioso, también actúan sobre las un patrón radial simétrico a concentrarse en la zona que vacélulas del sistema inmunológico y de hecho, interfieren a constituir el frente de avance de la célula, denominadocon los procesos de migración celular(2). «leading edge»(12,13). En el frente de avance se concentran especialmente receptores de factores quimioatrayentes, loEL PROCESO DE MIGRACIÓN LEUCOCITARIA que asigna a esta estructura celular un papel en la detección En el proceso de extravasación se suceden ordenadamente de gradientes quimiotácticos(7,14,15). El otro extremo de launa serie de pasos secuenciales: En primer lugar se producen célula, urópodo(16), consiste en una proyección en forma deinteracciones lábiles entre el leucocito y el endotelio vascular pseudópodo y representa una estructura especializada conque permiten a aquellos disminuir su velocidad y facilita gran movilidad y funciones adhesivas. Los cambiosque puedan establecerse contactos más estables (3). morfológicos conllevan también una redistribución dePosteriormente, el leucocito comienza a rodar por la superficie moléculas señalizadoras: proteínas G de bajo peso moleculardel endotelio, proceso denominado «rolling». Las moléculas como cdc42 y Rac-1, cinasas como AKT y PAK1 o el fosfatidilde adhesión que juegan un papel más importante en este inositol trifosfato (PIP3) se localizan en el frente de avancemomento son las selectinas. Estas moléculas están formadas mientras que, por ejemplo RhoA y PTEN se redistribuyenpor una única cadena polipeptídica con una región al urópodo(17,18). La polarización celular alcanza también atransmembrana, un segmento intracelular corto y una región algunas estructuras celulares como es el caso de lasextracelular de longitud variable por donde interaccionan mitocondrias, que se relocalizan hacia el urópodo en uncon los ligandos. Las células endoteliales expresan selectinas proceso que puede estar relacionado con la produccióntipo –E y tipo –P y los leucocitos selectinas-L(4). Para que se de ATP necesaria mantener la polarización celular(19).produzcan los fenómenos de adhesión, las células endoteliales La idea general es que la extravasación de la célula sevan a expresar ligandos para las selectinas presentes en los realiza finalmente siguiendo un gradiente quimioatrayenteleucocitos. Recíprocamente, los leucocitos expresan en su generado por las quimiocinas. El gradiente quimioatrayentemembrana los ligandos correspondientes para las E-selectinas y la participación de proteasas hace que los leucocitosy las P-selectinas. atraviesen el endotelio y se dirijan al sitio de inflamación o A continuación tiene lugar la adhesión firme de los al lugar que deben ocupar en el órgano linfoide. Recientemente,leucocitos a la superficie del endotelio, proceso marcado algunos autores han sugerido que la transmigración puedepor la interacción entre moléculas de adhesión y sus receptores ocurrir incluso en ausencia de gradiente quimioatrayente.denominados integrinas. En esta fase también juegan un En experimentos realizados in vitro se observa que célulaspapel importante las quimiocinas, proteínas proinflamatorias en ausencia de flujo se mueven sobre el endotelio ignorandoque son liberadas al torrente circulatorio y una vez en la el gradiente quimioatrayente, sin embargo, la sola presencialuz del vaso son retenidas por glicosaminoglicanos en la de flujo hace que las células atraviesen entre las unionessuperficie endotelial, de este modo son accesibles para del endotelio, aún en ausencia de quimiocinas(20).40
