Mimetismo molecular

O mimetismo molecular é a posibilidade teórica de que a similitude de secuencia entre péptidos alleos e do propio organismo sexa suficiente para orixinar a activación cruzada inmunitaria de células T ou células B autorreactivas por péptidos derivados de patóxenos. A pesar da prevalencia de varias secuencias de péptidos que poden ser tanto de natureza allea coma propia, só uns poucos residuos cruciais poden activar un determinado anticorpo ou TCR (receptor de célula T). Isto salienta a importancia da homoloxía estrutural na teoría do mimetismo molecular. Despois da activación, estas células T e B específicas "mimetizadoras de péptidos" poden ter reaccións cruzadas con autoepítopos, o que causa unha patoloxía no tecido (autoinmunidade). O mimetismo molecular é unha das varias maneiras polas cales se pode provocar a autoinmunidade. Un evento de mimetismo molecular é máis que un epifenómeno malia a súa baixa probabilidade, e estes eventos teñen graves implicacións no comezo de moitos trastornos autoinmunes.

Unha posible causa de autoinmunidade, o fallo no recoñecemento dos antíxenos propios como tales, é unha perda da tolerancia inmunolóxica, a capacidade do sistema inmunitario de discriminar entre o propio e o non-propio. Outras posibles causas son as mutacións que controlan a morte celular programada ou produtos ambientais que danan os tecidos diana, causando así unha liberación de sinais de alarma inmunoestimulatoria. O aumento dos coñecementos no campo da autoinmunidade tivo como resultado unha diagnose máis frecuente de doenzas autoinmunes. Os datos resultantes mostran que as doenzas autoinmunes afectan aproximadamente a 1 de cada 31 persoas na poboación xeral. Estes avances no coñecemento levaron tamén a unha maior caracterización do que é a autoinmunidade e como se pode estudar e tratar. Nos últimos tempos fixéronse máis investigacións sobre as vías nas cales pode producir a autoinmunidade, unha das cales é o mimetismo molecular. O mecanismo polo cal os patóxenos teñen secuencias de aminoácidos similares ou unha similar estrutura cristalina tridimensional de epítopos inmunodominantes segue sendo un enigma.

 Tolerancia inmunolóxica 

A tolerancia é unha propiedade fundamental do sistema inmunitario. A tolerancia implica poder discriminar o non-propio, o cal é a capacidade do sistema inmunitario normal de recoñecer e responder a antíxenos alleos, pero non aos antíxenos propios. A autoinmunidade desencadéase cando se rompe esta tolerancia ao antíxeno propio. A tolerancia nun individuo é normalmente establecida na etapa fetal. Isto coñécese como tolerancia materno-fetal, na cal as células B que expresan receptores específicos para un determinado antíxeno entran na circulación do feto en desenvolvemento a través da placenta.

Unha vez que se forman as pre-células B na medula ósea, maduran na propia medula ósea. Aquí é onde se orixina a primeira vaga de tolerancia. Dentro da medula ósea, as pre-células B encontran varios antíxenos propios e alleos alí presentes chegados desde os sitios periféricos a través do sistema circulatorio. Dentro do timo, as pre-células T sofren un proceso de seleción no cal deben seleccionarse positivamente e deberían evitar a selección negativa. As células B que se unen con baixa avidez aos receptores MHC propios son seleccionadas positivamente para a maduración, as que non, morren por apoptose. As células que sobreviven á selección positiva pero se unen fortemente a autoantíxenos son seleccionadas negativamente tamén por indución activa da apoptose. Esta selección negativa coñécese como deleción clonal, un dos mecanismos para a tolerancia das células B. Aproximadamente o 99 % das pre-células B dentro do timo son seleccionadas negativamente. Só aproximadamente o 1 % son seleccionadas positivamente para madurar. 

Porén, hai só un repertorio limitado de antíxenos que as células T poden encontrar no timo. A tolerancia da célula T debe producirse despois na periferia despois da indución da tolerancia das células T no timo, xa que nos tecidos periféricos poden atoparse un grupo de antíxenos máis diversos. Este mesmo mecanismo de selección negativa e positiva que ten lugar en tecidos periféricos coñécese como anerxia clonal. O mecanismo da anerxia clonal é importante para manter a tolerancia a moitos antíxenos autólogos. A supresión activa é outro mecanismo coñecido de tolerancia da célula T. A supresión activa implica a inxección de grandes cantidades de antíxenos estraños en ausencia dun adxuvante que orixina un estado sen capacidade de resposta. Este estado é despois transferido a un recipiente virxe desde o doante inxectado para inducir un estado de tolerancia no receptor.

