Mecanismos moleculares mediante los cuales diversas células inmunitarias reconocen las células diana
Revisión de Chinese Journal of Immunology, volumen 15, número 10, 1999
Autor: He Wei
Unidad: Academia China de Ciencias Médicas Instituto de Ciencias Médicas, Departamento de Inmunología, Facultad de Medicina Básica, Facultad de Medicina de la Unión de Pekín, Beijing 100005.
Las células T expresan dos receptores de antígenos (TCR): TCR α β y TCR γ δ. El TCRαβ puede reconocer específicamente péptidos antigénicos presentados por moléculas MHC de clase o clase II en la superficie de las células presentadoras de antígenos (APC), mientras que el TCRγδ reconoce principalmente varios antígenos de manera no restrictiva mediante el MHC. En los últimos años, se han estudiado intensamente los tipos y métodos de reconocimiento de antígenos por TCRγδ. En este artículo se revisan sus avances.
1 Las características de diversidad y distribución de TCRγδ sugieren la particularidad del reconocimiento de antígenos.
Al igual que el TCRαβ y la inmunoglobulina (Ig), el gen TCRγδ consta de regiones recombinantes V, D, J y C. Aunque la diversidad de la región V de los sitios γ y δ no es tan buena como la de α y β, la diversidad de sus regiones de unión hace que la existencia de TCRγδ supere incluso el potencial de diversidad de TCRαβ [1]. Sin embargo, muchos subconjuntos de células T γδ utilizan sólo una parte limitada de su repertorio de receptores, y algunas combinaciones específicas de Vγ, Vδ y secuencias enlazadoras conducen a la monotonicidad de la estructura de TCRγδ [1]. Hay tres vías de desarrollo para las células γδT de ratón: el primer grupo se desarrolla en el timo fetal y las células γδT producidas en lotes ingresan a tejidos epiteliales específicos, respectivamente. Estas células recombinan un único gen gamma/delta y tienen una única secuencia conectora, exhibiendo una única especificidad. Las células Vδ5 ingresan a la piel y las células Vδ6 ingresan al epitelio del tracto genital y a la lengua. El segundo grupo se desarrolla en el timo adulto, expresa principalmente Vγ1 o Vγ4 o una pequeña cantidad de Vγ2 o Vγ7, tiene polimorfismos de unión extensos, se distribuye principalmente en la sangre periférica y ocasionalmente ingresa al tejido mucoso. El tercer grupo se desarrolla independientemente del timo, principalmente Vγ7 y Vγ1, con grandes polimorfismos de unión, distribuidos principalmente en el epitelio del intestino delgado. Por lo tanto, la especificidad antigénica de las células T γδ varía desde una especificidad única hasta una extremadamente variable [2]. La predeterminación de las células T γδ en diferentes sitios de distribución sugiere que pueden ser una población especial de células T que reconocen antígenos específicos, en lugar de una distribución aleatoria de células TCRαβ. En humanos, Vδ usa solo una de las cadenas delta. En sangre periférica de adultos, más del 70% de los Vδ expresan Vδ2 y el resto son Vδ1. Vδ2 y VR9*** representan, Vδ1 y vγ* * * representan [3].
2 Tipos y mecanismos de reconocimiento de antígenos por las células γδT
2.1 Moléculas del MHC Se ha informado en la literatura que las células γδT de ratón y humanas pueden reconocer moléculas del MHC de clase I y II. Las células T γδ (Vδ9) de sangre periférica humana pueden reconocer moléculas de MHC de clase II en la superficie de células dendríticas (DC)/monocitos alogénicos [4].
1987 Matis et al. establecieron algunas líneas de células T γδ restringidas en MHC estimulando células del bazo de ratones atímicos in vitro con APC alogénicas [5]. Reconocen moléculas de MHC no propias en células alogénicas y exhiben respuestas específicas, pero su especificidad es diferente de la de las células T αβ tradicionales. Por ejemplo, la línea de células T γδ LBK5 puede reconocer múltiples productos alélicos de moléculas I-E del MHC de clase II [6]. IEK es una molécula MHC de clase II en ratones que puede unirse a una variedad de péptidos y superantígenos y estimular la activación de las células T αβ. Schild et al. descubrieron que cuando LBK5 reconocía a IEK, la unión del péptido a IEK no transmitía especificidad y no se iniciaba la terapia antigénica clásica [7]. Las diferentes capacidades de varias células para estimular LBK5 se pueden atribuir a la expresión de moléculas de MHC en su superficie, independientemente de la fuente y el tipo de células y de los factores que afectan la carga de péptidos de MHC. La intensidad de la estimulación de LBK5 por la proteína IEK unida a la placa es similar a la provocada por las células que expresan IEK. Estos resultados indican que LBK5 reconoce directamente las moléculas IEK.
