Receptor de recoñecemento de padrón

Os receptores de recoñecemento de padrón (ou PRRs, do inglés pattern recognition receptors) exercen un papel esencial para que funcione correctamente o sistema inmunitario innato. Os PRRs funcionan como sensores bioquímicos do hóspede codificados na liña xerminal, que detectan moléculas típicas dos patóxenos. Son proteínas expresadas principalmente polas células do sistema inmunitario innato, como as células dendríticas, macrófagos, monocitos, neutrófilos e células epiteliais, utilizadas para identificar dúas clases de moléculas: os padróns moleculares asociados a patóxenos (ou PAMPs), que están asociados cos patóxenos microbianos, e os padróns moleculares asociados a danos (ou DAMPs), que están asociados con compoñentes das células hóspede que son liberados durante os danos ou a morte que sofen as células. Tamén se chaman receptores de recoñecemento de padrón primitivos porque evolucionaron antes que outras partes do sistema inmunitario, concretamente antes da inmunidade adaptativa. Os PRRs tamén son mediadores na iniciación de respostas inmunes adaptativas específicas de antíxeno e a liberación de citocinas inflamatorias.

 Moléculas recoñecidas 

As moléculas específicas de microbio que son recoñecidas por un determinado PRR denomínanse padróns moleculares asociados a patóxenos (PAMPs) e comprenden carbohidratos bacterianos (como os lipopolisacáridos ou LPS, manosa), ácidos nucleicos (como o ADN ou ARN bacterianos ou virais), péptidos bacterianos (flaxelina, factores de elongación dos microtúbulos), peptidoglicanos e ácidos lipoteicoicos (de bacterias grampositivas), N-formilmetionina, lipoproteínas e glucanos de fungos e quitina.

Os sinais de estrés endóxenos denomínanse padróns moleculares asociados a danos (DAMPs) e inclúen o ácido úrico e o ATP extracelular, entre moitos outros compostos.

 Clasificación 

Existen varios subgrupos de PRRs. Clasifícanse de acordo coa súa especificidade de ligando, función, localización e/ou relacións evolutivas. Baseándose nas súas localizacións, os PRRs poden dividirse en PRRs unidos a membrana e PRRs citoplásmicos.

 Os PRRS unidos a membrana inclúen os receptores de tipo Toll (TLRs) e os receptores de lectina de tipo C (CLRs).
 Os PRRs citoplásmicos inclúen os receptores de tipo NOD (NLRs) e os receptores de tipo RIG-I (RLRs).

 Tipos e localización de PRRs 

 PRRS unidos a membranas 

 Quinases receptoras 
Os PRRs descubríronse primeiro en plantas. Desde entón predicíronse moitos PRRs de plantas por análise xenómica (por exemplo, 370 no arroz e 47 en Arabidopsis). A diferenza dos PRRs animais, que están asociados con quinases intracelulares por medio de proteínas adaptadoras (véxanse máis abaixo as quinases non-RD), os PRRs de plantas están compostos dun dominio extracelular, un dominio transmembrana, un domino xustamembrana e un dominio quinase intracelular, formando unha soa proteína.

 Receptores de tipo Toll (TLR) 

O recoñecemento de padróns moleculares asociados a patóxenos endosómicos ou extracelulares é mediado por proteínas transmembrana denominadas receptores de tipo Toll (TLRs). Os TLRs comparten un motivo estrutural típico, as repeticións ricas en leucina (LRR), que lles dan a súa aparencia específica e son tamén responsables da funcionalidade TLR. Os receptores de tipo Toll foron dscubertos en Drosophila e desencadean a síntese e secreción de citocinas e a activación doutros programas de defensa do hóspede que son necesarios para as respostas inmunitarias innatas e adaptativas. Describíronse 10 membros funcionais da familia TLR en humanos ata agora. Realizáronse estudos tamén co TLR11, e demostrouse en ratos que recoñece as proteínas flaxelina e a proteína simialr á profilina. Non obstante, en humanos o TLR11 é só un pseudoxene sen función directa ou expresión dunha proteína funcional. Cada TLR interacciona cun PAMP específico.