A tolerancia tamén se produce nas células B. Hai varios procesos que causan a tolerancia das células B. Igual que nas célula T, a deleción clonal e a anerxia clonal poden eliminar fisicamente clons de células B autorreacivas. A edición de receptores é outro mecanismo para a tolerancia de células B. Isto implica a reactivación ou mantemento da recombinación V(D)J na célula, que orixina a expresión de nova especificidade de receptor por medio de rearranxos da rexión xénica V, que crearán variacións nas cadeas pesada e lixeira das inmunoglobulinas (Ig).

 Autoinmunidade 

A autoinmunidade pode definirse simplemente como excepcións ás "regras" da tolerancia. Por estas excepcións, pode xerarse unha resposta inmunitaria contra células ou tecidos propios. Estes mecanismos considéranse xeralmente intrínsecos. Porén, hai mecanismos patóxénicos para a xeración dunha doenza autoinmune. Os patóxenos poden inducir a autoinmunidade pola activación policlonal de células B ou T, ou polo aumento da expresión de moléculas do complexo maior de histocompatibilidade (MHC) de clase I ou de clase II. Hai varias maneiras polas cales un patóxeno pode causar unha rsposta autoinmune. Un patóxeno pode conter unha proteína que actúa como mitóxeno para fomentar a división celular, causando así a produción de máis clons de células B ou T. De xeito similar, unha proteína patóxena pode actuar como superantíxeno que causa unha activación policlonal rápida de células B ou T. Os patóxenos poden tamén causar a liberación de citocinas, o que ten como resultado a activación de células B ou T, ou poden alterar a función dos macrófagos. Finalmente, os patóxenos poden tamén expoñer as células B ou T a determinantes crípticos, que son determinantes de antíxenos propios que non foron procesados e presentados suficientemente no seu momento como para crear tolerancia e desenvolver as células T no timo, e preséntanse na periferia onde se produce a infección.

O mimetismo molecular non foi recoñecido ata a década de 1970 como outro mecanismo polo cal un patóxeno pode xerar autoinmunidade. O mimetismo molecular defínese como ter estruturas similares compartidas por moléculas codificadas en xenes non similares ou polos seus produtos proteicos. O patóxeno e o hóspede poden compartir a secuencia linear de aminoácidos ou a disposición conformacional do epítopo inmunodominante. Isto coñécese como "reactividade cruzada" entre o antíxeno propio do hóspede e os epítopos inmunodominantes do patóxeno. Entón, xérase unha resposta autoinmune contra o epítopo. Debido a epítopos con homoloxía de secuencias similar entre o patóxeno e o hóspede, as células e tecidos do hóspede asociados coa proteína son destruídos como resultado dunha resposta autoinmune.

 Probabilidade de eventos de mimetismo molecular 

O requisito para que produza mimetismo molecular é a compartición dun epítopo inmunodominante entre o patóxeno e a secuencia propia inmunodominante xerada por unha célula ou tecido. Porén, debido á variación de aminoácidos entre diferentes proteínas, o mimetismo molecular non debería darse desde o punto de vista da probabilidade. Supoñendo que se usan cinco ou seis residuos de aminoácidos para inducir unha resposta de anticorpo monoclonal, a probabilidade de que con vinte aminoácidos dúas proteínas sexan idénticas en seis residuos consecutivos é de 1 de cada 206 ou 1 de cada 64.000.000. Porén, hai probas documentadas de que hai moitos eventos de mimetismo molecular. Isto é así porque tamén se observa similitude entre os proteomas de humanos e patóxenos, en vez de só entre proteínas seleccionadas de humanos e patóxenos.

