TEMA 3. MOLECULAS DE ADHESION. RECIRCULACION LINFOCITARIA

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1 TEMA 3. MOLECULAS DE ADHESION. RECIRCULACION LINFOCITARIA Los leucocitos vigilan constantemente nuestro organismo utilizando el sistema circulatorio; cuando se detecta una infección las células atraviesan la pared de los vasos y se dirigen al sitio de infección. Todo ello es posible gracias a la existencia de las llamadas moléculas de adhesión, que detienen a los leucocitos en la pared de los vasos locales (del tejido infectado) y los inmovilizan hasta que la acción de otros mediadores (las quimiocinas) los dirigen hacia el foco de infección. MOLÉCULAS DE ADHESION CELULAR Las células de nuestros tejidos se mantienen unidas gracias a las interacciones moleculares que hay entre ellas. En cambio, las células del SI pueden atravesar de una a otra parte del organismo. Lo curioso es que las mismas moléculas que se utilizan para mantener juntas a las células de los tejidos (Moléculas de adhesión celular = CAMs) se usan por os leucocitos para interaccionar con las células de los tejidos. El endotelio vascular actúa de portero, regulando el paso de moléculas y células desde la sangre a los tejidos; el proceso, en lo que se refiere a las células, se denomina extravasación. Para que los linfocitos alcancen los órganos linfoides periféricos o los sitios de inflamación Las células endoteliales expresan CAMs que son específicas para los leucocitos, aunque algunas de ellas se expresan constitutivamente y otras lo hacen solo en respuesta a la concentración local de citocinas inflamatorias que se producen durante una respuesta inflamatoria. Aquellas células circulantes con un receptor que se une a las CAMs que hay sobre las células del epitelio vascular son las que pueden extravasarse a los tejidos. Los linfocitos recirculantes tienen receptores que se fijan a las CAM del endotelio vascular, lo que les permite extravasarse hacia los tejidos. Además de su papel en la unión de los leucocitos a las células endoteliales las CAMs que hay sobre los leucocitos aumentan la fuerza de las interacciones funcionales entre las células del SI. Hay varias moléculas de adhesión que contribuyen a las interacciones entre: Células Th y CPAs Th y células B Células Tc y células blanco La mayoría de las CAMs pertenecen a cuatro familias de proteínas, que son: Selectinas Tipo mucina Integrinas Inmunoglobulinas (Ig) Selectinas Son glucoproteínas de membrana que tienen un dominio extracelular tipo lectina, lo que les permite unirse de forma específica a grupo de hidratos de carbono (azúcares). La interacción primaria de las selectinas es con una porción hidrocarbonada que tiene ácido siálico (sialilada) y que se denomina sialil-lewis x y que se encuentra unida con frecuencia a las moléculas tipo mucina. La familia incluye tres moléculas, llamadas:

2 L-Selectina (CD62L) que se expresa sobre la mayoría de los leucocitos circulantes E-Selectina (CD62E) que se expresa sobre las células endoteliales durante una respuesta inflamatoria, tras la estimulación de su síntesis por citocinas proinflamatorias P-Selectina (CD62P), se almacena en unos gránulos de las células endoteliales (llamados de Weibel-Palade) que, tras la estimulación de la célula endotelial, se funden con la membrana plasmática quedando las P-Selectinas sobre la superficie celular. La mayoría de los leucocitos circulantes expresan L-Selectina, mientras que las otras dos se expresan sobre las células endoteliales durante la respuesta inflamatoria. Estas selectinas son las responsables de la adhesión inicial de los leucocitos al endotelio vascular. Mucinas Constituyen un grupo de proteínas ricas en serina y treonina y muy glucosiladas. Su estructura extendida les permite presentar porciones como sialil-lewis y otras estructuras hidrocarbonadas para que se capturen por las selectinas. Integrinas