Las respuestas inmunes innatas proveen la primera línea de defensa del huésped hacia patógenos invasores. Las células inmunes innatas tales como los macrófagos y las células dendríticas (DC) detectan componentes moleculares de microorganismos extraños conocidos como patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs) por medio de los receptores de reconocimiento de patrones (PRRs). Los PRR también pueden reconocer los productos inmunoestimulantes que se derivan de tejido dañado o células necróticas, denominados patrones moleculares asociados a daño (ADAMPs), y este reconocimiento es crucial para la defensa del huésped y la remodelación de los tejidos.
Las tres familias principales de PRR ― receptores tipo Toll (TLRs), receptores tipo RIG-I (RLRs) y receptores tipo NOD (NLRs) ― reconocen una amplia gama de PAMPs, como proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos derivados de microorganismos externos. La ligadura de TLRs por PAMPs induce un conjunto de moléculas intracelulares de transmisión de señales, que conduce a la expresión de citocinas proinflamatorias dependientes del factor nuclear-κB (NF-κB) o interferones tipo I (IFN) dependientes del factor regulador de interferón (IRF). Los RLRs son una familia de helicasas RNA citoplásmicas, que incluyen el gen I inducible por ácido retinoico (RIG- I) y la proteína 5 asociada a diferenciación del melanoma (MDA5; también conocida como IFIH1), que son esenciales para el reconocimiento innato de los virus y el control de la replicación viral y la diseminación mediante la producción de IFN tipo I. Los NLRs consisten en un gran grupo de PRR intracelulares, tales como las proteínas del dominio de oligomerización que se unen a nucleótidos (NODs) y NOD-, LRR- y proteínas que contienen el dominio de pirina (NLRPs), que son cruciales para la defensa del huésped en contra de infecciones bacterianas. Además, se descubrieron de manera reciente otras moléculas o complejos para percibir ARN o ADN celular e inducir producción de IFN (Fig. 1).
A pesar del papel crucial de la transmisión innata de señales en la defensa del huésped, se requiere una red de regulación sistemática pero flexible para asegurar un resultado adecuado de transmisión de señales PRR y para eliminar de manera eficiente los patógenos invasores mientras que se evita al mismo tiempo inmunopatología perjudicial. Respecto a esto, muchos reguladores ― tales como fosfatasas y cinasas, proteínas relacionadas a la ubiquitina, factores de transcripción y moléculas epigenéticas ― están involucrados en la modulación de la transmisión de señales de PRR al orientarse hacia distintos pasos en la cascada de la transmisión de señales. Además, la transmisión de señales en la parte final de la cascada de TLRs, RLRs y NLRs se modula de forma cruzada en una forma ya sea cooperadora o antagónica. En esta revisión, se discuten los distintos modelos mecanísticos para la regulación de la transmisión de señales de PRR bajo condiciones biológicas y/o patológicas, así como sus funciones en la organización eficaz y adecuada de las respuestas inmunológicas. De estos mecanismos, se discuten en detalle aquellos con avances rápidos y sustanciales en los últimos años, y los que se estudiaron y revisaron de manera amplia y extensa se mencionan de forma breve.
Autorregulación de la vía de transmisión de señales de PRR
Para un buen equilibrio entre la activación y la supresión de la respuesta inmune innata mediada por PRR, las células tienen desarrollados muchos mecanismos para modular las vías de transmisión de señales a niveles transcripcionales, postranscripcionales y postraslacionales. Este documento se centra de manera inicial, en los mecanismos postraslacionales de degradación y translocación de PRRs. Los mecanismos postranscripcionales de regulación de PRR ya se revisaron a detalle de manera reciente.
Degradación de TLRs y RLRs. La degradación o escisión proteolítica de los TLR contribuye a la regulación de respuestas TLR. Algunos TLRs de superficie se pueden internalizar en organelos subcelulares para la degradación y terminación de la vía de transmisión de señales inflamatorias (Fig. 2). Tras el acoplamiento por la proteína accesoria CD14, los lipopolisacáridos (LPS) inician la transmisión de señales mediada por TLR4 en la superficie celular, y el complejo del factor 2 de diferenciación mieloide LPS-TLR4 (MD2, también conocido como LY96) se endocita entonces de manera rápida en endosomas, lisosomas y el aparato de Golgi. La trifosfatasa guanosina pequeña asociada a lisosomas (GTPasa) RAB7B se colocaliza con TLR4 después de su internalización y promueve la degradación de TLR4 en los lisosomas, lo que resulta en la terminación de la producción inducida por TLR4 del factor de necrosis tumoral (TNF), la interleucina-6 (IL-6) y el IFNβ. Algunos TLRs también se modifican por moléculas de ubiquitina que los marcan para la degradación proteasomal. Por ejemplo, la proteína TRIAD3A RING dedo (también conocida como RNF216) actúa como una ligasa ubiquitina E3 para inducir la ubiquitilación y degradación proteolítica de TLR4 y TLR9, lo que lleva a la inhibición de la vía de transmisión de señales de TLR4 y TLR9.
Se encontró que varias otras proteasas de cisteína parecidas a la papaína dentro de los compartimentos endolisosómicos promueven la transmisión de señales de TLR. Las catepsinas L y S de mamíferos separan de forma proteolítica el TLR9 endolisosomal en fragmentos que se unen al ligando TLR9 oligodesoxinucleótidos que contienen CpG (ODN CpG), y esta escisión se requiere para el inicio de la transmisión de señales de TLR9. Por el contrario, TLR3, que también existe en endolisosomas, no es susceptible a la escisión por la catepsina L residente endolisosomal. La diferencia en la susceptibilidad y la respuesta de varios TLRs a la escisión mediada por la catepsina puede explicar cómo los TLR se regulan de manera sustancial bajo ciertas condiciones patogénicas o de estado estable.