  3. 3. INMUNOLOGÍA O.M. PELLO ET AL.REGULACIÓN DE LA RESPUESTA INMUNE: En la actualidad se ha adoptado una nueva nomenclatura,LAS QUIMIOCINAS que sirve tanto para nombrar los ligandos como sus receptores, Las quimiocinas son una familia de proteínas de bajo y que está basado en su organización estructural CC, CXC,peso molecular (8-14 KDa) con un alto grado de homología, C o CX3C, seguido por una «L» (de ligando) y un númeroque originalmente fueron identificadas por su capacidad que corresponde a la posición que ocupa el gen que codificaquimoatrayente y proinflamatoria, actuando sobre distintas a cada proteína dentro del cromosoma(27) o por una «R» depoblaciones leucocitarias(21,22). Estructuralmente, las quimiocinas receptor seguido de un número, de manera que encontramosson proteínas muy relacionadas entre sí. Presentan 4 residuos once receptores para la familia de quimiocinas CC (CCR1-de cisteína altamente conservados y en función de la disposición 11), siete en la familia CXC (CXCR1-7) y un único receptorde dos de ellos, los más cercanos al extremo amino terminal, en las familias C (XCR1) y CX3C (CX3CR1). Esta nomenclaturase puede establecer una primera clasificación en cuatro es la que a partir de ahora utilizaremos (Fig. 1).familias. Así, clásicamente se definen las quimiocinas CC oβ-quimiocinas, donde los dos residuos de cisteína estánadyacentes. Las quimiocinas CXC o α-quimiocinas que UNIÓN QUIMIOCINA-RECEPTOR Y SEÑALIZACIÓNpresentan un residuo aminoacídico entre las dos primeras INTRACELULARcisteínas. Las CX3C que poseen tres aminoácidos entre las Las quimiocinas ejercen su función uniéndose a receptoresdos cisteínas iniciales y las que se incluyen en la familia C específicos que se expresan en la membrana de las célulasque sólo presentan una cisteína en el extremo N-terminal. sobre la que van a ejercer su función. Estos receptoresEsta primera clasificación coincide con la localización pertenecen a la familia de receptores de siete dominioscromosómica de los genes que las codifican: Las quimiocinas transmembrana acoplados a proteínas G, GPCRs (del inglésCC, son codificadas por genes presentes en los cromososmas «G Protein-Coupled Receptor»), y están formados por una17q11 y 12, e incluyen entre otras, MCPs con capacidad única cadena polipeptídica de unos 350 aminoácidos. Alquimoatrayente de monocitos, MIPs y RANTES, que son atravesar siete veces la membrana plasmática, tanto elproteínas inflamatorias que actúan sobre macrófagos y un extremo amino terminal como tres de los bucles que unengrupo de quimiocinas con actividades relacionadas con los dominios transmembrana quedan expuestos hacia elprocesos homeostáticos en lugar de inflamatorios como son exterior de la célula, participando en la unión del ligando,TARC, I-309, 6Ckine o TECK. Los genes que codifican para mientras que el extremo carboxi terminal y otros tres buclesquimiocinas CXC se localizan en el cromosoma 4q13, y actúan se orientan hacia el interior de la célula y participansobre neutrófilos, monocitos y células T. Los de la familia principalmente en la transmisión de la señal intracelular.C se encuentran en el cromosoma 1q y los de la familia CX3C Los receptores de quimiocinas presentan comoen el cromosoma 1.6. El único miembro de esta familia, característica importante la presencia de la secuenciaCXC3L1 o fractalquina actúa sobre células NK y es destacable DRYLAIV en el segundo bucle intracelular, que es críticaque puede aparecer en forma soluble o anclada a la membrana para su función(28). En el caso del receptor CCR2, la mutacióncelular mediante un dominio rico en mucinas(22-24). de la tirosina del domino DRY por una fenilalanina resulta En la actualidad se prefiere una clasificación más funcional, en un receptor no funcional(29).basada en el tipo de proceso en el que participan, hecho En general existe un alto grado de promiscuidad en laque además está relacionado con que su expresión sea unión de las quimiocinas a su receptor, de modo que unconstitutiva o inducible. Al primer grupo, pertenecen las mismo receptor se puede unir a diferentes quimiocinas conquimiocinas que juegan un