 Sinalización dos TLR 

Os TLRs tenden a dimerizarse, así o TLR4 forma homodímeros e o TLR6 pode dimerizarse con TLR1 ou con TLR2. A interacción dos TLRs cos seus PAMPs específicos é mediada ou ben pola vía dependente de MyD88 que desencadea a sinalización a través das vías NF-κB e da quinase MAP e, por tanto, a secreción de citocinas proinflamatorias e moléculas coestimuladoras, ou ben pola vía de sinalización dependente de TRIF. A vía dependente de MyD88 é inducida por varios PAMPs que estimulan os TLRs dos macrófagos e células dendríticas. MyD88 atrae a molécula IRAK4, IRAK4 recruta IRAK1 e IRAK2 para formar un complexo de sinalización. O complexo de sinalización reacciona con TRAF6, o que causa a activación de TAK1 e consecuentemente a indución de citocinas inflamatorias. A vía dependente de TRIF é inducida polos macrófagos e células dendríticas despois da estimulación de TLR3 e TLR4. As moléculas liberadas despois da activación do TLR sinalizan a outras células do sistema inmunitario, o que fai que os TLRs sexan elementos clave das inmunidades innata e adaptativa.

 Receptoes de lectina de tipo C (CLR) 

Moitas células diferentes do sistema inmunitario innato expresan unha gran cantidade de CLRs que conforman a inmuidade innata pola súa capacidade de recoñecemento de padróns.Nat Rev Immunol. 2009 Jul;9(7):465-79. Signalling through C-type lectin receptors: shaping immune responses. Geijtenbeek TB, Gringhuis SI. http://www.mh-hannover.de/fileadmin/mhh/bilder/international/hbrs_mdphd/ZIB/Vorlesungen/Paper_09-10/Rev_IM_Geijtenbeek.pdf  Aínda así, a maioría das clases dos patóxenos humanos están cubertos de CLRs, os CLRs son o principal receptor para o recoñecemento dos fungos. Porén, identificáronse outros PAMPs como dianas de CLRs, así como, por exemplo, a manosa é o motivo para o recoñecemento de moitos virus, fungos e micobacterias; de maneira similar a fucosa representa o mesmo para certas bacterias e vermes; e os glucanos están presentes en micobacterias e fungos. Ademais, moitas das superficies alleas adquiridas, por exemplo, os neoantíxenos de tipo carcinoembriónico/oncofetal que levan o padrón patóxeno de tipo "fonte de perigo interna"/"propio convertido en non propio" son tamén identificadas e destruídas (por exemplo, pola fixación do complemento ou outros ataques citotóxicos) ou secuestradas (fagocitadas ou encapsuladas) polo sistema inmunitario por medio dos CLRs. O nome lectina aquí pode causar confusión porque a familia inclúe proteínas con polo menos un dominio de lectina de tipo C (CTLD), que é un tipo específico de dominio de recoñecemento de carbohidrato. O CTLD é un motivo de unión a ligando que se encontra en máis de 1000 proteínas coñecidas (máis de 100 en humanos) e os ligandos non adoitan ser azucres.Cummings RD, McEver RP. C-type Lectins. In: Varki A, Cummings RD, Esko JD, et al., editors. Essentials of Glycobiology. 2nd edition. Cold Spring Harbor (NY): Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2009. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1943/ Cando o ligando é un azucre necesitan a presenza de Ca2+, de aí o nome de "tipo C", pero moitos deles nin sequera teñen un ligando azucre coñecido malia teren unha estrutura de pregamento de tipo lectina, algúns deles non son tecnicamente desde un punto de vista funcional "lectinas".

 Sinalización dos CLR 

As respostas inmunes inducidas por CLRs poden presentar varios tipos de sinalización, e identificouse en moitos casos unha importante conexión entre a sinalización dos TLR e dos CLR, polo que cómpre diferenciar entre sinalización dependente de TLR e independente de TLR. Pertencen á sinalización dependente de TLR DC-SIGN, que orixina unha fervenza de RAF1-MEK-ERK, a sinalización de BDCA2 vía ITAM e a sinalización a través de ITIM. A sinalización independente de TLR, como a sinalización de Dectin 1 e Dectin 2-mincle conducen á activación da quinase MAP e NF-κB.