La degradación inducida por ubiquitilación es también un mecanismo crucial para la regulación de la respuesta inmune antiviral mediada por RIG-I. Por ejemplo, la ligasa ubiquitina E3 proteína RING dedo 125 (RNF125) conjuga la ubiquitina K48 ligada a RIG-I e induce su degradación proteasomal, y por lo tanto disminuye la transmisión de señales de RIG-I. Además, la lectina G similar a inmunoglobulina que se une al ácido siálico (Siglec-G), cuya expresión se incrementa de manera selectiva por infección de virus ARN en macrófagos, se asocia con la ligasa ubiquitina E3 CBL y RIG-I por medio de la proteína tirosina fosfatasa 2 que contiene el dominio SH2 (SHP2, también conocida como PTPN11) para promover la degradación proteasomal de RIG-I mediante la ubiquitilación ligada a K48 en K813 de RIG-I por CBL. Esto conduce a la supresión de la producción del IFNß y el escape viral del ataque del inmune innato. A diferencia de la ubiquitilación ligada a K48, que de manera predominante se dirige a las proteínas para la degradación en proteasomas, la poliubiquitilación ligada a K63 está implicada en diversas vías de transmisiones de señales mediante su función no proteolítica.
Translocación de TLRs. La translocación continua de PRRs entre los diversos organelos subcelulares y el reciclado de PRRs desde compartimentos intracelulares a las superficies de membrana se regulan por diversas moléculas accesorias (Fig. 2). Un modulador bien estudiado del tráfico endosomal de TLR es la glicoproteína de membrana unc-93 homóloga B1 (UNC93B1) del retículo endoplásmico (ER), que interactúa con y media el tráfico de TLRs que detectan nucleótidos, como TLR3, TLR7 y TLR9, desde el RE a los endolisosomas y es esencial para la transmisión de señales de TLR3, TLR7 y TLR9. Una mutación D34A en UNC93B1 conduce al aumento de su asociación con TLR7, pero a disminución en la asociación con TLR9, lo que resulta en un aumento de la respuesta mediada por TLR7. Esta competición de TLR7 y TLR9 por el tráfico dependiente de UNC93B1 puede ser importante para la prevención de ciertas enfermedades autoinmunes ya que los ratones que albergan la mutación D34A desarrollan inflamación sistémica letal espontánea dependiente de TLR7. Por lo tanto, el tráfico diferencial dependiente de UNC93B1 de TLR7 y TLR9 se involucra tanto en la autorregulación y la regulación cruzada de transmisión de señales de TLR7 y TLR9.
Los mecanismos por los que se trasloca y recicla TLR4 durante su activación de transmisión se estudiaron de forma intensa. El plegado y el tráfico de TLR4 recién sintetizado desde el ER a la superficie celular y la formación del complejo del receptor de TLR4 se regulan principalmente por la glicoproteína 96 chaperona residente del ER (GP96; también conocida como HSP90B1 y endoplasmina) y la proteína asociada con TLR4 (PRAT4A; también conocida como CNPY3). A continuación, CD14 es esencial para la iniciación y amplificación de la señal de la vía de TLR4 por meido de diversos mecanismos. Se requiere CD14 para la entrega de LPS de la proteína que se une a LPS al complejo TLR4-MD2. CD14 también se requiere para la internalización de TLR4 mediada por microorganismos, que amplifica la vía de transmisión de señales por medio de la vía de endocitosis dependiente de la tirosina cinasa del bazo (SYK)–fosfolipasa Cγ2 (PLCγ2). Así, CD14 promueve tanto la transferencia de ligando como la endocitosis para la activación completa de la transmisión de señales de TLR4 después de la infección microbiana. CD14 también facilita la absorción del ácido polinosínico-policitidílico (poli [I: C]) en los endosomas que contienen TLR3, y actúa como un correceptor para TLR7 y TLR9 para promover las vías de transmisión de señales desencadenadas por TLR7 y TLR9. Sin embargo, no está claro si CD14 también afecta la activación de TLR3, TLR7 y TLR9 al facilitar la absorción de ligandos y/o al promover el tráfico del receptor.
El tráfico de TLR4 desde compartimentos intracelulares, tales como el aparato de Golgi y los endosomas, a la superficie de membrana, es esencial para el mantenimiento de las defensas del huésped contra los microorganismos. A este respecto, la GTPasa pequeña RAB10, que es inducida después de la estimulación de LPS, puede promover el reemplazo de TLR4 en la membrana plasmática y de ese modo mejorar la transmisión de señales de TLR4. Estas redes de regulación proporcionan puntos cruciales de control de acceso para el inicio y el mantenimiento de la transmisión de señales y respuesta de TLR4.
Inducción de los reguladores TLR y RLR
Varios reguladores de la transmisión de señales de TLR se inducen, aumentan su expresión o se activan por señales de TLR y RLR, para formar así un círculo de retroalimentación para regular la activación de transmisión de señales mediada por PRR (Fig. 2). Estos reguladores inducidos establecen un programa de regulación flexible y condicional para la transmisión de señales de TLR por medio de mecanismos que incluyen modificaciones epigenéticas, modificaciones postransduccionales y modificaciones metabólicas.
Modificaciones epigenéticas. Las modificaciones epigenéticas, como metilación del ADN, modificaciones de histonas y ARN no codificante muestran cada vez más participar en la regulación de la retroalimentación de las respuestas inmunes innatas dependientes de TLR y RLR (Fig. 1).
Se reveló un papel regulador flexible y multifacético de las metiltransferasas del ADN (DNMTs) en la infección viral. Sin embargo, se entiende poco si las DNMTs pueden también afectar la transmisión de señales inmune innata antiviral. Se demostró de manera reciente que la metilcitosina dioxigenasa TET2, una enzima que cataliza la 5-hidroximetilcitosina (5HMC), media la parte superior de novo de la 5-hidroximetilación del locus Il6 durante la fase tardía de la respuesta LPS. TET2 recluta a la histona deacetilasa 2 (HDAC2) al promotor Il6 y reprime de manera específica la transcripción de Il6 por medio de la desacetilación de histonas. La transcripción de Tet2 aumenta en respuesta a la estimulación de LPS; por lo tanto, TET2 y 5HMC inducido por TET2 pueden retroalimentar para evitar la transcripción persistente alta de Il6 durante una respuesta inflamatoria. Además, los cerebros de los ratones deficientes en DNMT1 y DNMT3A muestran desmetilación y aumento de la expresión de los genes que codifican MHC clase I y transductor de señales y activador de transcripción 1 (STAT1), que son genes estimulados por el IFN (ISGs), lo que sugiere que los ISGs son objetivos potenciales de DNMTs.