También existen numerosos informes de que las células γδT pueden reconocer moléculas MHC no clásicas. Los antígenos T10 y T22 reconocidos por la cepa G8 se aislaron del bazo de ratones desnudos Balb/c [6,7].
Porcelli et al. aislaron células T γδ restringidas en CD1c de pacientes inmunocomprometidos. Schild et al. realizaron un estudio en profundidad sobre la línea G8 y encontraron que T10 y T22 tienen un 94% de homología [7]. Al igual que LBK5, los clones G8 reconocen T10/T22 sin la necesidad del procesamiento de antígenos tradicional. De manera similar, la capacidad de diferentes células para activar las células T γδ también se atribuye a su expresión de MHC en la superficie y no se ve afectada por el procesamiento de antígenos de clase I/II. Por ejemplo, tanto la línea celular de ratón RMA-S como la línea celular humana T2 tienen defectos en la carga de péptidos en moléculas de clase MHC, y tanto RMA-S como T2 transfectados con T22 pueden activar células G8. Curiosamente, G8 puede reconocer T10/T22 expresado en células de Drosophila, pero Drosophila no tiene un sistema inmunológico de mamífero y carece de los factores necesarios para el procesamiento y la presentación de antígenos. Los resultados anteriores indican que estos clones de células T γδ restringidos a MHC parecen ser incapaces de reconocer el MHC clásico mediante el procesamiento y la presentación de antígenos. Las propias moléculas del MHC se consideran antígenos y los péptidos cargados en estas células no funcionan como ligandos. También se ha informado que el clon de células γδ TgI4.4 puede reconocer una glicoproteína GI transmembrana T del herpes simple [8]. La gI intacta de tipo salvaje expresada en células RMA-S deficientes en el procesamiento de antígenos puede ser reconocida por las células TgI4.4, al igual que la gI-Ig recombinante soluble recubierta en placas, lo que indica que la gI puede expresarse en ausencia de procesamiento de antígenos y otras moléculas. presentados son directa y completamente reconocidos. Las células T γδ parecen preferir el reconocimiento directo de antígenos proteicos sin procesamiento ni presentación. Las moléculas específicas del MHC se consideran antígenos en lugar de moléculas presentadoras de antígenos.
2.2 Moléculas no MHC Obviamente, en comparación con el enorme polimorfismo de secuencia del TCRγδ, todavía existen muy pocos tipos clásicos de reconocimiento de antígenos. Una gran cantidad de literatura muestra que TCRγδ tiene una vía de reconocimiento de antígenos completamente diferente a la de TCRαβ. Se ha demostrado que existen dos tipos de moléculas que son ligandos de TCRγδ: pequeñas moléculas no peptídicas que contienen grupos fosfato y proteínas de choque térmico.