Para determinar que epítopos comparten patóxenos e humanos, utilízanse grandes bases de datos de proteínas. A base de datos de proteínas máis grande do mundo, a base de datos UniProt (antes SwissProt), mostrou informes de casos de mimetismo molecular que se fixeron máis abundantes coa ampliación da base de datos. A base de datos contiña 86,6 × 109 residuos en 2023. Supoñendo 20 aminoácidos diferentes que poden estar presentes en cada posición, a probabilidade de atopar unha correspondencia perfecta cun motivo de cinco aminoácidos de longo é de 1 entre 3,2 × 106. Noutras palabras, podemos esperar observar cada motivo diferente de cinco aminoácidos de lonxitude unha vez como media en dous proteomas distintos que conteñan un total de 3,2 × 106 aminoácidos en proteínas que consistan en secuencias aleatorias de 20 aminoácidos diferentes. Porén, a distribución das correspondencias do motivo de cinco aminoácidos de lonxitude espérase que xere unha curva campá cun pico nunha posición dunha soa correspondencia para cada motivo. É dicir, aínda que é probable que vexamos cada motivo diferente unha vez en ambos os proteomas á vez, haberá motivos que non se compartan. Haberá tamén motivos compartidos máis dunha vez entre os dous proteomas, o cal se observa para menos motivos a medida que o número de secuencias compartidas aumenta. Supoñendo que a base de datos SwissProt ten a mesma estrutura que no exemplo, haberá correspondencia nunha media de 86,6 × 109 ÷ (3,2 × 106) ≈ 27 × 103. Este número de correspondencias é enorme e irase incrementando a medida que a base de datos se vaia ampliando. O número esperado é de só cinco cando a base de datos contén 1,5 × 107 residuos. Como resultado, hai motivos de secuencias sobrerreprresentados na base de datos. Por exemplo, a secuencia QKRAA é un motivo de aminoácidos na terceira rexión hipervariable do HLA-DRB1*04:01. Este motivo tamén se expresa en numerosas proteínas doutros organismos, como na gp110 do virus de Epstein-Barr e na baceria Escherichia coli. Este motivo aparece 37 veces na base de datos. Isto suxeriría que a secuencia linear de aminoácidos non pode ser a única causa subxacente de mimetismo molecular, xa que pode encontrarse numerosas veces na base de datos. Tamén existe a posibilidade de que os clons de células T recoñezan a semellanza na estrutura tridimensional entre dous péptidos mesmo cando hai variabilidade na secuencia de aminoácidos. Isto, por tanto, descobre un fallo das bases de datos grandes. Estas poden dar unha idea das relacións entre os epítopos, pero a importante estrutura tridimensional aínda non pode aínda buscarse neste tipo de base de datos.

 Mimetismo estrutural 
A pesar de que non haxa ningunha similitude de secuencia de aminoácidos entre os factores do patóxeno e o hóspede, os estudos estruturais revelaron que o mimetismo aínda pode ocorrer no hóspede. Nalgúns casos, os mimetismos do patóxeno poden posuír unha arquitectura estrutural que difire marcadamente da de homólogos funcionais. Por tanto, proteínas con secuencias diferentes poden ter unha estrutura común que desencadea unha resposta autoinmune. Hipotetizouse que estas proteínas virulentas mostran o seu mimetismo nas súas superficies moleculares, as cales mimetizan as superficies da proteína do hospede (pregamentos proteicos ou conformación tridimensional), o cal se orixinou por evolución converxente. Tamén se teorizou que estes pregamentos de proteínas similares se adquiriron por transferencia de xenes horizontal, moi probablemente desde un hóspede eucariota. Isto apoia adicionalmente a teoría de que nos organismos microbianos evolucionou un mecanismo de ocultación similar ao dos organismos superiores, como o mimetismo da barbantesa ou o camaleón, que se camuflan imitando o fondo do lugar onde viven para non seren recoñecidos por outros.

A pesar das diferenzas na homoloxía de secuencias entre os péptidos propios e alleos, as interaccións electrostáticas débiles entre o péptido alleo e o MHC poden tamén imitar péptidos propios e causar unha resposta autoinmune no hóspede. Por exemplo, os residuos cargados poden explicar a mellora da constante de asociación e a redución da constante de disociación dun determinado antíxeno ou poden contribuír a unha maior afinidade e actividade para un antíxeno determinado que quizais pode imitar ao do hóspede. De xeito similar, cristas prominentes no fondo das fendas onde se unen os péptidos poden facer cousas como crear protuberancias C-terminais en péptidos determinados que poden incrementar moito a interacción entre o péptido alleo e o propio no MHC. Igualmente, hai evidencias de que incluso características grosas como as interaccións ácido/base e hidrófobas/hidrófilas permiten que os péptidos alleos interaccionen cun anticorpo ou MHC e co TCR. Agora parece que esas consideracións da similitude de secuencia poden non ser suficientes cando se avalían posibles epítopos miméticos e os mecanismos subxacentes do mimetismo molecular. Por tanto, demostrouse que o mimetismo molecular destes exemplos ocorre tamén en ausencia de calquera secuencia homóloga verdadeira.