Son proteínas hetero-diméricas con una cadena α y otra β, asociadas de forma no covalente, que se expresan sobre la superficie celular. La mayoría interacciona con las moléculas de la matriz extracelular y mantienen la estructura de los tejidos en todo el organismo. Algunas subfamilias (con una subunidad común) se unen a las moléculas de adhesión de la superficie celular e intervienen en las interacciones célula-célula. Los leucocitos expresan una subfamilia específica de integrinas (conocida como β2), así como otras varias, que también se expresan sobre otros tipos celulares. Las β2 se unen a las proteínas de la SPF de las Ig, y a proteínas asociadas a la respuesta inflamatoria. Algunas integrinas necesitan activarse para unirse con alta afinidad a sus ligandos y su agrupamiento sobre la membrana celular aumenta la probabilidad de unión efectiva. Su importancia se refleja en la deficiencia de adhesión de los leucocitos (LAD) tipo 1, unas enfermedades autosómica recesiva que se caracteriza por la presencia de infecciones bacterianas recurrentes y dificultad para curar las heridas. Una deficiencia similar se ve en individuos que tienen alterada la expresión de selectinas y se denomina LAD tipo 2. La combinación de integrinas que expresa un tipo dado de célula es lo que la permite unirse a las diferentes CAMs que hay sobre la superficie del endotelio vascular. Superfamilia de las Ig (ICAMs) Esta SPF incluye moléculas de adhesión con dominios tipo Ig, como ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD102), ICAM-3 (CD50) y VCAM (CD106), que se expresan sobre las células del endotelio vascular y se unen a varias moléculas de integrinas. Hay una molécula de adhesión (llamada MadCAM-1) que tiene dominios tipo Ig y tipo mucina, que se expresa sobre el endotelio de la mucosa y dirige la penetración de los linfocitos en la misma; se une a una integrina vía dominio tipo Ig y a L-Selectina vía dominio tipo mucina. También hay adhesiones homotípicas entre miembros de la SPF..

3 La molécula PECAM-1 ([molécula 1 de adhesión células endoteliales-plaquetas] CD31) está en la superficie de leucocitos (neutrófilos, monocitos y un subtipo de linfocitos T) y en complejos que unen a las células endoteliales. Presenta unión homotípica, donde el PECAM-1 de una célula se une al PECAM-1 de otra. La molécula de adhesión JAM-1 (CD321) también se encuentra en las uniones endoteliales y puede interaccionar consigo misma y con Integrinas, lo que le otorga un papel en la migración trans-endotelial. También puede encontrarse unión homotípica entre miembros de la SPF Ig en otros tipos celulares, como ocurre con L1 y NCAM sobre las células neurales. Ejemplos de moléculas de adhesión celular (CAM) de distintas familias Tipo mucina Selectinas SPF Ig Integrinas GliCAM-1 Selectina L ICAM-1, 2 y 3 VLA-4 (α 4 β 1 ) CD34 Selectina P VCAM-1 VLA-6 (α 6 β 1 ) PSGL-1 Selectina E LFA-2 (CD2) LFA-1 (α 1 β 2 ) MadCAM-1 LFA-3 (CD58) MaC-1 (αmβ 2 ) MadCAM-1 RECIRCULACION DE LOS LINFOCITOS Al contrario del resto de las células, los linfocitos recirculan constantemente a través de la sangre, la linfa y los órganos linfoides secundarios. Tras un breve tránsito por la sangre (unos 30 m.) casi el 45% de ellos la abandona directamente a través del bazo, donde residen aproximadamente unas 5 horas. Una cantidad casi igual de linfocitos (42%) sale de la sangre a través de los ganglios linfáticos, donde residen unas 12 horas. Un número pequeño de linfocitos (10%) migra a los tejidos extralinfoides terciarios atravesando a través de las células endoteliales de los capilares. Estos tejidos normalmente albergan pocos (o ninguno) linfocitos a menos que se reclamen por la presencia de una respuesta inflamatoria. Los tejidos terciarios extra-linfoide más activos son lo que forman la interfase con el exterior, tales como piel y epitelios mucosos gastrointestinales, pulmonares