2.2.1 El grupo de fosforilación Vγ9/δ2, el principal subconjunto de células T γδ humanas, puede estar presente en grandes cantidades en sitios de infección micobacteriana y reaccionar con bacterias y parásitos in vitro. Se descubrió que los ingredientes activos de las micobacterias eran compuestos no peptídicos de bajo peso molecular (1 ~ 3 KD), incluido el esqueleto de carbohidratos y el ácido fosfórico. Constant et al. aislaron cuatro sustancias solubles en agua diferentes de la cepa H37RV de Mycobacterium tuberculosis: TUBag1-4. TUBag4 es timidina 5'-trifosfato, y su γ-fosfato es reemplazado por un grupo de bajo peso molecular y composición indeterminada [9]. TUBag3 es estructuralmente similar a 4, pero es uridina en lugar de timidina. 1 y 2 son fragmentos no nucleotídicos de 3 y 4 y tienen actividad mínima. TUBag4 puede estimular la expansión de las células T Vγ9/δ2 de sangre periférica y otras células T γδ específicas. Estos compuestos se encuentran en microorganismos y mamíferos. Dado que es difícil aislar antígenos naturales a partir de filtrados o extractos de cultivos de micobacterias, Tanaka Y et al sintetizaron por primera vez una serie de compuestos de fosfato monobase y descubrieron que algunos de ellos, especialmente los compuestos de fosfato de monoetilo, podían imitar la respuesta de las células T Vγ9/δ2 a las micobacterias. [10]. Más tarde, informaron sobre este ligando natural para las células T γδ: pirofosfato de isopentenilo (IPP) y derivados terpenoides relacionados (isopentenilo) pirofosfato. Sin embargo, reemplazar el grupo pirofosfato por un grupo fosfato debilitará en gran medida su antigenicidad. El IPP y los pirofosfatos terpenoides relacionados son precursores activos de compuestos lipófilos como vitaminas, lípidos y esteroides. Estos intermediarios terpenoides de pirofosfato están presentes en células bacterianas y de mamíferos, y su reconocimiento por el subconjunto de células T humanas Vγ9/δ2 puede explicar parcialmente su reactividad contra una variedad de líneas celulares tumorales. Todos los estudios anteriores utilizaron líneas de células T γδ activadas, libres de APC y otras citocinas. La mayoría de los estudios posteriores han demostrado además que las interacciones de las células T-T son necesarias para la activación del grupo fosfato de las células T γδ, mientras que el reconocimiento per se no requiere la expresión de moléculas MHC de clase I/II, CD1, TAP1/TAP2 o DMA/DMB.
Aunque APC está presente en algunos sistemas de investigación, se cree que no está restringido por MHC y su función puede estar relacionada con el suministro de las citocinas necesarias para el crecimiento de las células T γδ. El estudio de Carena et al. demostró además la importancia especial de las moléculas MHC en la superficie de APC en el reconocimiento de ligandos del grupo fosfato por parte de las células T γδ [11]. CD94 (heterodímero NKG2-A/B) es un receptor expresado en la superficie de la mayoría de las células T γδ y puede unirse específicamente a moléculas de MHC. Descubrieron que cuando CD94 se une a las moléculas del MHC, puede regular negativamente la activación de las células T γδ a través de ligandos fosforilados. Cuando el ligando está en una concentración baja, el efecto inhibidor de CD94 es más evidente, aumentando así el umbral de activación de las células T γδ. En condiciones fisiológicas, este mecanismo es importante para prevenir respuestas autoinmunes.
También se ha aclarado inicialmente otra cuestión importante, es decir, si la diversidad de TCRCDR3 afecta a la especificidad de los ligandos fosforilados de las células T Vγ9/δ2. Al tomar un conjunto aleatorio de clones celulares y probar diferentes ligandos, se encontró que todos los clones exhibían la misma forma de reactividad cruzada. No es posible seleccionar clones específicos para un único ligando. Además, las líneas o clones de células T exhiben la misma forma de reactividad cruzada independientemente de la estimulación fuerte o débil [12]. A pesar de la reactividad cruzada, estas células son muy específicas en su estructura de ligandos. El número y la posición de los grupos fosfato y el tipo de esqueleto de la cadena de carbono son muy importantes para la activación de las células T. Por lo tanto, el subconjunto de células T oligoclonales Vγ9/δ2 T tiene una amplia reactividad cruzada y especificidad de ligando.
2.2.2 Proteína de choque térmico (hsp) Alrededor de 1990, hubo un gran número de informes de que las células T γδ reconocían a miembros de la familia HSP. El fenotipo de la subpoblación de células T γδ que reconoce hsp en la sangre periférica o en la sangre del cordón umbilical es principalmente Vγ9/δ2, que es rico en polimorfismos de unión y se descubrió originalmente a partir de una infección bacteriana. Los miembros de la familia hsp reconocidos por las células T γδ humanas y de ratón son principalmente hsp60 y HSP 65 [13]. Posteriormente, se descubrió que las proteínas de choque térmico altamente expresadas en la superficie de algunas células tumorales pueden activar las células T Vγ9/δ2, como la hsp60 en la superficie del linfoma de Daudi y la HSP 72 en la superficie de las células de cáncer de pulmón [14, 15]. . Los anticuerpos monoclonales de la proteína de choque térmico pueden inhibir al menos parcialmente esta respuesta. Esta respuesta se correlaciona positivamente con la expresión de proteínas de choque térmico en la superficie de la célula diana. En algunas enfermedades autoinmunes, también se ha confirmado el reconocimiento de HSP en la superficie de las células diana por parte de las células T γδ. Por ejemplo, las células T γδ pueden reconocer hsp en la superficie de los oligodendrocitos en pacientes con esclerosis múltiple, provocando la muerte celular [16].
