# Perforina

Les perforines (PRF1), altrament anomenades perforina 1, P1, HPLH2, Lymphocyte pore forming proteins o LPFP, són proteïnes citolítiques, semblants a les proteïnes del complement C9, que es troben contingudes en grànuls dins del citoplasma d'algunes cèl·lules del sistema immunològic tals com els limfòcits T citotòxics i les cèl·lules NK (o natural killers), dos tipus de leucòcits del sistema immunitari relacionats amb la mort de cèl·lules neoplàsiques i d'altres cèl·lules que presenten algun senyal d'alteració per infecció vírica.
Les primeres evidències que el sistema immunològic podia causar la mort per perforació de la membrana de determinades cèl·lules van ser observades i estudiades pel guanyador del Premi Nobel de Fisiologia o Medicina (1919) Joules Bordet pels seus descobriments sobre immunologia, tot i que encara no es coneixia quin era el mecanisme que s'utilitzava.
L'alliberació de les perforines dels grànuls citoplasmàtics permet que se situïn sobre la membrana de les cèl·lules diana formant una estructura en forma d'anell que, a través de l'alliberament d'enzims, perfora la membrana i crea uns porus (canals), els quals faciliten la mort de la cèl·lula per apoptosi o lisi osmòtica.
L'estructura proteica es caracteritza per tenir una forma de "clau" amb la presència de diferents dominis, i també hi trobem ions calci (Ca$^{2+}$). S'ha pogut determinar que les parts més importants de les perforines tenen similituds estructurals amb determinades toxines alliberades per bacteris, que són nocives per als humans.
L'acció que duen a terme en la defensa immunitària és molt important, i això es posa de manifest en les malalties i trastorns observats en organismes que presenten mutacions en el gen que codifica les perforines.
Amb els descobriments més recents sobre la seva estructura i funcionament és possible estudiar com es pot millorar el tractament de malalties relacionades amb les infeccions víriques (com per exemple la malària), el càncer, i l'autoimmunitat, quan el sistema immunitari destrueix cèl·lules del mateix organisme causant trastorns més o menys greus.

## Estructura molecular

Tenim coneixements de l'estructura de la perforina gràcies a la investigació del professor James Whisstock i el seu equip, de la Universitat de Monash, Austràlia, en l'anàlisi de perforines de ratolí, mitjançant la tècnica de rajos X. Té un pes molecular d'entre 66 i 70 kDa¹. La formació de la proteïna és controlada per la secreció regulada, que en ser iniciada entra al reticle endoplasmàtic rugós. Seguidament és transportada per vesícules a l'Aparell de Golgi, on és empaquetada en grànuls citoplasmàtics semblants als lisosomes. És probable que la transcripció genètica del gen en els ratolins impliqui múltiples factors d'acció de
cis- i trans-. En humans, contràriament, s’han pogut identificar pocs factors de la seva transcripció.
A partir dels rajos X, s’aconsegueix l'estructura cristal·lina monomèrica de la perforina
en murins i fotografies de crio-microscòpia electrònica de la reconstrucció d'un porus de perforina (és a dir, després de la congelació de la mostra).
La molècula té forma de clau. Està composta bàsicament per tres dominis: el MAC/PF $^{2,}$ de la macrofamília de les MAC, pel domini CDC $^3$, seguit d'un factor de creixement epidèrmic, el EGF $^4$. A més, la membrana és dependent al Calci com a punt d'unió.
Sorprenentment, en observacions al microscopi electrònic es va veure que el domini MACPF en els porus està situat al revés respecte la disposició de la subunitat amb el CDC, cosa que revela la destacable flexibilitat en el mecanisme d'acció del plec MACPF/CDC i destaca la gran similitud entre aquestes proteïnes de defensa i els porus originats a les cèl·lules eucariotes reconegudes com a estranyes, prèviament infectades per virus o alterades en el genoma.
En la mateixa línia, presenta semblances amb la forma del complement 9 (C9), també encarregat de la destrucció de cèl·lules infeccioses, concretament bacteris tòxics per a les cèl·lules humanes, com són l'àntrax, la listeria, els estreptococs, etc.
¹ 1 kDa = 1,6605402 x 10$^{−21}$ g
$^2$“Membrane attack complex/perforin”
$^3$ “Cholesterol dependent cytolisin”
$^4$ “Epidermic growth factor”

## Intervenció en el procés de lisi cel·lular

Els limfòcits T citotòxics i les cèl·lules Natural Killer (NK) secreten una família de proteïnes anomenades granzims, contingudes en grànuls citotòxics, les quals treballen en conjunt amb les perforines per tal d'induir l'apoptosi cel·lular.
Es coneixen dues vies bàsiques de citotoxicitat: la primera, mitjançant l'exocitosi de grànuls; la segona, coneguda com a via Fas-Lligand. La perforina té un paper de gran importància en la primera, mentre que no s'ha pogut confirmar que participi en la segona via citotòxica.
El primer tipus de cito-lisi predomina en els limfòcits T CD8+ i en cèl·lules Natural Killer, activades quan una cèl·lula ha estat infectada per un virus o ha patit una transformació que la converteix en una cèl·lula tumoral. Consisteix en l'exocitosi de grànuls que contenen proteïnes amb activitat cito-lítica, com la perforina i els granzims A i B. Els grànuls se secreten a l'espai intercel·lular existent entre la cèl·lula immunitària i la cèl·lula diana durant la sinapsi immunològica. En presència d'ions Ca$^{2+}$, la perforina polimeritza i es fixa a la membrana plasmàtica d'aquesta, produint-li uns porus que faciliten l'entrada dels granzims a la cèl·lula diana per menar a l'apoptosi.
Els monòmers de perforina tenen forma de clau i, en polimeritzar, adopta una forma circular en 3D deixant un espai interior que forma el porus, d'aproximadament 5-20 nm. S'uneix a la cèl·lula diana gràcies a transmembrane beta strands, produïts gràcies al domini MACPF. Aquest domini té similituds funcionals amb el MAC, el qual contribueix a formar canals transmembrana que modifiquen la uniformitat dels fosfolípids de la bicapa de les cèl·lules diana.
Actualment sembla haver-hi un petit matís. Estudis recents han trobat evidències que les perforines, juntament amb els granzims i les granulisines, són capaces d'entrar a la cèl·lula diana mitjançant vesícules, gràcies al receptor de mannosa-6-fosfat localitzat a la membrana plasmàtica d'aquestes. Un cop la vesícula estableix interacció amb la cèl·lula, les perforines, gràcies als porus, permeten als granzims travessar-la i arribar al citosol, on duen a terme la seva funció i la cèl·lula acaba morint per apoptosi. Cal tenir en compte que la mecànica del procés encara és difusa, i és objecte d'estudi per arribar a concebre'n els detalls.