La evidencia creciente indica que la metilación de histonas tiene un papel importante en la regulación de las respuestas inmunes desencadenadas por TLR al orientarse hacia genes relacionados en el nivel transcripcional. Varias metiltransferasas y desmetilasas de histonas demostraron que regulan la expresión de genes que codifican enzimas, factores de transcripción, citocinas e IFNs, en algunos casos de una manera inducible. La metiltransferasa H3K4 MLL4 (también conocida como KMT2B) se requiere para la expresión de la proteína clase P de biosíntesis de fosfatidilinositol-glicano (PIGP), una enzima que es esencial para la generación del glicosilfosfatidilinositol (GPI) ancla de CD14, y, por lo tanto, facilita señales intracelulares desencadenadas por LPS y la expresión del gen. Otra metiltransferasa H3K4, MLL1 (también conocida como KMT2A), regula la activación de un conjunto de genes estimulados por LPS y TNF de la parte final de NF-κB, tales como Il6. La traslocación nuclear de MLL1 a la cromatina es dependiente de la activación del NF-κB. Además, la dimetilasa H3K27 Jumonji que contiene el dominio 3 (JMJD; también conocida como KDM6B), que es inducida en los macrófagos después de la estimulación de LTR, es crucial para la regulación del desarrollo de macrófagos M2 y las respuestas inmunes mediadas por PRR contra la infección por helmintos al regular la expresión de Irf4. Además, la H3K9 metiltransferasa G9A (también conocida como EHMT2) es crucial para la disminución de expresión de los genes que codifican IFNs tipo I e ISGs, y por lo tanto la inmunidad innata antiviral. Un estudio reciente muestra que la expresión de la metiltransferasa SETDB2 es inducida por la transmisión de señales del IFN tipo I durante la infección con el virus de la influenza y reprime a su vez la expresión del ligando 1 de CXC-quimiocina (CXCL1) y otros genes dependientes del NF-κB que son importantes en las respuestas antibacterianas; esta reacción cruzada puede representar una posible explicación para la susceptibilidad inducida por virus a superinfecciones bacterianas.
También se reportó la modificación epigenética de reguladores de la vía de transmisión de señales de TLR por medio de la metilación de histonas. El potenciador metiltransferasa H3K27 del homólogo zeste 1 (EZH1), la expresión del cual se favorece en gran medida durante la maduración de DC inducida por LPS, promueve la producción de citocinas inflamatorias desencadenada por TLR al suprimir la proteína que interactúa con Toll reguladora negativa de TLR (TOLLIP), y así contribuir a la activación completa de la respuesta inmune innata contra patógenos invasores. Por el contrario, la metiltransferasa H3K4 ASH1L, que se induce después de la estimulación de LPS, inhibe la producción inducida por LPS de citocinas proinflamatorias al mejorar de manera directa la expresión de la enzima A20 de montaje de ubiquitina (también conocida como TNFAIP3) al inducir la modificación de H3K4 en el promotor A20. De hecho, ratones deficientes de DC específicas para A20 muestran una respuesta inflamatoria multiorgánica espontánea, y los ratones AshIl-/- muestran también un fenotipo autoinmune y son más susceptibles a infección por Escherichia coli y artritis inducida por colágeno. A20 es en sí mismo un regulador inducible de NF-κB de la transmisión de señales de TLR, y esta modificación epigenética inducida por TLR por ASH1L del regulador A20 inducido por TLR establece un doble punto de control para la regulación de la retroalimentación de las señales TLR en curso y asegura la eliminación eficiente de patógenos antes de concluir la activación de la transmisión de señales. Sin embargo, aún no se determina cómo ASH1L y EZH1 se dirigen de forma específica a A20 y Tollip, de manera respectiva. Es probable que las enzimas de modificación epigenética se recluten por correpresores o complejos de multiproteínas transcripcionales que se dirigen hacia promotores de genes, donde se coordinan para regular la transcripción por medio de la modificación del ADN o histonas, ya sea de manera directa o indirecta.
La acetilación y la desacetilación de histonas mediadas por enzimas, como histonas acetiltransferasas (HAT) y HDAC, también son esenciales para la regulación de genes. Por ejemplo, la Sirtuina HDAC 6 (SIRT6) se fija a la subunidad RELA del NF-κB y también deacetila H3K9 en los promotores de algunos genes activados por NF-κB, y así reprimir su transcripción. Además, el dedo de zinc de la leucemia promielocítica (PLZF; también conocido como ZBTB16) controla la expresión de genes inflamatorios al estabilizar un complejo correpresor que tiene actividad HDAC para modificar la cromatina. La ubiquitilación de H2AK119 también inhibe el nivel de expresión basal de algunos genes inducibles por LPS tales como el ligando 5 CC-quimiocina (Ccl5), Cxcl10 y Cxcl2 al impedir el acceso del complejo FACT (facilita la transcripción de cromatina) en el ADN.
Los ARNs largos no codificantes (lncRNAs) tienen papeles cruciales en el control de la estructura de la cromatina, la expresión génica y la traducción del ARNm, a menudo al interactuar con RNAs pequeños y proteínas de unión al ARN. Se encontró que cientos de lncRNAs se inducen por la activación inmune innata por medio de la ligadura PRR y la estimulación de TNF. De ellos, el ARNa largo intergénico no codificante (lincRNA)-Cox2, que está regulado por señales mediada por MYD88 y NF-κB, median tanto la activación como la represión de grupos distintos de genes proinflamatorios. Un seudogen lncRNA nombrado Lethe (también conocido como Rps15a-ps4), que se induce de manera selectiva por las citocinas proinflamatorias vía el NF-κB o el agonista del receptor de glucocorticoides, inhibe la activación del NF-κB al interactuar con RELA. Además, THRIL (TNF y lincRNA inmunorregulador relacionado con HNRNPL) se induce por la estimulación del TNF y se une de manera específica a la ribonucleoproteína nuclear heterogénea L (HNRNPL), para inducir la transcripción de TNF. THRIL también se requiere para la expresión de muchos genes de la respuesta inmune, como otras citocinas y reguladores transcripcionales y postranscripcionales de la expresión del TNF. No sólo son importantes los lncRNAs para la regulación de la transmisión de señales de PRR, sino que también están involucrados en el programa de diferenciación de las células inmunes innatas. Por ejemplo, lnc-DC, que se expresa de manera selectiva por DCs convencionales maduras humanas, se identificó de forma reciente como necesario para la maduración funcional y la activación de DCs inducidas por LPS. A diferencia de lo descrito de forma previa, los lncRNAs que regulan la expresión de genes a niveles transcripcionales o postranscripcionales, los Inc-DC median su efecto al unirse de manera directa a STAT3 fosforilado en el citoplasma para evitar su defosforiación. Merece mayor investigación conocer si es que otros lncRNAs citoplasmáticos funcionan de una manera similar a Inc-DCs.
