Los receptores pareados son pares o grupos de proteínas receptoras que se unen a ligandos extracelulares pero tienen efectos de señalización inhibidores y activadores opuestos . [2] [3] [4] Tradicionalmente, los receptores pareados se definen como pares homólogos con dominios extracelulares similares y regiones citoplasmáticas diferentes , cuyos genes se encuentran juntos en el genoma como parte del mismo grupo de genes y que evolucionaron a través de la duplicación genética . [3] [5] Los receptores pareados homólogos a menudo, pero no siempre, tienen un ligando compartido en común. [5] [6] De manera más amplia, se han identificado pares de receptores que exhiben un comportamiento funcional pareado (respondiendo a un ligando compartido con señales intracelulares opuestas) pero que no son estrechamente homólogos ni están ubicados en el mismo lugar en el genoma. [4] Los receptores pareados se expresan en gran medida en las células del sistema inmunológico , especialmente las células asesinas naturales (NK) y las células mieloides , y están involucradas en la regulación inmunológica. [5] [7]
Estructura
Los receptores pareados son proteínas de membrana con dominios extracelulares que interactúan con ligandos extracelulares. La región extracelular puede contener múltiples dominios proteicos repetidos y pueden ser miembros de las familias de inmunoglobulinas o lectinas de tipo C. [5] Los dominios extracelulares de los receptores pareados homólogos suelen ser muy similares en secuencia, pero tienen diferente afinidad de unión con sus ligandos compartidos, y el miembro inhibidor del par se une con mayor fuerza. [4]
Los receptores pareados homólogos se encuentran en el mismo grupo de genes y se cree que han evolucionado a través de la duplicación de genes . [3 ] [5] Las características de la secuencia, como la presencia de una secuencia similar a ITIM en la región no traducida 3' de algunos receptores activadores, implican que los miembros activadores del par probablemente evolucionaron a partir de los miembros inhibidores. [4] [9] Varios patógenos interactúan con el miembro inhibidor de un par como un medio de evasión inmunológica o entrada viral , lo que sugiere que los miembros activadores con competencias de unión similares pueden ser una respuesta evolutiva a este mecanismo. [4] [10] Esta hipótesis se conoce como la "teoría del contrapeso" [11] y estas dinámicas evolutivas representan una carrera armamentista evolutiva entre los patógenos y el sistema inmunológico del huésped. [12] Las presiones evolutivas sobre algunas familias de receptores pareados se han descrito como ejemplos del efecto "Reina Roja" . [5]
Incluyendo los ejemplos no emparejados, se han identificado más de 300 receptores inhibidores inmunitarios potenciales en el genoma humano . [6] Hay fuertes indicios de que los receptores emparejados están evolucionando rápida y recientemente. Estas regiones genéticas tienen altos niveles de polimorfismo genético , y los repertorios genéticos encontrados en los genomas de linajes estrechamente relacionados varían significativamente. [5] Se cree que la presión selectiva que experimenta el huésped por parte de los patógenos es la base de esta rápida evolución. [4] [5]
Aunque los receptores emparejados se caracterizan mejor como parte de los sistemas inmunológicos humanos y de ratones, [4] también se han estudiado en otros organismos. El genoma del pollo ( Gallus gallus domesticus ) contiene varios ejemplos, incluida una familia muy grande, los receptores similares a Ig del pollo (CHIR) con más de 100 miembros. [13] La evolución de los receptores emparejados también se ha estudiado en especies de Xenopus (rana con garras). [14] [15] El sistema inmunológico adaptativo es exclusivo de los vertebrados con mandíbulas , pero se ha identificado un ejemplo de una familia de receptores emparejados en un vertebrado sin mandíbula , denominados receptores emparejados agnatanos parecidos a los receptores Ag (APAR) en el pez bruja . [16]
Expresión