y genito-urinarios. La recirculación mantiene una dotación óptima de linfocitos específicos distintos, que pueden encontrar a cualquier antígeno. Un linfocito individual hace el circuito sangre tejidos linfa sangre entre una y dos veces diarias. Como solo uno entre linfocitos reconoce un antígeno particular parece que este mecanismo permite a un ayor número de células T y B reconocer al antígeno (sobre células presentadoras o en forma soluble) y desencadenar la respuesta adaptativa en menos tiempo. Los contactos entre células presentadoras y células T se aumentan mucho gracias a los factores que regulan, organizan y dirigen la circulación de linfocitos y células presentadoras de antígenos. PASO DE LOS LINFOCITOS A TRAVÉS DEL ENDOTELIO VASCULAR 1.- Por las vénulas endoteliales altas Aunque algunos linfocitos abandonan la sangre a través de vénulas no especializadas, la ruta de salida principal en los mamíferos es a través de una sección especializada de las vénulas post-capilares que se conocen como vénulas endoteliales altas (HEV). Estas HEV abundan en la zona para-cortical de los GL, son menos abundantes en la zona cortical y faltan en la zona medular. Además de en los GL, las HEV también se encuentran en el MALT (Tejido linfoide asociado a las mucosas) y en el timo. Algunos linfocitos, principalmente los T, llegan a través de los vasos linfáticos aferentes (en lugar de a través de las HEV), que es la ruta principal de llegada de los antígenos al GL.

4 Las HEV son estructuras permanentes de los tejidos linfoides secundarios, pero también pueden desarrollarse a partir del epitelio normal en los sitios de reacciones inflamatorias crónicas; esto puede significar que las células T específicas tengan una vía directa de acceso (a través de las HEV recién formadas) a la zona inflamatoria. El movimiento de los linfocitos a través del endotelio vascular se controla mediante moléculas de adhesión y quimiocinas, como p.e.: Mad-CAM-1 que se expresa en las células endoteliales de los tejidos intestinales VCAM-1 que está presente en las células endoteliales de pulmones y piel En los linfocitos hay otras moléculas que, interaccionan directamente con estas moléculas de adhesión, les llevan directamente a órganos concretos. En el caso del intestino son las integrinas alfa4beta7 (a4b7) las que median la adhesión de los linfocitos en las HEV de las Placas de Peyer (que expresan Mad-CAM-1). Extravasación de los linfocitos Varios subtipos de linfocitos presentan una extravasación dirigida a los sitios inflamatorios y órganos linfoides secundarios. La recirculación está cuidadosamente controlada para asegurar el reclutamiento apropiado de poblaciones T y B hacia los diferentes tejidos. Como ocurre con los neutrófilos, la extravasación de linfocitos incluye una serie de interacciones entre moléculas de adhesión y las cuatro fases de rodamiento, activación, detención y adhesión y, finalmente, migración trans-endotelial. Las vénulas con endotelios altos (vénulas endoteliales altas o HEV) son los sitios de extravasación de los linfocitos Algunas regiones del endotelio vascular de las vénulas post-capilares de distintos órganos linfoides están compuestas por células especializadas de formas cuboides y rechoncha (son altas ), denominándose a estas regiones vénulas endoteliales altas o HEV. El aspecto de sus células contrasta mucho con el aplanado de las células endoteliales que recubren el resto del capilar. Todos los órganos linfoides secundarios, con excepción del bazo, contienen HEV. Cuando se incuban con linfocitos cortes de ganglios linfáticos, placas de Peyer o amígdalas y se lavan luego para eliminar a las células no fijadas, cerca del 85% de las células fijadas están adheridas a las HEV, aunque estas vénulas representan solo el 1-2% del área total del corte. Se estima que cada segundo se extravasan, a través de las HEV, unos