Existen evidencias crecentes de casos de mimetismo causados non só por semellanzas nos aminoácidos senón tamén por semellanzas nos motivos de unión ao MHC. O mimetismo molecular ocorre entre dous péptidos recoñecidos que teñen superficies antixénicas similares en ausencia de homoloxía de secuencias primaria. Por exemplo, residuos dun aminoácido específico como a cisteína (crea pontes dislfuro), a arxinina ou a lisina (forman moitos enlaces de hidróxeno), podían ser esenciais para a reactividade cruzada das células T. Estes resiudos únicos poden ser os únicos residuos conservados ente o antíxeno propio e o alleo que permiten que se unan ao MHC péptidos estruturalmente similares pero de secuencia non específica.

 Expansión de epítopo 
A expansión de epítopo (epitope spreading), tamén coñecida como expansión de determinante, é agora un modo común polo cal pode producirse a autoinmunidade que usa o mecanismo do mimetismo molecular. As células T autorreactivas son activadas de novo por epítopos propios liberados secundariamente a un dano mediado por célula T específica de patóxeno. As respostas da célula T a epítopos progresivamente menos dominantes son activadas como consecuencia da liberación doutros antíxenos despois da destrución do patóxeno cunha secuencia inmunodominante homóloga. Así, as respostas inflamatorias inducidas por patóxenos específicos que desencadean respostas proinflamatorias de Th1 teñen a capacidade de persistir en hóspedes xeneticamente susceptibles. Isto pode orixinar doenzas autoinmunes específicas de órgano. Inversamente, a expansión de epítopo podía deberse a antíxenos diana que están fisicamente ligados intracelularmente como membros dun complexo de antíxenos propios. O resultado disto é unha resposta autoinmune que é desencadeada polo antíxeno exóxeno que progresa dando unha verdadeira resposta autoinmune contra antíxenos propios imitados e outros antíxenos. Destes exemplos dedúcese que está claro que a busca de epítopos mimetizados candidatos debe ampliarse alén dos epítopos inmunodominantes dunha resposta autoinmune dada.

 Implicacións en doenzas humanas 

 Doenzas do sistema nervioso central 
O virus VIH-1 causa doenzas no sistema nervioso central (SNC) humano por medio de mimetismo molecular. A proteína gp41 do VIH-1 utilízase para unirse a quimiocinas na superficie da célula hóspede para que o virión poida entrar na célula. Os astrocitos son células do SNC que se utilizan para regular as concentracións de K+ e de neurotransmisores, as cales entran no líquido cefalorraquídeo (LCR) onde contribúen a formar a barreira hematoencefálica. Unha secuencia de doce aminoácidos (Leu-Gly-Ile-Trp-Gly-Cys-Ser-Gly-Lys-Leu-Ile-Cys) presente na gp41 do VIH-1 (rexión inmunodominante) mostra homoloxía de secuencias cunha proteína da superficie dos astrocitos humanos. O corpo produce anticorpos contra a proteína gp41 do virus, pero estes anticorpos poden despois establecer reaccións cruzadas cos astrocitos no SNC e actuar como autoanticorpos. Isto contribúe a moitas complicacións no SNC que se atopan nos pacientes de SIDA.