papel relacionado con la propia similar afinidad y un mismo ligando puede unirse a diferentesorganización estructural del sistema inmune, es decir, receptores. Sin embargo, también hay parejas específicascon los procesos de homeostasis; entre ellas están SDF-1α, de quimiocina-receptor como es el caso CXCL13-CXCR5.TECK o SLC, que son expresadas constitutivamente en En este sentido, la reciente descripción de CXCR7 comotejidos específicos. En el segundo grupo se incluyen aquellas receptor que une CXCL12 y CXCL18(30) ha hecho replantearsequimiocinas relacionadas con procesos inflamatorios, cuya el concepto de especificidad para la pareja CXCL12-CXCR4liberación es inducida por diferentes estímulos como por considerado hasta el momento como el caso más representativoejemplo citocinas, opioides o las propias quimiocinas entre de fidelidad ligando-receptor en esta familia de proteínas.otros y que están implicadas en la infiltración de distintos Las quimiocinas también se unen a otros receptorestipos celulares como macrófagos, linfocitos, neutrófilos, etc. «silenciosos» que a pesar de ser estructuralmente similaresque ocurre durante la inflamación. En este grupo se incluyen a los GPCRs, no se acoplan a ninguna proteína G. Aunquepor ejemplo IL-8, IP-10, MIG, MCPs, MIPs o RANTES(25,26). se sabe que estos receptores se internalizan, no se ha descrito 41
  4. 4. MODULACIÓN DEL TRÁFICO LEUCOCITARIO: PAPEL DE LAS QUIMIOCINAS Y DE LOS OPIOIDES VOL. 25 NUM. 1/ 2006 Células B Dendriticas CCR6 CCL20 CCR1 CCL3,5 CCR5 CCL3-5 CXCR4 CXCL12 Inmaduras CCR6 CCL20 CXCR5 CXCL15 CCR9 CCL25 CXCR7 CXCL11,12 CXCR4 CXCL12 CXCR7 CXCL11,12 Células NK Maduras CCR7 CCL19,21 CCR1 CCL3,5 CCR9 CCL25 CCR2 CCL2,7,13 CCR4 CCL17,22 CXCR4 CXCL12 CCR5 CCL3-5 CCR7 CCL19,21 Células T CD4+ CCR8 CCL1 Naive CCR7 CCL19,21 CXCR1 CXCL8 CXCR2 CXCL1-3, 5-8 TH1 CCR2 CXCR3 CCL2,7,13 CXCL9-11 CCR5 CCL3-5 CXCR4 CXCL12 CXCR3 CXCL9-11 XCR1 XCL2 CCR2 CCL2,7,13 Monicitos TH2 CCR3 CCL5,7,8,11,13,24,26 CCR4 CCL24 CCR1 CCL3,5 CCR8 CCL1 CCR2 CCL2 CCR5 CCL3-5 Células T CD8+ CXCR4 CXCL12 CXCR7 CXCL11,12 Naive CCR7 CCL19,21 CX3CR1 CX3CL1 CTL CXCR3 CXCL9,11Figure 1. Clasificación de los receptores de quimiocinas y sus ligandos. Se muestran los receptores de quimiocinas, sus ligandos en su nomenclatura moderna ylos tipos celulares donde se expresan dichos receptores.ninguna vía de señalización que sea activada tras su unión su forma funcional es la oligomérica. No existe una reglaal ligando. En este grupo encontramos a los receptores fija de como estos receptores dimerizan y, de hecho, losDARC(31), que une quimiocinas tanto de la familia CC como dominios implicados en la dimerización parecen diferirde la CXC(32), CCX-CKR(33) y D6, que une quimiocinas CC(34,35). según la familia de GPCR a la que pertenezca el receptor yAunque todavía existe controversia sobre el papel de estos así encontramos receptores que usan, entre otros, sus dominiosreceptores, se postula que ejercen un control sobre la cantidad extracelulares, como es el casos de algunos canales de calcio,de quimiocinas presentes en un lugar determinado, lo que otros que emplean regiones de los dominios transmembrana,vendría a traducirse en una optimización de la respuesta como es el caso del receptor β-adrenérgico(39) o inclusopro- o anti-inflamatoria(36). Así, los ratones deficientes para algunos que, entre otras zonas, utilizan dominios en elD6 desarrollan psoriasis tras tratamiento con PTA ya que extremo carboxi- terminal, como es el caso del receptor parano pueden regular la reacción inflamatoria(37). Este mismo el ácido γ-aminobutírico (GABA) (40). Los receptores dereceptor D6 es expresado por fibroblastos fetales en la quimiocinas no son una excepción y de hecho, hay numerosasplacenta, donde juega un importante papel como barrera evidencias que demuestran la existencia no sólo deprotectora de quimioqinas proinflamatorias(38). homodímeros sino también de heterodímeros. En el caso Aunque clásicamente los GPCRs han sido descritos como del CCR5 se ha demostrado que residuos presentes en lasmonómeros, cada vez hay más datos que hacen pensar que regiones transmembrana 1 y 4 constituyen el motivo de42