La Hsp, como proteína chaperona molecular altamente conservada, está ampliamente presente en células procarióticas y eucariotas. Además de la expresión constitutiva, también se puede inducir una expresión elevada en diversas condiciones de estrés, como altas temperaturas, hipoxia, radiación, infección y envenenamiento. Las proteínas de choque térmico desempeñan funciones integrales en el plegamiento, la transferencia y el ensamblaje de subunidades de proteínas, y también desempeñan un papel en muchas respuestas inmunitarias. Se unen a una variedad de proteínas y péptidos y participan en la presentación de antígenos, por lo que las APC pueden procesar péptidos unidos para formar complejos molécula-péptido estables similares a MHC. Por otro lado, hsp también puede actuar como una molécula presentadora de antígeno al expresarse en la superficie celular [17] porque la estructura tridimensional de su sitio de unión al péptido N-terminal es similar al sitio de unión al péptido similar al MHC. En diversas condiciones de estrés, la alta expresión de proteínas de choque térmico induce la activación de las células T γδ. Mediante la producción de citocinas y actividad citotóxica, las células T γδ pueden desempeñar un papel en la eliminación rápida de factores de estrés y células dañadas e iniciar respuestas inmunitarias posteriores.
3 Bases estructurales del reconocimiento de antígenos por las células γδT
En resumen, el reconocimiento de antígenos por las células γδT no es similar al de las células αβT, sino más similar al reconocimiento directo de antígenos por Ig, no existen restricciones de MHC. Los estudios comparativos sobre las estructuras moleculares de TCRγδ y TCRαβ explican esta diferencia en cierta medida. La estructura secundaria de TCRαβ y TCRγδ es similar a la de Ig. Los tres forman una única Ig o TCR mediante la recombinación de V, D y J, formando así especificidad por el antígeno.
Los resultados de la difracción de rayos X muestran que el bucle CDR3 y el TCRαβ de Ig son estructuras clave para reconocer péptidos, por lo que se especula que regiones similares de la cadena γ/δ también desempeñan un papel similar. Rock et al. analizaron la longitud de CDR3 de las cadenas de receptores de Ig y TCR de ratones a humanos [18]. La CDR3 de la cadena ligera de Ig es más corta y tiene una longitud relativamente fija, mientras que la CDR3 de la cadena pesada es más larga y el rango de longitud varía mucho, lo que puede indicar que la Ig reconoce muchos antígenos de diferentes tamaños en un amplio rango desde moléculas pequeñas. a grandes patógenos. El rango de distribución de longitud de CDR3 de TCRαβ es estrecho y las longitudes de CDR3 de las cadenas α y β son similares, lo que puede reflejar los requisitos funcionales de la cadena αβ, es decir, contactar con MHC y unir péptidos al mismo tiempo. La CDR3 de cadena γ de TCRγδ es corta y tiene un rango de longitud pequeño, mientras que su CDR3 de cadena δ es larga y tiene un rango de variación grande. Por lo tanto, en términos de longitud de CDR3, TCRγδ está más cerca de Ig que TCRαβ.
En reacciones de linfocitos mixtos, la frecuencia de clones de células T γδ que reconocen moléculas MHC homólogas es muy baja en comparación con la frecuencia de clones homoreactivos de células T αβ. Además, la mayoría de los clones celulares tienen una alta reactividad cruzada, lo cual es extremadamente raro entre los clones alorreactivos de células T αβ, lo que sugiere que la respuesta de TCRγδ al MHC es similar al reconocimiento del MHC por parte de Ig.