Os receptores de membrana CLRs dividíronse en 17 grupos baseándose na estrutura e orixe filoxenética. Xeralmente hai un gran grupo, que recoñece e se une a carbohidratos, denominados dominios de recoñecemento de carbohidratos (CRDs) e os previamente mencionados CTLDs.

Outra clasificación posible dos CLRs pode ser en receptores de manosa e receptores de asialoglicoproteínas.

 CLRs do grupo I: Os receptores de manosa 

O receptor de manosa é un PRR presente principalmente na superficie de macrófagos e células dendríticas. Pertence ao grupo CRD múltiple dependente do calcio. O receptor de manosa pertence ao grupo de proteínas receptoras de multilectina e, igual que os TLRs, proporciona un vínculo entre a inmunidade innata e a adaptativa. Recoñece e únese a unidades de manosa repetidas situadas na superficie de axentes infecciosos e a súa activación desencadea a endocitose e a fagocitose do microbio con intervención do sistema do complemento. Especificamente, a unión da manosa causa o recrutamento de serina proteases asociadas a MBL (MASPs). As serina proteases actívanse a si mesmas en fervenza, amplificando a resposta inmune: a MBL interacciona con C4, uníndose á sbunidade C4b e liberando C4a no torrente sanguíneo; de xeito similar, a unión de C2 causa a liberación de C2b. Xuntos, MBL, C4b e C2a denomínanse convertase de C3. C3 é clivado nas súas subunidades a e b, e C3b únese á convertase. Estes en conxunto forman a convertase de C5. Igual que antes, únese C5b e libérase C5a. Pola súa parte, C5b recruta C6, C7, C8 e múltiples unidades de C9s. O conxunto de C5, C6, C7, C8 e as C9 forman o chamado complexo de ataque á membrana.

 CLRs do grupo II: familia do receptor de asialoglicoproteína 

Esta é outra gran superfamilia de CLRs, entre a que están:
O receptor de asialoglicoproteína clásico lectina de tipo galactosa de macrófago (MGL)
DC-SIGN (CLEC4L)
Langerina (CLEC4K)
Lectina asociada a DAP12 mieloide 1 (MDL-1) (CLEC5A)
Subfamilia da lectina de tipo C asociada a DC 1 (Dectina 1), que inclúe:
Dectina 1/CLEC7A
DNGR1/CLEC9A
Receptor de tipo lectina de tipo C mieloide (MICL) (CLEC12A)
CLEC2 (tamén chamado CLEC1B), o receptor de activación das plaquetas para a podoplanina das células endoteliais linfáticas e fronte invasor dalgúns carcinomas.
CLEC12B
Subfamilia do inmunorreceptor DC (DCIR), que inclúe:
DCIR/CLEC4A
Dectina 2/CLEC6A
Antíxeno DC sanguíneo 2 (BDCA2) ( CLEC4C)
Mincle, é dicir, lectina de tipo C inducible por macrófago (CLEC4E)

A nomenclatra (manosa fronte a asialoglicoproteína) leva e parte á confusión, xa que nestes os receptores de asialoglicoproteína non son necesariamente receptores específicos de galactosa (un dos residuos externos máis comúns das asialoglicoproteínas) e incluso moitos dos membros desta familia poden unirse tamén á manosa, pola cal o grupo recibe o seu nome.

 PRRs citoplásmicas 

 Receptores de tipo NOD (NLR) 

Os receptores de tipo NOD (NLRs) son proteínas citoplásmicas, que recoñecen peptidoglicanos bacterianos e organizan unha resposta proinflamatoria e antimicrobiana. Atopáronse unhas 20 destas proteínas nos xenomas de mamíferos e conteñen o dominio de oligomerización de unión a nucleótidos (ou NOD, do inglés nucleotide-binding oligomerization domain), que se une a nucleósido trifosfato. Entre outras proteínas, as máis importantes son: o transactivador do MHC de clase II (CIITA), IPAF, BIRC1 etc.