  5. 5. INMUNOLOGÍA O.M. PELLO ET AL.dimerización(41). La interacción «receptor-receptor» tiene es también activada por las citocinas, moléculas que compartenuna clara relevancia fisiológica. Así en algunos casos el escenario en una multitud de situaciones fisiopatológicasoligómero formado presenta cambios en la afinidad por sus con las quimiocinas. Mientras que en el caso de las citocinasligandos, otras veces se modifica la cinética de los receptores existe una especificad clara entre la citocina y el miembroen la superficie celular alterando su tráfico intracelular y su de JAK o STAT que resulta activado, hoy todavía no sabemosinternalización(42), e incluso a veces, como ocurre en el caso si ocurre igual en el caso de las quimiocinas. Sin embargo,de los receptores de quimiocinas, pueden activarse rutas de como ocurre en el caso de las citocinas, un estímulo continuadoseñalización diferentes dependiendo de la conformación de con una quimiocina provoca la expresión de miembros dereceptores estabilizada (43). Por todos estos motivos, la la familia SOCS (del inglés «supressors of cytokine signaling»)dimerización/oligomerización debe ser considerada un que por unión al receptor foforilado en el caso de SOCS3 opunto de control importante en la regulación de la respuesta a las JAKs si es SOCS1, bloquean su señalización. Esta escelular inducida por estas moléculas y en este sentido, una prueba evidente de la interferencia existente entre estaspéptidos correspondientes al motivo de dimerización de dos familias de proteínas. Así se ha comprobado que laCCR5 bloquean su función in vitro e in vivo(41). expresión de SOCS3 mediada por un estímulo continuado Como ocurre con otros GPCRs(44-47) la unión de la quimiocina con hormona de crecimiento provoca la no funcionalidada su receptor estabiliza la conformación dimérica del receptor del receptor de quimiocinas y viceversa(61,62).y posibilita la activación de la vía JAK/STAT(48-50). La unión Estamos por tanto ante un nuevo mecanismo de regulacióndel ligando provoca cambios conformacionales en la estructura de la función de citocinas y quimiocinas que demuestra lade los dominos transmembrana, que son transmitidos a los complejidad y el fino control al que el sistema inmunológicointracelulares, lo que permite la unión de las Janus quinasas, está sometido.su activación por transfosforilación y la fosforilación delpropio receptor. Esto hace que se exponga el motivo presenteen el segundo y tercer bucle intracelular implicado en la REGULACIÓN DE LA RESPUESTA INMUNE:unión y activación de proteína G(51,52). El intercambio de GDP LOS OPIOIDESpor GTP que se produce en la subunidad α de la proteína G Durante un proceso inflamatorio, además de las proteínasla hace entonces disociarse de las subunidades βγ(53). El hecho referidas, existen otras muchas moléculas cuyas funcionesde que muchas de las respuestas debidas a quimiocinas en originalmente se han relacionado con otros procesos fisiológicos.el sistema inmune sean inhibidas con toxina de pertussis Entre ellas se encuentran los opioides y sus receptores,(PTX), indica que la proteína G implicada es una proteína componentes del sistema nociceptivo encargado de inducirGi(28,54,55). Sin embargo, también se ha descrito la implicación analgesia y por lo tanto de modular el dolor, aunque tambiénde otras proteínas G asociadas a diferentes conformaciones participan en otros procesos biológicos como miosis,del receptor, por ejemplo, el heterodímero CCR2-CCR5 activa bradicardia, sedación