linfocitos en un solo ganglio linfático. Las citocinas producidas en respuesta a la captación de antígenos está comprobado que intervienen en el desarrollo y conservación de las HEV en los órganos linfoides; por ejemplo, los animales criados en condiciones axénicas (sin gérmenes) no desarrollan HEVs, mientras que si se bloquea quirúrgicamente el linfático aferente del ganglio (con lo que bloquea la entrada de los antígenos) al cabo de poco tiempo las HEVs presentan pérdida de funcionalidad y pueden volver a una morfología más aplanada. Las HEV expresan una variedad de moléculas de adhesión. Como cualquier otra células del endotelio vascular expresan: E y P-Selectinas, moléculas tipo mucina (GlyCAM-1 y CD34) y moléculas de la superfamilia de las Ig(ICAm-1, ICAM-2, ICAM-3, VCAM-1 y MadCAM-1). A algunas moléculas de adhesión que se distribuyen específicamente en un tejido se les ha llamado adresinas vasculares pues dirigen la extravasación de diferentes poblaciones de linfocitos re-circulantes a órganos linfoides particulares. La figura 13-8 presenta las interacciones típicas en la extravasación de las células T vírgenes a través de las HEV en los ganglios linfáticos. El primer paso es, normalmente,

5 una interacción selectina-carbohidrato similar a la de la adhesión de los neutrófilos. Los linfocitos T vírgenes se unen inicialmente a las HEVs a través de L-Selectina, que sirve como un receptor de albergue que dirige los linfocitos a tejidos que expresan las correspondientes adresinas vasculares tipo mucina, tales como CD34 o GlyCAM-1. El rodamiento de los linfocitos es menos acusado que el de l os neutrófilos. Aunque la interacción inicial selectina-carbohidrato es muy débil, el flujo tan lento de la sangre en las vénulas post-capilares, especialmente en la región de HEV, reduce la probabilidad de que el flujo arrastre al linfocito que se arrastra. En el segundo paso, el estímulo de activación de las integrinas está mediado por quimiocinas que bien se sitúan sobre la membrana endotelial o se secretan localmente. El grueso glicocalix que recubre las HEV puede retener estos factores quimioatractantes in situ. La fijación de quimiocinas a los receptores que hay sobre los linfocitos, acoplados a G-proteína, lleva ala activación de las moléculas de integrina que sobre la membrana (como ocurre en la extravasación de los neutrófilos). Una vez activada la molécula de integrina interacciona con moléculas de la superfamilia de las Ig (p.e. ICAM-1), lo que permite a los linfocitos adherirse firmemente al endotelio. Los mecanismos moleculares que rigen el paso final, la migración trans-endotelial, parece que comprenden a las moléculas de adhesión PECAM-1 (CD31) y JAM-1 (CD321). El albergue de los linfocitos está dirigido por perfiles de receptores y señales La extravasación de los linfocitos es similar, en general, a la extravasación de los neutrófilos. Un carácter importante que distingue a ambos procesos es que los distintos subtipos de linfocitos migran diferencialmente a tejidos diferentes. Esta migración específica depende de combinaciones únicas de moléculas de adhesión y quimiocinas; los receptores que dirigen la migración de varias poblaciones de lilnfocitos a tejidos linfoides concretos y tejidos inflamatorios reciben el nombre de receptores de albergue o receptores guías. Los linfocitos vírgenes recirculan a los tejidos linfoides secundarios Los linfocitos vírgenes no son capaces de montar una respuesta inmune hasta que se han activado para pasar a células efectoras. La activación de las células vírgenes tiene lugar en un microambiente especializado en los tejidos linfoides secundarios (ganglios linfáticos periféricos, placas de Peyer, amígdalas y bazo). En este microambiente las células dendríticas capturan antígenos y los presentan a los linfocitos vírgenes; el resultado es que los linfocitos vírgenes se activan. Las