Modificaciones postraslacionales. La modificación postraslaiconal (PTM) de las proteínas existentes es un mecanismo clave para alterar las vías de transducción de señales innatas. Los mecanismos PTM convencionales incluyen la fosforilación y la ubiquitilación mediada por las proteínas cinasas (tales como cinasa 4 asociada a IL-1R [IRAK4] y la proteína tirosina cinasa ZAP70), proteínas fosfatasas (tales como SHP1 [también conocida como PTPN6] y la proteína fosfatasa cinasa 1 activada por mitógeno [MKP1 ; también conocida como DUSP1]) , las proteínas vinculantes de ubiquitina (tales como A20 y TOLLIP ) y ubiquitina ligasas E3 (como TRIAD3A, PDZ y la proteína 2 del dominio LIM [PDLIM2 ]). Además de estos mecanismos PTM convencionales, algunos tipos no convencionales de PTM tienen roles pivote en la alteración de la actividad de proteínas de receptores innatos o de moléculas de transmisión de señales de la parte baja de la cascada al nivel postraslacional; estas incluyen metilación y acetilación mediadas por metiltransferasas, tales como las lisinas metiltransferasas SETD6 y la proteína 1 que contiene el dominio SET que se une al receptor nuclear (NSD1) , y acetiltransferasas tales como la proteína que se une a CREB (CBP).
Como se discutió de forma previa, la ubiquitilacion es uno de los tipos más estudiados de PTM convencional y tiene un importante papel en la modulación de la respuesta inmune innata mediada por TLR y RLR. La ubiquitilación ligada a K63 de RIG-I por medio de la proteína 25 que contiene el motivo tripartita (TRIM25) o la proteína ligasa ubiquitina E3 RNF135 es crucial para la activación de RIG-I y el inicio de la inmunidad innata antiviral del huésped, mientras la eliminación de la cadena de ubiquitinación unida a K63 en RIG-I por la enzima desubiquitiladora CYLD inhibe las vías de transmisión de señales dependientes de RIG-I. Las cadenas desancladas de poliubiquitina unidas a K63 actúan como ligandos endógenos que activan de manera potencial a RIG- I y MDA5 mediante su dominio de reclutamiento de caspasas (CARD). La unión de poliubiquitina induce la formación de complejos heterotetraméricos que constan de cuatro moléculas de RIG- I y cuatro cadenas de ubiquitina.
El estimulador de genes de interferón (STING) tiene un papel central en la respuesta inmune innata contra los virus ADN o las bacterias. Tras la activación, STING se transloca del ER al aparato de Golgi y activa la cinasa 1 unida a TANK (TBK1) y el IRF3 para la inducción de IFNs tipo I. La poliubiquitilación ligada a K27 de STING mediada por la ubiquitina ligasa E3 AMFR asociada al ER es esencial para el reclutamiento de TBK1 y por lo tanto para hacer eficiente la respuesta inmune innata contra virus ADN. Además, la ubiquitilación de STING ligada a K48, K63 y K11 catalizada por diferentes ligasas ubiquitina E3 demostró incrementar o disminuir respuestas antivirales innatas.
La proteína 3 que contiene el dominio romboide ( RHBDD3 ), que es inducida por la estimulación de TLR y se localiza en endosomas tempranos, media la degradación proteasomal de la transmisión de señales de la proteína 12 de activación de la molécula DNAX (DAP12; también conocida como TYROBP), una molécula clave accesoria, que se incrementa en las células asesinas naturales (NK) después de la estimulación de TLR3 y se une a A20 y al modulador esencial de NF-κB (NEMO) en una manera que depende de la poliubiquitilación ligada a K27 para la inhibición en la parte baja de la cascada de NF-κβ . Ya que el endosoma se considera de forma clásica como un organelo endocítico para la internalización y la degradación de proteínas, es intrigante averiguar si y cómo puede proporcionar una plataforma única que afecta la calidad de la transducción de señales.
De manera notable, estudios recientes demostraron que la metilación de lisinas en la subunidad RELA del NF-κβ representa un mecanismo adicional de regulación de la transmisión de señales innatas desencadenadas por TLR y TNF. Por ejemplo, la lisina metiltransferasa SETD6 monometila a RELA en K310 para suprimir las respuestas inflamatorias y la proliferación celular inducidas por RELA. De manera interesante, otro estudio mostró que la monometilación de RELA en K37 por SET9 (también conocida como SETD7), que es inducida después de la estimulación por TNF, puede a su vez promover la unión de ADN por RELA para facilitar la actividad transcripcional del NF-κB. Y que la metilación es un proceso reversible, es lógico que su papel regulador en la transducción innata de señales pueda también ser reversible. Esto se apoya en el hallazgo de que RELA se regula de manera bidireccional por la lisina metiltransferasa NSD1, y por la lisina demetilasa caja F y la proteína 11 de repetición rica en leucina (FBXL11) con NSD1 que promueve la actividad del NF-κB y la FBXL11 que limita la actividad del NF-κB.
La acetilación también es importante para la regulación de respuestas inmunes desencadenadas por TLR. MKP1 se acetila después de la estimulación de TLR, y la acetilación de MKP1 promueve la interacción de MKP1 con la proteína cinasa p38 activada por mitógenos (MAPK), que conduce a la desfosforilación de p38 MAPK y la inhibición de una respuesta inmune innata desencadenada por TLR. De manera notable, la expresión de FBXL11, la metilación de RELA y la acetilación de MKP1 son inducidas o impulsadas por señales innatas. Por lo tanto, la metilación y la acetilación de sustratos diferentes a las histonas representan mecanismos pivotes de retroalimentación para la regulación postraslacional de respuestas inmunes innatas.