general, hambre, hipotermia,una proteína Gq/11(50) o a distintos modelos celulares, la insensibilidad y disminución de reflejos(63). Los principalesinvasión de células de melanoma en respuesta a SDF-1α grupos de opioides endógenos son: las endomorfinas,depende de G13(56). Tanto la subunidad α como el dímero encefalinas y dinorfinas, péptidos que resultan delβγ activan un gran número de moléculas señalizadoras entre procesamiento de tres precursores más largos: pro-endomorfinalas que se incluyen Adenil Ciclasa, la cinasa de fosfoinositidos (64), pro-enkefalina A(65) y pro-dinorfinas(66).(PI3K), la fosfolipasa Cβ (PLCβ), las proteínas G de bajo peso Los receptores de opioides fueron descritos por primeramolecular, Rac1, RhoA y Cdc42 que conectan directamente vez en el cerebro de mamíferos(67-69). Al igual que los receptoreslos receptores con el esqueleto de actina promoviendo cambios de quimiocinas, pertenecen también a la familia de losen su organización, tirosinas cinasa como c-Src, RGS, cinasas GPCRs. Existen tres tipos principales: MOR (del inglés «μ-de la familia ERK/MAPK o fosfodiesterasas(51,57-59). Dependiente opioid receptor»), DOR (δ-opioid receptor) y KOR (κ-opioidde las proteínas G es también la activación de serin-treonin receptor)(70) y uno estructuralmente relacionado, denominadocinasas de la familia GRK, que fosforilan la región C-terminal receptor de nocipeptina o NOR(71).de estos receptores y crean sitios de unión para arrestinas. Hoy se sabe que las células del sistema inmune tambiénLa unión de β-arrestina al CCR2 provoca la internalización expresan receptores de opioides. Existen evidenciasde este receptor en vesículas de clatrina, en un proceso en funcionales y moleculares de que son expresados porel que también participa la GTPasa dinamina(60). neutrófilos, macrófagos, monocitos, linfocitos y células Especial relevancia tiene la activación de las Janus cinasas dendríticas(72). Pero además, estas células también producenpor parte de las quimiocinas por cuanto la ruta JAK / STAT sus propios ligandos(73). El dolor agudo y el crónico, están 43
  6. 6. MODULACIÓN DEL TRÁFICO LEUCOCITARIO: PAPEL DE LAS QUIMIOCINAS Y DE LOS OPIOIDES VOL. 25 NUM. 1/ 2006 capaz de disminuir la expresión de quimiocinas pro- inflamatorias a la vez que induce un aumento en la expresión del receptor CCR5, uno de los principales co-receptores para la entrada del virus HIV-1, lo que explicaría la mayor severidad del SIDA en los casos de drogodependientes donde la efectividad de la respuesta inmune está, además, disminuida, favoreciendo la infección y propagación del virus(78). Hoy sabemos que los opioides también modulan la quimotaxis de algunos tipos celulares como ocurre con los monocitos, donde promueven adhesión a fibronectina tanto in vitro como in vivo(79) (Fig. 2). UNIÓN OPIOIDE-RECEPTOR Y SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR Aunque tradicionalmente se ha visto que los receptores de opioides señalizan vía proteína Gi, también pueden reclutar otras proteínas G insensibles al tratamiento con PTx como es el caso de Gz(80), la humana G16 y su homóloga murina G15(81). En el caso de la Gi, esta activación conduce a inhibición de Adenilato Ciclasa y a activación de cinasas como PLC, PKC, PI3K y MAPK(82). Así mismo, se inhiben canales de Ca2+ celulares, a la vez que se estimulan los canales de K + por lo que en suma generan una hiperpolarización de la membrana plasmática. En monocitos, DPDPE también activa la proteína Gi como paso previo a la cascada señalizadora que termina en la adhesión celular, pero en condiciones donde la Gi está inhibida, por ejemplo tras el tratamiento con PTx, la proteína Gz se asocia al receptor y posibilita también la activación de la misma ruta (79). El receptor NOR puede interaccionarFigure 2. La estimulación del receptor