células vírgenes no presentan preferencia por un tipo particular de tejido linfoide secundario, sino que circulan indiscriminadamente por todos los tejidos linfoides secundarios del cuerpo. La unión inicial de los linfocitos vírgenes a las HEV está generalmente mediada por la unión de L-Selectina del linfocito a moléculas de adhesión tales como GlyCAM-1 y CD34 sobre las HEV. Recientemente se ha encontrado que LFA-1 y VLA-4 también median el rodamiento en su conformación de baja afinidad (antes de la activación). Son las quimiocinas CCL21, CCL19 y CXCL12 las que inducen el cambio conformacional a la alta afinidad de LFA-1 y VLA-4, que lleva a la adhesión fuerte. Además de estas quimiocinas CXCL13 activa a las integrinas sobre las células B vírgenes. Otras quimiocinas atraen a las subpoblaciones de linfocitos a sus zonas en los ganglios linfáticos. El patrón de tráfico de las células T vírgenes está diseñado para tener a estas células recirculando constantemente a través de los tejidos linfoides secundarios, cuya función principal es atrapar a los antígenos de la sangre y los tejidos. Una vez que los linfocitos vírgenes encuentran a su antígeno atrapado en un tejido linfoide secundario se activan y aumentan su tamaño pasando a linfoblastos. La

6 activación lleva alrededor de 48 horas y, durante este tiempo, los blastos están retenidos en la región paracortical de los tejidos linfoides secundarios. En esta fase, también llamada de cierre, los linfocitos específicos del antígeno no pueden detectarse en la circulación. Es durante la fase de cierre cuando se produce la rápida proliferación y diferenciación de las células vírgenes. Las células efectoras y de memoria que se forman dejan el tejido linfoide y comienzan su propia recirculación. Las células efectoras y de memoria se mueven de forma distinta que las T vírgenes Los patrones migratorios de ambos tipos de células difieren del patrón de los linfocitos T vírgenes. Las células efectoras tienden a albergarse en las zonas de infección pues reconocen el endotelio inflamado así como a las moléculas quimiotácticas que se producen durante la respuesta inflamatoria. Los linfocitos de memoria tienden a albergarse selectivamente en el tipo de tejido en el que encontraron por primera vez al antígeno. Al parecer esto asegura que una célula de memoria particular retorne al tejido donde hay mayor probabilidad de que pueda enfrenarse a la amenaza que supone su antígeno. Las células efectoras y de memoria expresan cantidades elevadas de ciertas moléculas de adhesión, como LFA-1, que interaccionan con ligandos presentes en los tejidos extra-linfoides terciarios (como piel y epitelios mucosos) y en los sitios de inflamación, lo que permite que las células efectoras y de memoria los alcancen. Las células inmaduras carecen de las moléculas de adhesión correspondientes y no alcanzan ni se albergan en estos sitios. El endotelio inflamado expresa las Selectinas E y P y las moléculas de la superfamilia de las Ig VCAM-1 e ICAM-1, que se unen a los receptores correspondientes expresados en gran cantidad por células efectoras y de memoria. El resultado de todo ello es que estas células presentan una clara vocación tisular, mientras que evitan a los tejidos linfoides secundarios como consecuencia de su poca expresión de L-Selectina. Un segundo subgrupo de células efectoras y de memoria tienen una clara vocación dérmica y su dotación se caracteriza por la expresión baja de L-Selectina y alta de LCA (antígeno linfocítico cutáneo) y LFA-1, moléculas que se fijan a la E-Selectina e ICAMs que hay dentro de las vénulas dérmicas de la piel. Aunque las células efectoras y de memoria, que expresan cantidades reducidas de L- Selectina, no tienden a dirigirse a los tejidos linfoides secundarios a través de las HEV si pueden alcanzar los ganglios linfáticos secundarios a través de la linfa aferente.