Modificación metabólica. Una interacción recíproca entre la transmisión de señales de TLR y vías metabólicas tomó gran atención en los últimos años. Por ejemplo, la activación de TLR en las DCs induce reprogramación glicolítica notable, lo cual apoya las demandas bioenergéticas y anabólicas para la activación y la supervivencia de las DCs. LPS también aumentan en gran medida el nivel de succinato en la célula, que funciona como una señal inflamatoria que estabiliza el factor 1α inducible por hipoxia del factor de transcripción (HIF1α), para promover la producción de la producción de IL-1β.
En particular, la transmisión de señales de PRR en las respuestas celulares inmunes innatas induce un remodelamiento sustancial de la composición de lípidos y su localización subcelular. De manera sucesiva, los mediadores de lípidos bioactivos tienen un rol crucial en la inducción y la resolución de la inflamación (Fig. 1). Por ejemplo, la lipoproteína de baja densidad oxidada (LDL), coordinada por CD36 (también conocida como glicoproteína 4 plaquetaria), tiene roles cruciales en la inflamación innata por medio de la modulación de la activación del inflamosoma NLRP3. Datos recientes de los autores, no publicados, sugieren que el glicolípido neutral isoglobotrihexosilceramida 3 (iGb3), cuya expresión se induce de manera importante en macrófagos estimulados por TLR, promueve respuestas inflamatorias intracelulares estimuladas por TLR al unirse a CD1d en los endosomas, para activar la tirosina cinasa 2 rica en prolina (PYK2; también conocida como PTK2), que se manera subsecuente activa el inhibidor de la subunidad β de la cinasa del NF-κβ (IKKβ), y TBK1. En contraste, los ácidos grasos omega 3 suprimen el inflamosoma NLRP3 al inhibir la activación del NF-κβ y aumentar las vías autofagocíticas. Además, el lípido prostaglandina E2 aumenta su expresión durante la infección por el virus de influenza tipo A, y como resultado de ello, inhibe la producción de IFN tipo I por los macrófagos. El 25-hidroxicolesterol inducible por IFN tiene propiedades antivirales potentes, pero también inhibe la activación de la inflamación mediada por IL-1. En conjunto, los mediadores metabólicos desempeñan un bucle de retroalimentación flexible y multifacético que modula una respuesta inflamatoria innata balanceada y defensa inmune antipatógenos.
Hace poco se demostró que los cuerpos cetónicos―como el β-hidroxibutirato (BHB), cuyos niveles se elevan por inanición, restricción calórica y ejercicio de alta intensidad o dieta cetogénica baja en carbohidratos―puede bloquear la activación del inflamosoma NLRP3, y la producción de IL-1β e IL-18 en respuesta a los cristales de urato, los ácidos grasos lipotóxicos y ATP, lo que provee una explicación nueva para los efectos antiinflamatorios de la restricción calórica. El rol de inhibición del BHB en la transmisión de señales de NLRP3 es independiente de otros mecanismos regulados por la inanición―que es, la liberación de especies reactivas de oxígeno (ROS), que de forma previa se demostró son mensajeros secundarios esenciales en la activación del inflamosoma NLRP3.
Reclutamiento de los inhibidores de TLR y RLR
La transmisión de señales mediada por PRR intracelular también se encuentra disminuida por muchos inhibidores que desfosforilan o ubiquitilan las moléculas de transmisión de señales, o bloquean la formación o activación del complejo de transmisión de señales (Fig. 2). A diferencia de los reguladores inducidos discutidos de forma previa, estas ligasas ubiquitina E3, fosfatasas y cinasas se expresan de manera constitutiva o se activan en las células inmunes innatas, tales como macrófagos y células dendríticas, y se reclutan a los TLRs para evadir respuestas inflamatorias no deseadas.
Las ligasas ubiquitina E3 demostraron proveer una regulación postraslacional de las vías de transmisión de señales de TLR por medio de la regulación de ubiquitilación y degradación de varios componentes de las vías de transmisión de señales. La proteína 1 de degradación del receptor de neurorregulina (NRDP1) suprime la activación dependiente de MYD88 de factores de transcripción del NF-κβ y la proteína activadora 1 (AP-1) al promover la degradación de MYD88. Sin embargo, NRDP1 también promueve la activación de TBK1 e IRF, lo que conduce a la producción incrementada de IFN tipo I. Por tanto, NRDP1 permite a las células inmunes secreten IFNs tipo I para eliminar la infección viral, mientras que limita la producción de citocinas proinflamatorias para evadir inflamación y daño tisular. Otras ligasas ubiquitina E3, tales como PDLIM2, y ARIH2 se dirigen hacia la degradación de RELA y también IκBβ (también conocido como NF-κBIB), de manera respectiva y subsecuente inhiben la activación del NF-κβ inducida por TLR.
Las fosfatasas SHP1 y SHP2 son reguladores potentes de las vías de transmisión de señales de TLR y tienen roles cruciales para mantener la homeostasis inmune. SHP2 inhibe de manera selectiva las vías MAPK que son activadas por poli (I:C)-TLR-3 y la producción de citocinas proinflamatorias e IFNs tipo I por medio de una interacción directa con TBKI. SHP1 disminuye la producción de citocinas proinflamatorias mediada por TLR al inhibir la activación de NF-κβ y MAPK.
Moléculas adicionales tienen roles negativos en respuestas inmunes antivirales del huésped desencadenadas por PRRs. Por ejemplo, después de la estimulación del RNA de doble cadena (dsRNA), la peptidilprolil cis-trans isomerasa 1 (PIN1) interactúa con IRF3 fosforilado y promueve la poliubiquitilación y la degradación dependiente de proteosomas de IRF3. Esta interacción lleva finalmente a una producción reducida de IFNβ e inhibición de la replicación viral. De manera similar, la enzima deubiquitilante A (DUBA: también conocida como OTUD5) se une al factor 3 asociado al receptor del TNF (TRAF3) y remueve de manera selectiva las cadenas de poliubiquitina unidas a K63 en TRAF3, lo que conduce a supresión de la producción de IFN tipo I.
Reclutamiento de amplificadores TLR
La intensidad de las vías de transmisión de señales de PRR se incrementa por muchos amplificadores que se reclutan para facilitar el inicio y la activación de las respuestas inflamatorias (Fig. 2).