δ-opiáceo (DOR) promueve la adhesión funcionalmente con las proteínas G insensibles a PTx: Gz,de monocitos. Mediante técnicas de adhesión estática y adhesión en flujo, se G12, G14 y G16(83).puede ver como al estimular los monocitos con opioides, estos se adhieren con La activación de DOR en monocitos promueve lafuerza a la fibronectina. La figura muestra un panel sin estimular (izquierda) disociación de la subunidad βγ de la proteína G, que esy otro en el que los monocitos se han estimulado 5 min con un compuestosintético, DPDPE, agonista específico del DOR (Derecha). responsable de la activación de la PI3Kγ y por lo tanto de provocar el aumento en membrana de los niveles de PIP3. La presencia de PI3P facilita el reclutamiento de mediadoresfrecuentemente relacionados con procesos inflamatorios como Vav-1, que actúa promoviendo el intercambio de GDPque se originan como consecuencia de la destrucción de por GTP en Rac-1 y por lo tanto facilitando la activación detejido o de una reactividad autoinmune. Está comprobado esa proteína G de bajo peso molecular. La unión del ligandoque los opioides se pueden acumular en órganos linfoides a DOR también provoca la activación de Src cinasas quecomo bazo y timo, y que además alcanzan una alta fosforilan a Vav-1. La activación final de Rac-1 permite laconcentración en los puntos de inflamación(73,74). Los opioides, conexión con el citoesqueleto de actina y el desarrollo deactuando sobre sus receptores presentes en los leucocitos un fenotipo adhesivo (79) (Fig. 3).son capaces de participar en la regulación de la respuesta Los receptores de opioides también oligomerizan yinmune, así modulan la producción de ciertas citocinas, la pueden encontrarse referencias bibliográficas de las formasproducción de anticuerpos y también participan en la monoméricas, diméricas u oligoméricas para MOR(84), DOR(84-regulación de la actividad fagocítica de macrófagos y 86) y KOR(85). Respecto a la dinámica que rige la oligomerizaciónneutrófilos(75-77). La morfina, por unión al receptor MOR es de estos receptores, se ha observado para el DOR mediante44
  7. 7. INMUNOLOGÍA O.M. PELLO ET AL. INTERACCIONES ENTRE QUIMIOCINAS Y OPIOIDES EN EL SISTEMA INMUNE: PAPEL EN LA REGULACIÓN DE LA RESPUESTA INMUNE Además de la adhesión promovida por opioides en Adenilato ciclasa algunas células del sistema inmunológico, se ha descrito α también que la morfina altera las interacciones entre leucocitos y células endoteliales en un proceso dependiente Gi β γ Gz de la producción de óxido nítrico (92). De hecho, el óxido nítrico reduce la adhesión de los leucocitos al endotelio Src PI3Lγ disminuyendo la expresión de moléculas de adhesión en el endotelio(93). Los mecanismos de adhesión no sólo afectan Vav-1 a la respuesta inmune, sino que también pueden afectar a la modulación del dolor. Así, la interrupción del rolling Rac-1 por bloqueo de selectinas atenúa la analgesia promovida por opioides(94) y el bloqueo de ICAM-1 sobre el endotelio Citoesqueleto de actina vascular induce una clara disminución de leucocitos «portadores» de opioides al lugar de inflamación(95). También Integrinas α5β1 se han descrito fenómenos de desensibilización cruzada entre receptores de quimiocinas y receptores de opioides(2,91,96,97). En estos casos, lo que ocurre es que la presencia de uno de los dos tipos de ligandos, quimiocinas u opioides, promueveFigure 3. Ruta de señalización tras la activación del DOR en monocitos y que la activación de su receptor y en consecuencia la activaciónlleva a un incremento en la adhesión a fibronectina. Tras ser activado con el de serin-treonin cinasas que fosforilando al receptor provocancorrespondiente ligando, el DOR recluta la proteína Gi o Gz si el experimento su inactivación, proceso que también alcanza al otro receptor.se hace en presencia de PTx, y la