La expresión de receptores pareados es común en muchos tipos de leucocitos , especialmente en las células mieloides y las células asesinas naturales (NK). [4] [5] [7] La activación de las células NK es un proceso regulador complejo modulado por varias familias de receptores pareados diferentes coexpresadas en este tipo de célula. [7] En algunos casos, solo un miembro del par se expresa en un tipo de célula. La expresión de los miembros pareados en un solo tipo de célula puede variar con el tiempo, o las proteínas pueden diferir en la localización subcelular , lo que resulta en variaciones en la señalización. [4] La expresión en las células NK puede ser estocástica , lo que resulta en variaciones únicas en el repertorio de receptores. [4] [12]
Algunos receptores emparejados se expresan fuera del sistema inmunológico, por ejemplo, en las neuronas , [3] [12] el endotelio y el epitelio [5] pero en muchos ejemplos se puede observar una amplia distribución tisular . [4]
Función
Los receptores pareados transducen señales extracelulares a través de vías de señalización intracelular opuestas. Canónicamente, los receptores inhibidores reclutan fosfatasas a través de sus motivos ITIM , inhibiendo la función de las células en las que se expresan. Por el contrario, los receptores activadores interactúan con proteínas adaptadoras como DAP-12 que tienen un motivo ITAM , que a su vez reclutan quinasas como Syk y ZAP70 . [5]
Los ligandos para receptores emparejados pueden ser muy diversos. A menudo son proteínas; las mejor caracterizadas son las moléculas MHC de clase I , pero se han descrito varias otras moléculas endógenas como ligandos para al menos una familia de receptores emparejados, y en algunos casos en la familia LILR , incluso bacterias o virus intactos pueden servir como ligandos. [18] Los lípidos como la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina , los azúcares y los glicanos sialilados , y los ácidos nucleicos pueden servir como ligandos para algunos receptores emparejados. [4]
La afinidad de unión de los dominios extracelulares de los receptores emparejados por sus ligandos es generalmente bastante débil, con constantes de disociación (K d ) en el rango micromolar (μM). Sin embargo, el miembro inhibidor de un par generalmente se une con mayor afinidad que el miembro activador. [3] [4] Esto puede producir un efecto de inhibición competitiva , en el que el miembro inhibidor del par supera a su contraparte activadora por la unión del ligando; también se han descrito otros mecanismos de interferencia con la activación, como la interrupción de la dimerización . [4] Por lo tanto, la señal basal neta del par suele ser inhibidora, pero puede modularse a través de diferencias en la expresión, la densidad de superficie, la localización subcelular u otros factores. [4]
En las células NK, los ligandos para los receptores inhibidores son a menudo moléculas MHC de clase I (MHC-I), mientras que los de los receptores activadores pueden incluir señales de anomalías o infecciones, como proteínas de patógenos o tumores , o moléculas asociadas con el estrés celular . [5] Los ligandos endógenos para los receptores inhibidores están mejor caracterizados que los de los receptores activadores. [3] La señalización de receptores emparejados puede representar el mantenimiento de la homeostasis , de modo que las respuestas inmunitarias a las células huésped normales se inhiben, mientras que las respuestas a moléculas anormales o patógenas en el entorno son activadoras. La activación de las NK en ausencia de señales de receptores inhibidores de ligandos endógenos es un mecanismo molecular para la hipótesis del yo faltante de la activación de las NK. [3] [5] [12]
Interacción con patógenos
En la literatura se han descrito varios ejemplos de mimetismo molecular por parte de patógenos, que emulan ligandos endógenos naturales de receptores emparejados para la evasión inmunitaria . Estas interacciones son particularmente comunes con los miembros inhibidores de los pares de receptores, lo que refuerza la hipótesis de que los socios activadores son una respuesta evolutiva posterior a esta estrategia de escape inmunitario. [4] [10]