Además de su rol en la inhibición de la producción de citocinas proinflamatorias inducidas por TLR, la fosfatasa SHP1 puede promover la producción de IFN tipo I activada por TLR al inhibir IRAK1 de manera directa. Estas funciones opositoras de SHP1 refuerzan la defensa inmune innata en contra de infecciones virales mientras que limitan la inflamación tisular dañina causada por sobreproducción de citocinas proinflamatorias.
Las ligasas de ubiquitina E3 de la familia TRIM emergieron como importantes reguladores de las vías de transmisión de señales inducidas por TLR en la inmunidad antiviral. TRIM21 y TRIM23 amplifican la fuerza y la duración de las respuestas inmunes innatas e inflamatorias antivirales. Otra ligasa E3, la proteina ligasa ubiquitina E3 CHIP (también conocida como STUB1), promueve la transmisión de señales de TLR al reclutar, ubiquitilar y activar SRC y la proteína cinasa Cζ, y por lo tanto al inducir la activación de IRAK1, TBK1 e IRF3-IRF7.
La evidencia de monocitos en sangre periférica humana y macrófagos de ratón indica un rol positivo para las moléculas del MHC clase II en la producción de TNF desencadenada por LPS. De manera mecanística, las moléculas del MHC de clase II promueven la respuesta inmune innata desencadenada por TLR al interactuar con la tirocina cinasa Bruton (BTK) vía la molécula coestimuladora CD40 (también conocida como TNFRSF5) en los endosomas, y al mantener la activación de BTKm, que de manera subsecuente interactúa con las moléculas adaptadoras MYD88 y la proteína adaptadora que contiene el dominio TIR e inductora de IFNβ (TRIF; también conocida como TICAM1). Por consiguiente, las moléculas intracelulares del MHC clase II pueden funcionar como amplificadores que promueven una activación completa de las respuestas inmunes innatas impulsadas por TLR. Agregado a esto, un estudio reciente mostró que el factor de transcripción ZBTB20 (dedo de zinc y el dominio BTB contenedor de 20) incrementa las citocinas proinflamatorias mediadas por TLR y la producción de IFN tipo I al reprimir la transcripción Ikba. Estos estudios proveen una visión mecanística hacia el interior de la activación eficiente de la defensa del huésped mediada por TLR hacia microorganismos.
Regulación cruzada de la transmisión innata de señales
Dada la dificultad y el repertorio variable de los PAMPs y DAMPs que son reconocidos por PRRs y las vías de transmisión que inducen de manera relativa independiente, aunque de forma parcial superpuestas, distintos PRRs deben cooperar para generar las respuestas inmunes efectoras más apropiadas. Los efectos reguladores cruzados entre PRRs se pueden agrupar en 5 estrategias sinergistas o antagonistas.
Sinergia. La sinergia ocurre entre muchas vías de transmisión de señales mediadas por PRR para generar una respuesta efectora amplificada. La estrategia más simple para las clases limitadas de TLRs para hacer frente con el rango amplio de PAMPs es establecer un heterodímero combinante. Por ejemplo, TLR2 forma heterodímeros con TLR1 o TLR6 para inducir respuestas inmunes a diferentes componentes microbianos. Además, los receptores dectina 2 y dectina 3 de la lectina tipo-C asociada a células DC (también conocidos como CLEC6A y CEC4D, de manera respectiva) forman heterodímeros funcionales para defender contra infecciones fúngicas. Además, una combinación de activación de TLR3 y TLR4 con estimulación de TLR7, TLR8 y TLR9 aumenta de manera importante la producción de IFNγ e IL-12 y la capacidad polarizante a células T cooperadoras 1 (TH1) de las DCs. La coestimulación de TLR2 y TLR4 resulta en un incremento de la producción del TNF por macrófagos de ratón. Sin embargo, permanece poco claro si la comunicación cruzada sinérgica entre TLRs distintos ocurre mediante la modulación de la sensibilidad del receptor o el aumento de expresión de la parte baja de las vías de transmisión de señales, pero esta interacción sinérgica provee de manera clara al huésped con una defensa rápida y eficiente contra diferentes patógenos; también sugiere enfoques prometedores sobre la respuesta inmune innata.
La relación cruzada sinérgica entre TLRs y NLRs también tiene un rol importante al amplificar la maduración de DC y la activación de LPS y los agonistas de NOD1 y NOD2 promueven de manera sinérgica la producción de citocinas proinflamatorias y mejoran la maduración de las DC. Consistente con estos hallazgos, los agonistas de NOD1 y NOD2 actúan de manera sinérgica con agonistas de TLR3, TLR4 y TLR9 para desencadenar la producción de citocinas tipo Th1 y la capacidad polarizante a TH1 de las DCs. Estos hallazgos pueden proporcionar pistas importantes para el entendimiento de la patogénesis de infecciones microbianas complejas.
Amplificación. En adición a la interacción sinérgica entre los diferentes PRRs que amplifica las respuestas mediadas por PRR, una respuesta efectora mediada por PRR se amplifica de manera más común por otras señales inducidas por PRR mediante la regulación cruzada de sus distintas partes bajas de las vías de transmisión de señales (fig. 3).
La regulación cruzada que se describe como “amplificación” es importante para la cooperación entre TLR y las vías de transmisión de señales del inflamosoma. La activación de TLR induce la activación del NF-κβ, que a su vez promueve la transcripción de mRNA ILlB y la producción de la pro-IL-1β inmadura mientras que NLRPs induce la formación de inflamasoma que contiene caspasa, el cual convierte pro-IL-1β a IL-1β biológicamente madura. La transmisión de señales del NF-κβ activada por PRR puede favorecer la transcripción de NLRP3. Por lo tanto, la transmisión de señales de TLR amplifica la transmisión de señales del inflamosoma no sólo al generar pro-IL-1β inmadura, sino también al inducir la transcripción de NLRP3. Después de la activación del inflamosoma NLRP3, las partículas oligoméricas del inflamosoma NLRP3 se liberan de la célula y funcionan como señales de daño que amplifican las respuestas inflamatorias por la activación posterior de forma extracelular de la caspasa 1, así como de manera intracelular después de la fagocitosis por macrófagos circundantes. Estos dos estudios sugieren un nuevo modelo en el cual el inflamosoma extracelular NLRP3 amplifica de manera continua la respuesta inflamatoria.