4 Conclusiones y preguntas
La diversidad y complejidad del reconocimiento de antígenos de las células γδT hacen difícil resumir toda la importancia biológica de las células γδT. Sin embargo, los resultados de las investigaciones existentes parecen haber revelado las características funcionales básicas de las células T γδ. La restricción no MHC de las células T γδ a los antígenos y la falta de procesamiento y presentación de antígenos sugieren que las células T γδ pueden responder más rápido que las células T αβ cuando se producen cambios anormales en el cuerpo (como el estrés). Además, las células T γδ también pueden responder a antígenos que las células T αβ no pueden reconocer, complementando funcionalmente a estos últimos. Además, las funciones de vigilancia inmune de las células T γδ son extensas porque sus ligandos de reconocimiento, como HSP y fosfato, son ubicuos en la naturaleza. Después de un largo período de evolución, a través del procesamiento complejo y la presentación precisa de péptidos antigénicos por parte de APC, las células T αβ han logrado sus características de respuesta inmune de alta especificidad antigénica, restricciones estrictas de MHC y división detallada de responsabilidades (Th y CTL), lo que permite que el sistema inmunológico sea altamente eficiente, colaborativo y ordenado en la eliminación de biomoléculas o patógenos extraños. Por otro lado, las células γδT responden de manera más amplia, rápida y directa a los eventos de estrés en el cuerpo, y sus métodos de respuesta también son más universales. Es decir, las células γδT pueden ejercer simultáneamente funciones duales de citotoxicidad y secreción de citoquinas. Algunas partes específicas, como las células epiteliales, las células T γδ que expresan receptores TCR únicos y específicos parecen existir para emergencias localizadas de alta frecuencia. En resumen, durante la respuesta inmune, las células T γδ pueden desempeñar un papel en el inicio, la coordinación y el complemento de las funciones de las células T αβ.
La investigación actual sobre el reconocimiento de antígenos de células γδT aún necesita profundizarse en muchos aspectos. ¿Cuáles son los requisitos estructurales básicos para que las células T γδ reconozcan antígenos proteicos? En la activación de las células T γδ, no está claro cómo desempeña el papel hsp. ¿Las células T γδ reconocen directamente las moléculas de hsp en la superficie celular o reconocen los péptidos que presentan? De hecho, el papel de los péptidos transmitidos por HSP no se ha estudiado de forma clara y completa. ¿Cuál es el significado de la diversidad de TCR CDR3? Dado que las HSP y los metabolitos de fosfato son componentes propios y no propios, ¿por qué no se seleccionan clones de células T γδ autorreactivas del banco de células durante el desarrollo? En la respuesta inmune causada por estas sustancias, ¿la especificidad de las células T γδ apunta tanto a componentes extraños como autólogos? Sólo aclarando a fondo estas cuestiones se podrá realizar una evaluación integral y profunda de las funciones biológicas de las células T γδ, y sus resultados teóricos podrán utilizarse en el tratamiento de tumores y enfermedades autoinmunes.
Desde 1994, hemos estudiado sistemáticamente sus características, distribución, subpoblaciones, adquisición selectiva de moléculas receptoras, propiedades funcionales y su implicación en tumores y enfermedades autoinmunes, con el objetivo de desvelar el misterio de sus funciones. información y promueve la aplicación de sus resultados teóricos en la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Sobre el autor: He Wei, hombre, 43 años.
Doctor en Medicina, profesor, supervisor de doctorado alemán, vicedecano de la Facultad de Medicina Básica del Peking Union Medical College y subdirector del Instituto de Medicina Básica de la Academia China de Ciencias Médicas. Miembro de la Rama de Inmunología Básica de la Sociedad China de Inmunología, director de la Sociedad de Inmunología de Beijing y miembro del consejo editorial de "Foreign Medical Immunology", "Chinese Journal of Microbiology and Immunology" y "Chinese Journal of Immunology". Después de regresar a trabajar en China en 1994, * * * presidió el Proyecto Nacional Clave de Investigación y Desarrollo Básico (973), el Proyecto de Investigación Clave 95, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales, el Programa de Alta Tecnología en Biotecnología 863, el Fondo del Ministerio de Salud. , el Fondo del Programa Nacional de Doctorado, el Fondo de la Comisión de Educación, proyectos de investigación cooperativa chino-estadounidense, chino-japonés, chino-alemán y 15 proyectos de la Academia China de Ciencias Médicas. La investigación científica se centra en el papel de las células T γδ en la inmunidad antiinfecciosa, la inmunidad tumoral y la autoinmunidad, la expresión clonal del gen IL-15 y el efecto antitumoral de la vacuna tumoral transgénica IL-15, la relación entre peroxidación e inmunidad. en el envejecimiento, Regulación genética de la degeneración tímica y diagnóstico inmunológico de la enfermedad de Alzheimer. En la actualidad, * * * ha publicado 35 artículos (8 artículos extranjeros), 2 monografías y ganó el segundo premio de premios provinciales y ministeriales de investigación científica.