subunidad βγ de cualquiera de ellas desencadena En el efecto participan además cinasas como PKA y las PKCuna ruta de señalización intracelular en la que están implicadas, entre otras,PI3Kγ, Src, Vav-1, Rac-1 y finalmente proteínas del citoesqueleto celular que dependientes de Ca2+, aunque también se ha descrito lason capaces de promover un cambio conformacional de las integrinas α5β1 y participación de PKC que actúan de manera independienteconferir a la célula un fenotipo adherente sobre fibronectina. de ese catión(96). El pretratamiento con opioides no provoca la desensibilización de todos los receptores de quimiocinas por igual, y así la estimulación de monocitos y neutrófilostécnicas de BRET y de FRET, igual que ocurre para los con ligandos del MOR y del DOR inhiben la posteriorreceptores de quimiocinas, que los complejos ya existen en respuesta a quimiocinas como CXCL8, CCL2, CCL3 o CCL5la célula en ausencia de ligando(87). pero no afectan a CXCL12, o CCL4(97). La inactivación del También se han descrito complejos heterodiméricos, es receptor puede ir acompañada de modificaciones en ladecir, formados por dos receptores distintos y así el primero internalización del receptor o incluso afectar a la unióndescrito fue el complejo DOR-KOR, resultado de una de ligando. En neutrófilos tratados con ligandos del DOR,exposición simultanea a los ligandos selectivos de dichos se ha descrito la desensibilización de los receptores dereceptores(85), al que siguió el heterodímero DOR-MOR(88). quimiocinas CXCR1 y CXCR2 de manera que no sonEstos heterodímeros, comparados con los correspondientes funcionales cuando encuentran su correspondiente ligando,homodímeros, presentan disminuida su afinidad por los CXCL8, aunque ni la unión del ligando ni su cinética deagonistas y antagonistas selectivos y aumentada su afinidad internalización se ve alterada(2).por los agonistas y antagonistas no selectivos(85). Además, Un segundo punto de regulación cruzada de lasel heterodímero DOR-KOR presenta una inhibición sinérgica respuestas, es la propia formación de complejosde la actividad adenil ciclasa y un marcado aumento en la heterodiméricos entre receptores de quimiocinas y defosforilación de las MAP Kinasas(85). opioides(90,91). Aunque en este sentido, gran parte de los Sin embargo, también se producen heterodímeros de trabajos publicados hasta el momento se han centrado enreceptores de opioides con otros GPCRs como los que forman el estudio del receptor de quimiocinas CCR5, debido a queDOR y KOR con el receptor β2-adrenérgico(87,89), o los formados junto con el CXCR4 es uno de los principales correceptorespor DOR, KOR y MOR y algunos receptores de quimoquinas para el HIV, todavía no se conoce si esos heterodímeroscomo CCR5(90,91). convenientemente estabilizados son capaces de activar 45
  8. 8. MODULACIÓN DEL TRÁFICO LEUCOCITARIO: PAPEL DE LAS QUIMIOCINAS Y DE LOS OPIOIDES VOL. 25 NUM. 1/ 2006 pero también otras moléculas que en situaciones concretas pueden compartir escenario con las anteriores. Por ejemplo, en un proceso inflamatorio se secretan también opioides, que cumplen una función de estímulo de analgesia a través del sistema nociceptivo, pero a la vez tienen un efecto directo sobre las células del sistema inmune y modifican las respuestas de otras moléculas en el microambiente celular o de sus receptores. Así, por ejemplo, las citocinas modulan los niveles de otras citocinas o de las propias quimiocinas y sus receptores. Curiosamente, también los opioides pueden actuar a estos niveles y de esa manera afectar a la respuesta final. Sin embargo, también hay interacciones más directas y en ese contexto la existencia de homo- y heterodímeros de receptores ha puesto de manifiesto nuevos puntos de control en los sistemas, al abrirse la posibilidad de que un mismo receptor se comporte de manera