Sin embargo, los hallazgos de que la expresión de IL-1β se eleva en los ratones Myd88-/-, Trifi -/- Myd88-/- e Il1r1-/- después de la infección por Mycobacterium tuberculosis sugieren que la transmisión de señales de TLR puede no ser esencial para la inducción de IL-1β in vivo. Consistente con esta hipótesis, las bacterias pueden activar la caspasa 1 por medio de producción de IL-1β de manera independiente de los TLRs. Investigadores también demostraron que las bacterias Gram-negataivas atraen a TRIF en la parte deja de la cascada de TLR4 para activar la caspasa 11 vía la transmisión de señales del IFN tipo I, que de manera subsecuente tiene una respuesta sinérgica con el inflamosoma NLPR para desencadenar la muerte celular: por consiguiente, la activación de NLRP3 dependiente de TRIF se inicia por TLR4, pero mediada por IFNs tipo I. Estas redes cooperadoras que involucran al inflamosoma ilustran que la amplificación de las vías de transmisión de señales de PRR es importante para la generación de respuestas inmunes innatas eficientes del huésped contra patógenos microbianos complejos.
Supresión. Debido a que la reacción cruzada sinérgica entre las señales TLR-TLR y TLR-NLR quizá también incremente el riesgo para una activación excesiva de las respuestas inmunes innatas y adaptativas, el sistema inmune del huésped evolucionó en varios mecanismos que suprimen la inflamación desfavorable. El pretratamiento de células inmunes innatas con el lipopéptido 2 que activa al ligando TLR-2 de los macrófagos (MALP2) y LPS, induce respuestas disminuidas a una exposición secundaria a MALP2 y LPS; además, el pretratamiento con MALP2 conduce a la producción reducida de TNF en respuesta a LPS, lo que indica tolerancia cruzada entre TLR2 y TLR4. De manera típica, mientras que la tolerancia de LPS inducida por LPS resulta principalmente de la inhibición de la expresión en la superficie del complejo TLR4-MD2, la tolerancia de LPS inducida por MALP-2 puede deberse a la regulación de vías de transmisión de señales citoplasmáticas. La tolerancia de LPS y la tolerancia cruzada son cruciales para el mantenimiento de la homeostasis inmune, la disfunción de la cual se asocia de manera amplia con enfermedades inflamatorias. La base mecanística para la tolerancia de LPS se describió de manera extensa en la literatura y por lo tanto aquí no se discutió en detalle. Agregado a esto, la producción de IFNα inducida por TLR-9 se suprime por cocultivo con el ligando TLR7, un fenómeno que probablemente se debe a un efecto directo de los ligandos TLR7 y TLR8 sobre TLR9. De manera similar, la estimulación concomitante por agonistas TLR2 bloquea la inducción de citocinas tipo TH1 por TLR3 y TLR4 in DCs humanas al inducir la producción de IL-10.
En la mayoría de los casos, NLRs parecen tener roles inhibidores en la transmisión de señales de TLRs. Por ejemplo, la trasmisión de señales de NOD2 suprime la activación mediada por TLR-2 de las respuestas del NF-κβ subunidad REL y células TH1, y la alteración en la regulación de la transmisión de señales de TLR2 aumenta la susceptibilidad para colitis. NLRP4 disminuye la producción de IFNβ posterior a la estimulación de dsRNA o dsDNA al reclutar la ubiquitina ligasa E3 DTX4 para degradar TBK1. NLRP6 también inhibe la activación de MAPK desencadenado por TLR y NF-κβ, y así impedir la defensa del huésped contra patógenos bacterianos. NLRP12 inhibe la transmisión de señales no canónica del NF-κβ y por consiguiente suprime la inflamación del colon y la tumorogénesis, se presume que es por medio de interacciones con TRAF3.
Las infecciones por el virus de la influenza pueden resultar en un incremento de la susceptibilidad a infecciones bacterianas secundarias. Los mecanismos inmunológicos subyacentes al incremento en la mortalidad y morbilidad de coinfecciones por bacterias y virus siguen sin ser claros, con dos mecanismos conflictivos propuestos. En el primer mecanismo, la producción de IFNs inducida por virus quizá suprima la defensa inmune innata contra patógenos bacterianos al inhibir el reclutamiento de granulocitos y la fagocitosis, y al suprimir la activación del NF-κβ y la producción de quimiocinas por los macrófagos alveolares en respuesta a las señales de TLR. Se mostró de manera reciente que IRF3 desencadenado por RLR ocupa de forma predominante la región promotora de Il12b sobre IRF5, para así atenuar la transcripción genética inducida por TLR. Como resultado, la activación de RLRs citosólico por infección viral hace que los ratones respondan en forma excesiva a la infección bacteriana por medio de la inhibición de las respuestas de células TH1 y TH17 mediadas por TLR. En el segundo mecanismo, el aumento de la expresión y/o función de los TLRs y la sobreproducción de citocinas inflamatorias se cree que inducen un resultado peor de la infección bacteriana secundaria. Un estudio reciente muestra que la morbilidad y la mortalidad incrementadas de las coinfecciones del virus de la influenza y la Legionella pneumophila son causadas por una habilidad disminuida para tolerar el daño tisular. Este estudio encontró que, al atacar los mecanismos de tolerancia, pero no suprimir las vías de inflamación, se incrementó la supervivencia de ratones coinfectados, lo que sugiere enfoques terapéuticos potenciales para coinfecciones bacterianas y virales.
Retroalimentación de la amplificación. Los TLRs y el sistema del complemento son defensas rápidas del sistema inmune innato que son cruciales para la eliminación de microorganismos invasores y el inicio de respuestas inmunes adaptativas (Fig. 3). Aunque los TLRs y los componentes del complemento pueden disparar respuestas proinflamatorias de manera independiente, los complementos de los dos sistemas pueden interactuar entre sí en un bucle de retroalimentación positiva para favorecer la primera línea de defensa contra patógenos.