 Sinalización de NLR 

Algunhas destas proteínas recoñecen proteínas endóxenas ou moléculas microbianas ou respostas ao estrés e forman oligómeros que en animais activan caspases inflamatorias (por exemplo, a caspase 1) causando a clivaxe e activación de importantes citocinas inflamatorias como a IL-1, e/ou activan a vía de sinalización NF-κB para inducir a produción de moléculas inflamatorias.

A familia NLR coñécese por diversos nomes, como a familia CATERPILLERCATERPILLER = CARD, Transcription Enhancer, R (purine)-binding, Pyrin, Lots of Leucine Repeats (ou CLR) ou familia NOD-LRR. Os membros máis significativos dos NLRs son NOD1 e NOD2. Detectan os peptidoglicanos microbianos conservados no citoplasma da célula e, por tanto, representan outro nivel de resposta inmune ademais dos receptores unidos a membrana como os TLRs e CLRs. Esta familia de proteínas está moi espallada en plantas e constitúe un compoñente central do sistemas inmunitarios das plantas.

 NODs 
Os ligandos coñécense actualmente como NOD1 e NOD2. O NOD1 recoñece unha molécula chamada meso-DAP, que é un peptidoglicano presente só en bacterias gramnegativas. A proteína NOD2 recoñece o MDP (muramil dipéptido) intracelular, que é un peptidoglicano tanto de bacterias grampositivas coma gramnegativas. Cando están inactivos, os NODs están no citosol nun estado monomérico e só sufrirán un cambio conformacional despois do recoñecemento do ligando, o que conduce á súa activación. Os NODs transducen sinais na vías de NF-κB e as quinases MAP a través da serina-treonina quinase chamada RIP2. Os NODs sinalizan por medio do seu dominio CARD  N-terminal para activar augas abaixo eventos de indución de xenes, e interaccionan con moléculas microbianas por medio da rexión C-terminal de repetición rica en leucina (LRR).
Estableceuse a interacción e cooperación entre diferentes tipos de receptores típicos do sistema inmunitario innato. Descubriuse unha cooperación interesante entre TLRs e NLRs, particularmente entre TLR4 e NOD1 en resposta á infección por Escherichia coli. Outra proba da cooperación e integración de todo o sistema inmunitario observouse in vivo, cando a sinalización dos TLR foi inhibida ou alterada, os receptroes NOD fanse cargo do papel dos TLRs.

 NLRPs 

Igual que os NODs, estas proteínas conteñen LRRs C-terminais, que parecen actuar como un dominio regulador e poden estar implicadas no recoñecemento de patóxenos microbianos. Ademais, igual que os NODs, estas proteínas conteñen un sitio de unión a nucleótidos (NBS) para nucleósidos trifosfato. A interacción con outras proteínas (por exemplo, a molécula adaptadora ASC) é mediada polos dominio N-terminal de pirina (PYD). Existen 14 membros desta subfamilia de proteínas en humanos (denominados numericamente de NLRP1 a NLRP14). O NLRP3 e o NLRP4 aon responsables da activación do inflamasoma. A NLRP3 pode ser activada e dá lugar ao inflamosoma NLRP3 por efecto do ATP, toxinas formadoras de poros bacterianas, alume e cristais. Xunto coas moléculas mencionadas, que causan a activación do inflamosoma NLRP3, a ensamblaxe e activación poden tamén ser inducidas por efluxo de K+, influxo de Ca2+, alteración dos lisosomas e especies reactivas do oxíxeno orixinadas nas mitocondrias. O inflamasoma NLRP3 é esencial para a indución de respostas inmunes efectivas. O inflamasoma NLRP3 pode ser inducido por unha gran variedade de estímulos, a diferenza do inflamasoma NLRP4, que se une a un número e variedade máis limitados de ligandos e funciona nun complexo coa proteína NAIP.

 Outros NLRs 
Outros NLRs como IPAF e NAIP5/Birc1e tamén activan a caspase-1 en resposta á Salmonella e Legionella.