diferente dependiendo de la conformación que adopte en la membrana celular. Otro punto de control ocurre como consecuencia de que algunas de esas moléculas activan vías de señalización similares y puedan presentar fenómenos de «cross-talk». Así, fenómenos como la desensibilización cruzada entre receptores de opioides y quimiocinas o activación de la ruta JAK/STAT y expresión de SOCS por citocinas y quimiocinas tienen una gran importancia a la hora de modular las repuestas individuales que originan todos estos mediadores. Otro punto a considerar es el dinamismo de todos estos procesos. La respuesta final va a depender en gran medida de los niveles de cada molécula en un momento determinado,Figure 4. Análisis por FRET de la dimerización entre CXCR4 y DOR. CélulasHEK293 fueron co-transfectadas de manera transitoria con proteína fluorescente pero también de qué receptores exprese una determinadaCyan fusionada al C-terminal de CXCR4 (CFP-CXCR4) y con proteína célula en ese momento. Esta complejidad de acción posibilitafluorescente Yellow fusionada al C-terminal del hDOR (YFP-COR) en una un control muy fino y la integración de todos los sistemasrelación 1:2. Los paneles superiores muestran la expresión de ambas proteínas responsables de la respuesta final.antes del «photobleaching». Los paneles intermedios muestran la expresión delas proteínas individuales después del «photobleaching» de la YFP. Los panelesinferiores muestran en una escala de falsos colores la emisión de la CFP antesy después del «photobleaching» demostrando que la proteína YFP está AGRADECIMIENTOSsuficientemente cerca de la CFP como para robar parte de la energía que emite «Grupo de Quimiocinas y Señalización», Departamentoy ello es prueba de que la distancia entre los receptores es inferior a 12Å y porlo tanto están formando dímeros. de Inmunología y Oncología (DIO) del Centro Nacional de Biotecnología (CNB). OMP disfruta de una beca predoctoral de la «Fundación Ramón Areces». El DIO está financiadorutas de señalización específicas o por el contrario son por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)complejos silenciosos (Fig. 4). y por Pfizer.CONCLUSIONES GENERALES CORRESPONDENCIA: El movimiento celular resulta un paso crítico en multitud Dr. Mario Mellado Departamento de Inmunología y Oncologíade procesos fisiopatológicos y es de especial relevancia en el Centro Nacional de Biotecnologíasistema inmunológico. Como tal, es consecuencia de la integración Campus Universitario de Cantoblancode múltiples estímulos que recibe la célula en un momento y E-28049 Madrid Españalugar determinado. Estímulos que incluyen proteínas clásicamente Phone: (+34) 91/585-4852. Fax: (+34) 91/372-0493relacionadas como selectinas, integrinas, citocinas y quimiocinas, E-mail: mmellado@cnb.uam.es46
  9. 9. INMUNOLOGÍA O.M. PELLO ET AL.BIBLIOGRAFÍA 19. Viola A. Orchestration of leukocyte chemotaxis by mitochondrial1. Springer, TA. Traffic signals for lymphocyte recirculation and dynamics. Chemokines and chemokines receptor (Keystone leukocyte emigration: the multistep paradigm. Cell 1994;76:301- Meeting) 2006. 314. 20. Woolf E, Feigelson S, Shulman Z, Grabovsky V, Erez N, Alon R.2. Grimm MC, Ben-Baruch A, Taub DD, Howard OM, Wang JM, Immobilized and soluble chemokine signals prime distinct Oppenheim JJ. Opiate inhibition of chemokine-induced chemotaxis. LFA-1 assemblies underlying lymphocyte adhesion to endothelial Ann N Y Acad Sci 1998;840:9-20. and dendritic cells. Chemokines and chemokines receptors (Keystone3. Proudfoot AE, Handel TM. Glycosaminoglycan binding and Meeting) 2006 oligomerization are essential for the in vivo activity of certain 21. Baggiolini M, Dewal B, Moser B. Human chemokines: an update. chemokines. Proc Natl Acad Sci USA 2003;100:1885-1890. 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