## Altres funcions

S'ha trobat indicis de la possible participació de la perforina en un segon i en un tercer fenomen, a més de l'eliminació de cèl·lules infectades i canceroses.
Seguint una tercera via, es pensa que les perforines podrien tenir el control sobre la supervivència de limfòcits activats i, per tant, contribuiria a regular la resposta immunitària; i, en un quart cas, es regularia la inflamació actuant directament sobre determinats substrats extracel·lulars.

## Malalties relacionades

La Perforina, com a proteïna, duu a terme funcions primordials en el sistema immunitari del cos humà. Consegüentment, quan té lloc una mutació en la producció d'aquesta, poden resultar malalties hereditàries letals i difícils de tractar. De fet, es coneixen més de 50 mutacions diferents d'aquesta proteïna.
Així doncs, la gran complexitat de les mutacions i la varietat de funcions d'aquesta proteïna dificulten l'estudi detallat dels trastorns que en poden resultar, però estudis en ratolins demostren que un dèficit de perforines provoca que no es puguin destruir cèl·lules canceroses i/o cèl·lules infectades per virus, és a dir, que es produeixi un excés d'acumulació de cèl·lules canceroses, especialment leucèmia.
En un altre cas, l'herència defectuosa dels al·lels homozigots de PRF1 (perforina 1) generen una deficiència congènita de perforina, i està relacionada amb una malaltia rara anomenada FHL2 (linfohistiocitosis hemofagocítica de tipus 2). Si no es tracta adequadament, aquesta malaltia autosòmica i recessiva pot ser letal. De fet, actua el següent procés: se sobreactiven limfòcits i macròfags, els quals secreten quantitats massa elevades de citocineses inflamatòries. Aquesta activació immunològica té lloc després d'una infecció, una immunodeficiència, o bé, per una malignitat subjacent, i això pot resultar en alteracions hematològiques i danys en certs òrgans, en casos lleus, o fins i tot en la mort de l'individu que ho pateix.
Un tercer exemple de malalties causades per mutacions en els gens que codifiquen la perforina és el de les malalties autoimmunes, com la diabetis mellitus o el rebuig de teixit després d'un trasplantament de medul·la òssia, on una mutació en la perforina provoca que marqui les cèl·lules equivocades i les elimini.
Per altra banda, la perforina i altres proteïnes de la seva mateixa família es poden emprar per a suprimir tumors en càncer de bufeta, com la proteïna DBCCR1, que pertany a la superfamília MACPF.

## Referències

* ↑ «GPSDB gene/protein synonyms finder». Arxivat de l'original el 2016-10-11. [Consulta: 25 octubre 2014].
* ↑ «The structural basis for membrane binding and pore formation by lymphocyte perforin» (en anglès). [Consulta: 20 octubre 2014].
* ↑ «How do we kill rogue cells?» (en anglès). [Consulta: 20 octubre 2014].
* ↑ «How de we kill rogue cells?» (en anglès). [Consulta: 20 octubre 2014].
* ↑ «The structural basis for the membrane binding and pore formation by lymphocyte perforin» (en anglès). [Consulta: 20 octubre 2014].
* ↑ «How do we kill rogue cells?». [Consulta: 20 octubre 2014].
* ↑ «Perforina: una proteína peligrosa» (en castellà). [Consulta: 20 octubre 2014].
* ↑ «How do we kill rogue cells?» (en anglès). [Consulta: 21 octubre 2014].
* ↑ «The structural basis for membrane bindind and pore formation by lymphocyte perforin» (en anglès). [Consulta: 21 octubre 2014].
* ↑ «Perforin-1» (en anglès). [Consulta: 25 octubre 2014].
* ↑ «Perforina: una proteína peligrosa» (en castellà). [Consulta: 22 octubre 2014].
* ↑ «Uniprot». [Consulta: 26 octubre 2014].
* ↑ Voskoboinik, I. «Perforin: structure, function, and role in human immunopathology». Immunology review.
* ↑ «The structural basis for membrane binding and pore formation by lymphocyte perforin» (en anglès). [Consulta: 24 octubre 2014].
* ↑ «Functional significance of the perforin/granzyme cell death pathway.» (en anglès). [Consulta: 21 octubre 2014].
* ↑ «Delivering the kiss of death: progress on understanding how perforin works» (en anglès). [Consulta: 22 octubre 2014].
* ↑ «Death by a Thousand Cuts: Granzyme Pathways of Programmed Cell Death». [Consulta: 23 octubre 2014].
* ↑ «Células inmunocompetentes» (en castellà). [Consulta: 23 octubre 2014].
* ↑ «Human Perforin Employs Different Avenues to Damage Membranes» (en anglès). [Consulta: 22 octubre 2014].