Los agonistas TLR LPS y CpG ODNs pueden activar de manera directa las vías del complemento. Además, la estimulación de TLR mejora las respuestas proinflamatorias inducidas por el componente 5a del complemento (C5a) al reducir la actividad del receptor 2 de C5a (C5L2; también conocido C5AR2), el cual es un regulador negativo de C5aR. De manera sucesiva, una combinación de LPS y C5a resulta en una producción incrementada de citocinas proinflamatorias. La producción incrementada de TNF, IL-1β e IL-6 después de la estimulación de TLR4, TLR2-TLR6 y TLR9 se observó en ratones deficientes en el factor acelerador de la caída del complemento (DAF), un inhibidor de complemento en la membrana. La respuesta TLR4 elevada en ratones deficientes de DAF correlaciona con una activación incrementada de MAPK y NF-κβ y es mediada por C5aR y C3aR. Además, la maduración y producción de citocinas inducidas por CpG ODN por células presentadoras de antígeno se suprime de manera importante por la inhibición de la cascada del complemento en C3. Así, el sistema del complemento, que se activa de manera potencial por las señales TLR, quizá incremente las respuestas TRL. Esta amplificación bidireccional entre los dos sistemas aumenta la pregunta de si el TLR y las vías de transmisión de señales del complemento pueden formar un complejo receptor funcional. CD14 se asocia de forma física con el receptor tipo 3 del complemento (CR3) seguido de la estimulación de TLR-4, y la microscopía confocal sugiere que C5aR y TLR2 se asocian en macrófagos estimulados por Porphyromonas gingivalis. De manera notable, las interferencias entre el complemento y la transmisión de señales de TLR son mucho más complejas, con el involucro extensivo de mediadores reguladores y la complicada interrelación de las cascadas intracelulares, lo cual se describió a detalle en revisiones previas.
Supresión de la retroalimentación. Algunos miembros de la familia NRL se encuentran involucrados en la limitación de la respuesta inmune innata inducida por TLR en una manera de retroalimentación (Fig. 3). Se demostró que la expresión de mRNA NLRC3 (familia NLR que contiene CARD3) se afecta por la estimulación de LPS en macrófagos, pero se restaura cuando regresa la homeostasis celular. Por el contrario, NLRC3 inhibe la ubiquitilación ligada a K63 de TRAF6, que da como resultado daño en activación del NF-κβ y la producción de citocinas proinflamatorias en macrófagos, y a inflamación sistémica atenuada. En consecuencia, la transmisión de señales TLR inhibe la expresión de NLRC3, y de este modo liberar NF-κβ desde la inhibición mediada por NLRC3 y asegurr la producción de citocinas proinflamatorias. En contraste, el miembro XI de la familia NLR (NLRX1), que se ubiquitila de forma rápida después de la estimulación de LPS, inhibe la activación de NF-κβ desencadenada por TLR al interferir con la transmisión de señales TRAF6-NF-κβ. Por consiguiente, estos miembros NLR forman un control esencial para la inflamación inducida por TLR.
Se requieren investigaciones adicionales para entender cómo diferentes NLRs tales como NLRP4, NLRP12, NLRC3 y NLRX1 afectan distintas moléculas de transmisión de señales, y también para entender el significado fisiológico y patológico de su selectividad celular y de transmisión de señales. Es de notarse que, dos estudios recientes resaltan la inhibición cruzada de la activación de inflamosomas por la transmisión de señales de TLR por medio de la molécula antiinflamatoria A20. La deficiencia de A20 demostró promover la activación de NLRP3 y la activación subsecuente de caspasa, piroptosis y la secreción de IL-1β, que contribuyen a la patogénesis de la artritis reumatoide in vivo. A20 demostró inhibir la necroptosis por medio de deubiquitilación de la proteína cinasa 3 serina-treonina que interactúa con el receptor de la cinasa (RIPK3) y para prevenir la formación del complejo RIPK1-RIPK3, que promueve la necroptosis.
Las interferencias entre las vías de TLR y el receptor Fc para IgG (FcγR) se implicaron en la enfermedad autoinmune. La expresión de FcγRs (FcγRI, FcγRII y FcγRIII) inducida por TLR4 promueve el desarrollo temprano de artritis mediada por complejos inmunes. El aumento de la expresión de FcγRs mediada por TLR4 y esta es mediada ampliamente por IL-10. En contraste, FcγRIIB puede moderar la secreción de citocinas proinflamatorias mediada por TLR4 de las DCs, probablemente por medio del involucro de la fosfatidilinositol 3-cinasa (PI3K) y AKT, que incrementan la capacidad de las DCs para inducir células T reguladoras y células TH2. El efecto supresor de FcγRIIB en las respuestas inflamatorias desencadenadas por TLR4 en los macrógafos depende de la disminución de la activación del NF-κβ y la expresión de TLR4, pero la activación de la vía de la proteína cinasa A. Aunque ya se describió un mecanismo detallado, la modulación de TLRs por la transmisión de señales de FcγRIIB proveerá claves para el tratamiento de enfermedades autoinmunes con la activación disregulada de complejos inmunes y la transmisión de señales de TLR.
Perspectiva y retos futuros
El descubrimiento de PRRs mejoró de forma importante el conocimiento de cómo el sistema inmune detecta patógenos e inicia las respuestas inmunes innatas. Con un sistema flexible y dinámico de autorregulación, la transmisión de señales innata dependiente de PRRs trabaja para inducir la respuesta inmune innata más favorable. La regulación cruzada de PRRs además confiere la habilidad para responder de manera apropiada a una variedad larga de señales de estrés y patogénicas exógenas y endógenas. La red regulada de manera tan estrecha que comprende modificaciones epigenéticas, modificaciones postraslacionales y modificaciones metabólicas, es esencial para orquestar de forma apropiada la respuesta inmune innata adaptativa, y para la prevención de desórdenes inmunes dañinos relacionados. El conocimiento de los mecanismos reguladores de la transmisión de señales de PRR permitirá ver la luz en la patogénesis de enfermedades autoinmunes y autoinflamatorias y proveerá importantes claves para el diagnóstico y tratamientos terapéuticos para las enfermedades inmunológicas relacionadas.
Varios aspectos intrigantes e importantes de la transducción y regulación de la transmisión de señales innata desencadenada por PRR aún se encuentran poco precisos, y por lo tanto presentan retos para investigación futura.
Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC , Hospital Universitario “Dr. José, Eleuterio González” UANL, Monterrey, México
Dra. med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. med. Carmen Zárate Hernández Profesor
Dra. Lissette Ramos Valencia Residente 2° Año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
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