La primera interacción descrita entre un receptor emparejado y una proteína viral identificó a ILT-2 e ILR-4 ( LILRB1 y LILRB2 ) como objetivos para la proteína UL18 del virus del herpes simple , que se asemeja a una molécula MHC-I. [5] Las variaciones en la susceptibilidad a la infección por citomegalovirus de ratón debido a las diferencias en los receptores emparejados de la familia Ly49 entre las cepas de ratón están bien caracterizadas y se atribuyen a la semejanza estructural entre la proteína viral m157 y las moléculas MHC-I. [5] La bacteria patógena Escherichia coli K1 expone moléculas de ácido polisiálico de superficie que sirven como un imitador molecular para el ligando nativo del receptor inhibidor Siglec-11, pero induce una respuesta opuesta a través de interacciones con el receptor activador emparejado Siglec-16, lo que ejemplifica el beneficio de activar receptores como mecanismos de defensa contra el mimetismo molecular por parte de patógenos. [10]
Los receptores emparejados también son utilizados como receptores de entrada viral por varios virus y ocasionalmente como mecanismos de entrada para otros patógenos. [4] La sialilación es común entre las proteínas de la superficie celular de los mamíferos y varios patógenos utilizan ácido siálico (ya sea autosintetizado u obtenido de la célula huésped) para evadir la inmunidad del huésped, incluso interactuando con receptores inhibidores siglec . [5]
La familia de receptores de tipo inmunoglobulina de células asesinas (KIR) contiene proteínas con 2-3 dominios Ig extracelulares y regiones citoplasmáticas largas (inhibitorias) o cortas (activadoras). Típicamente expresados en NK y algunas células T , interactúan con MHC clase I. [ 3] Esta familia de genes ubicada en el LRC es altamente polimórfica y hay variación individual tanto en alelos como en número de copias , así como en empalme alternativo . [20] Esta familia ha experimentado una diversificación significativa en los linajes de primates . [21]
La familia de receptores similares a inmunoglobulinas leucocíticas (LILR) contiene 13 genes, incluidos dos pseudogenes . Tienen de 2 a 4 dominios Ig. Un miembro, LILRA3 , carece de una región transmembrana y es una proteína soluble ; otros pueden expresarse en forma soluble a través de un empalme alternativo. [22] Al igual que la familia similar KIR, los genes LILR se encuentran en el LRC y son polimórficos, aunque menos que los KIR. Las proteínas LILR se expresan ampliamente en las células inmunes y tienen ligandos muy diversos. [18]
La familia de receptores de inmunoglobulina tipo 2 (PILR) contiene dos genes, PILRA (inhibidor) y PILRB (activador). [3] Tienen un único dominio de Ig extracelular con una estructura similar a siglec . [1]
La familia siglec contiene 15 genes divididos en dos grupos relacionados evolutivamente. Esta familia tiene tres miembros con motivos activadores, Siglec-14, Siglec-15 y Siglec-16. [27] Estas proteínas se unen a los ácidos siálicos y suelen ser el objetivo de los patógenos. [5]
TIGIT (inmunorreceptor de células T con dominios Ig e ITIM) es un receptor inhibidor que forma un par no homólogo pero funcional con DNAM1 (CD226). [4] [7]
CD94 / NKG2 , expresado en células NK y algunas células T e interactúa con el ligando HLA-E . [3]
Inmunorreceptor de células dendríticas (DCIR)/receptor inmunoactivador de células dendríticas (DCAR), caracterizado como un par en ratones, aunque no se ha identificado ningún DCAR humano. [28]
NKR-P1 (CD161) es miembro de un grupo de receptores emparejados en roedores, pero el genoma humano contiene solo un receptor inhibidor, NKRP1A (KLRB1). [3]
La familia Ly49 en ratones ha sido ampliamente estudiada por su papel en la activación de las células NK utilizando ratones de laboratorio como organismo modelo , pero no tiene un grupo de genes homólogos en el genoma humano. La familia KIR es el equivalente funcional. [5]
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