 Receptores de tipo RIG-I (RLR) 
Ata agora describíronse tres helicases RLR, que son: RIG-I e MDA5 (que recoñecen o 5'trifosfato-ARN e o ARN bicatenario, respectivamente), que activa a sinalización antiviral, e LGP2, que parece actuar como inhibidor dominante negativo. Os RLRs inician a liberación de citocinas inflamatorias e o interferón de tipo I (IFN I).

 Sinalización dos RLRs 
Os RLRs, son RNA helicases, que participan no recoñecemento intracelular de ARNs virais bicatenarios e monocatenarios, que recrutan factores a través dos dominios CARD N-terminais xemelgos para activaren programas xénicos antivirais, que poden ser aproveitados na terapia de infeccións virais. Suxeriuse que o principal programa antiviral inducido por RLRs está baseado na actividade ATPase. Os RLRs a miúdo interaccionan e crean unha comunicación cruzada cos TLRs nas respostas inmunitarias innatas e na regulación da resposta inmunitaria adaptativa.

 PRRs de plantas 

As plantas conteñen uha cantidade significativa de PRRs que comparten unha notable semellanza estrutural e funcional co TOLL da drosófila e os TLRs de mamíferos. O primeiro PRR identificado en plantas ou animais foi aproteína Xa21, que confire resistencia ao patóxeno gramnegativo Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Desde entón illáronse outros dous PRRs de plantas, a FLS2 de Arabidopsis (flaxelina) e o EFR (receptor do factor de elongación termoinestable ou EF-Tu). Identificáronse os PAMPs correspondentes a FLS2 e EFR. Ao recoñecer o ligando os PRRs de plantas transducen a "inmunidade desencadeada por PAMP" (PTI). Os sistemas inmunitarios das plantas tamén codifican proteínas de resistencia que lembran receptores de tipo NOD (véxase máis arriba), que  presentan os dominios NBS e LRR e poden tamén posuír outros dominios de interacción conservados como o dominio citoplásmico TIR que se atopa nos receptores de interleucina e Toll. As proteínas NBS-LRR son necesarias para a inmunidade causada por efector.

 Quinases non-RD 

Os PRRs asócianse comunmente con ou conteñen membros dun grupo monofilético de quinases chamado quinase asociada coa familia do receptor de interleucina 1 (IRAK) que inclúe a Pelle da drosófila, os IRAKs humanos, o XA21 do arroz e o FLS2 de Arabidopsis. En mamíferos, os PRRs poden tamén asociarse con membros da familia de quinases da proteína que interacciona con receptor (RIP), que son parentes distantes da familia IRAK. Algunha quinases das familias IRAK e RIP son da mesma clase funcional que as quinases denominadas non-RD, moitas das cales non autofosforilan o bucle de activación. Un exame feito dos quinomas de lévedos, moscas, vermes, humanos, Arabidopsis e o arroz (unhas 3723 quinases) revelou que a pesar do pequeno número de quinases non-RD nestes xenomas (9%–29%), 12 das 15 quinases coñecidas ou preditas que funcionarían na sinalización dos PRR son da clase non-RD. En plantas, todos os PRRs caracterizados ata hoxe pertencen á clase non-RD. Estes datos indican que as quinases asociadas con PRRs poden en gran medida ser preditas pola falta dun só residuo conservado e revelan novas posibles subfamilias de PRR de plantas.

 PRRs segregados 
Varios PRRs non permanecen asociados coa célula que os produce. Os receptores de complemento, colectinas, ficolinas, pentraxinas como o amiloide sérico, a proteína C reactiva, as lípido transferases, as proteínas de recoñecemento do peptidoglicano (PGRs) e o LRR, XA21D son todas proteínas segregadas. Unha colectina moi importante é a lectina que se une ao manano (MBL), un PRRF importante do sistema inmunitario innato que se une a unha ampla variedade de bacterias, virus, fungos e protozoos. A MBL recoñece predominantemente certos grupos de azucres na superficie de microorganismos pero tamén se une a fosfolípidos, ácidos ncleicos e proteínas non glicosiladas. Unha vez que se une aos ligandos, a MBL e oligómeros de ficolina recrutan MASP1 e MASP2 e inician a vía da lectina da activación do complemento, que é algo similar á vía do complemento clásica.