O virus da encefalomielite murina de Theiler (TMEV) causa o desenvolvemento en ratos dunha resposta progresiva mediada por células T CD4+ unha vez que estas células se infiltran no SNC. Este virus causa unha doenza no SNC de ratos que lembra a esclerose múltiple, unha doenza autoinmune humana resultado da destrución gradual da vaíña de mielina que recobre os axóns do SNC. O TMEV de ratos comparte unha secuencia de trece aminoácidos (His-Cys-Leu-Gly-Lys-Trp-Leu-Gly-His-Pro-Asp-Lys-Phe) co epítopo humano específico da mielina (epítopo 139-151 da PLP, proteína proteolípida). Os danos observados na mielina son causados por células Th1 específicas para o virus que teñen reaccións cruzadas con este epítopo propio. Para testar a eficacia pola cal o TMEV usa o mimetismo molecular na súa vantaxe, inseriuse unha secuencia do epítopo humano específico da mielina nunha variante non patóxena do TMEV. Como resultado, produciuse unha resposta de células T CD4+ e iniciouse a desmielinación autoinmune pola infección cun ligando do péptido do TMEV. En humanos descubriuse recentemente que hai outras posibles dianas para o mimetismo molecular en pacientes con esclerose múltiple. Descubriuse que o virus da hepatite B mimetiza a proteína proteolípida humana (proteína da mielina) e que o virus de Epstein-Barr mimetiza a anti-glicoproteína da mielina do oligodendrocito (contribúe a formar un anel de mielina arredor dos vasos sanguíneos) ou a proteína de adhesión da célula glial (GlialCAM) atopada no SNC.

 Trastornos musculares 
A miastenia grave é outra doenza autoinmune común. Causa debilidade muscular flutuante e fatiga. A doenza desenvólvese debido a anticorpos detectables producidos contra o receptor de acetilcolina humano. O receptor contén unha secuencia de sete aminoácidos (Trp-Thr-Tyr-Asp-Gly-Thr-Lys) na subunidade α que ten reactividade cruzada inmunolóxica cun dominio inmunodominante compartido da gpD do virus herpes simplex (HSV). Igual que no VIH-1, a gpD tamén axuda a unirse a quimiocinas da superficie das células do hóspede para conseguir entrar no hóspede. A reactividade cruzada do autoepítopo (a subunidade α do receptor) con anticorpos producidos contra o HSV suxire que o virus está asociado coa iniciación da miastenia grave. O HSV non só causa reactividade cruzada inmunolóxica, senón que o péptido gpD tamén inhibe competitivamente a unión do anticorpo sintetizado contra a subunidade α co seu péptido correspondente na subunidade α. A pesar disto, aínda se segue producindo unha resposta autoinmune. Isto mostra de novo unha homoloxía de secuencias inmunoloxicamente significativa co sitio bioloxicamente activo do receptor de acetilcolina humano.

 Control 
Hai modos polos cales se pode evitar a autoinmunidade causada por mimetismo molecular. O control do factor de iniciación (patóxeno) por vacinación parece ser o método máis común de evitar a autoinmunidade. Inducir a tolerancia ao autoantíxeno do hóspede desta maneira pode tamén ser o factor máis estable. A maneira de tratar unha doenza autoinmune causada por mimetismo molecular pode ser o desenvolvemento dunha resposta inmune ao epítopo compartido entre patóxeno e hóspede regulada á baixa. Alternativamente, o tratamento con fármacos inmunosupresores, como a ciclosporina e a azatioprina, tamén se utilizou como posible solución. Porén, en moitos casos isto demostrou non ser efectivo porque as células e tecidos foran xa destruídos ao comezo da infección.

 Conclusión 
O concepto de mimetismo molecular é unha ferramenta útil para comprendermos a etioloxía, patoxénese, tratamento e prevención de doenzas autoinmunes. Porén, o mimetismo molecular é soamente un mecanismo polo cal se poden orixinar doenzas autoinmunes en asociación cun patóxeno. Comprendermos os mecanismos do mimetismo molecular pode permitir futuras investigacións dirixidas a descubrir o axente infeccioso iniciante así como para recoñecer o determinante propio. Deste xeito, futuras investigacións poderían deseñar estratexias para o tratamento e prevención de trastornos autoinmunes. O uso de modelos transxénicos como os usados para o descubrimento de eventos de mimetismo que orixinan doenzas do SNC e trastornos musculares axudou a avaliar a secuencia de eventos que causan o mimetismo molecular.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 

 Newcombe, P. J., & Alhenc-Gelas, M. (2019). The Role of T-Cell Receptors in the Pathogenesis of Rheumatic Fever: A Study of Molecular Mimicry.

Categoría:Inmunoloxía
Categoría:Doenzas infecciosas