 Os PRRs en medicina 
Varios rupos de investigadores realizaron recentemente amplos traballos sobre a implicación e posible uso do sistema inmunitario do paciente na terapia de varias doenzas, o que se denomina inmunoterapia, como o uso de anticorpos monoclonais, inmunoterapias non específicas, terapia de virus oncolíticos, terapia de células T e vacinas contra o cancro. O NOD2 foi asociado por medio da súa perda ou ganancia de función co desenvolvemento da enfermidade de Crohn e o comezo temperán da sarcoidose. As mutacións en NOD2 en cooperación con factores ambientais levan ao desenvolvemento dunha inflamación crónica no intestino. Por tanto, suxeriuse tratar a enfermidade inhibindo as pequenas moléculas que poden modular a sinalización de NOD2, especialmente RIP2. A FDA dos Estados Unidos aprobou dúas terapias ata agora para inhibir a fosforilación de RIP2, que é necesaria para o correcto funcionamento de NOD2, que usan gefitinib e erlotinib. Ademais, realizáronse investigacións sobre GSK583, un inhibidor altamente específico de RIP2, que parece moi prometedor na inhibición de NOD1 e NOD2 e, por tanto, limitando a inflamación causada polas vías de sinalización de NOD1 e NOD2. Outra posibilidade é eliminar o sensor para NOD2, que demostrrou ser unha estratexia eficaz en modelos murinos nun intento de suprimir os síntomas da enfermidade de Crohn. Os inhibidores da quinase de tipo II, que son moi específicos, mostraron resultados prometedores á hora de bloquear o TNF que se orixina de vías dependentes de NOD, que mostra un alto potencial no tratamento de tumores asociados a inflamación.

Outro posible aproveitamento dos PRRs en medicina está relacionado tamén cos tumores malignos intestinais. A bacteria Helicobacter pylori correlaciónase signifcativamente co desenvolvemento de tumores gastrointestinais. Nun individuo san a infección por Helicobacter pylori é abordada pola combinación de PRRs, concretamente TLRs, NLRs, RLRs e CLR DC-SIGN. En caso do seu mal funcionamento, estes receptores tamén foron vinculados á carcinoxéxenese. Cando a infección por Helicobacter pylori se deixa progresar nos intestinos, desenvólvese unha inflamación crónica, atrofia e finalmente displasia que conduce o desenvolvemento dun cancro. Como todos os tipos de PRRs xogan un papel na  identificación e erradicación da infección, os seus agonistas específicos desencadean unha forte resposta inmunitaria a cancros e outras doenzas relacionadas con PRRs. A inhibición do TLR2 correlaciónase significativamente coa mellora do estado do paciente e a supresión do adenocarcinoma gástrico.

Os PRRs están tamén estreitamente asociados co correcto funcionamento das redes e tecidos neuronais, especialmente debido á súa implicación no proceso de inflamación, xa que son esenciais para o seu adecuado funcionamento, pero poden causar danos irreparables se non están baixo control. Os TLRs expéresanse na maioría das células do sistema nervioso central e xogan un papel crucial na inflamación estéril. Despois dunha lesión, causan a alteración do crecemento axonal e fan máis lenta ou deteñen a recuperación. Outra importante estrutura implicada nunha terapia potencialmente aproveitable despois dunha lesión é o inflamasoma. Debido á súa indución de citocinas proinflamatorias (propuxéronse IL-1β e IL-18), a inhibición do inflamasoma pode tamén servir como un método terapéutico eficiente. A intervención do inflamasoma foi tamén investigada noutras doenzas como a encefalite autoinmune experimental, o alzhéimer e o párkinson e na aterosclerose ligada con pacientes con diabetes de tipo II. Entre as terapias suxeridas están a degradación de NLRP3 ou inhibir as citocinas proinflamatorias.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 


Categoría:Sistema inmunitario
Categoría:Receptores
Categoría:Receptores de recoñecemento de padrón