INMUNIDAD INNATA. Introducción

Transcripción

1 INMUNIDAD INNATA Introducción Los vertebrados están protegidos por dos sistemas de inmunidad: la natural y la adaptativa. La inmunidad innata consiste en una serie de defensas frente a la infección que están listas para activarse antes del ataque de un patógeno. Este sistema innato incluye barreras físicas, químicas y celulares. Las barreras físicas principales son la piel y las mucosas. Entre las barreras químicas están la acidez del estómago y unas moléculas solubles con acción antimicrobiana (péptidos antimicrobianos). La línea celular de la defensa innata incluye una serie de células con receptores especiales para detectar productos bacterianos y desencadenar un contraataque. La respuesta a la invasión de un agente microbiano que sobrepasa las barreras iniciales (piel y mucosas) es muy rápida y típicamente se desarrolla a los pocos minutos de la invasión. A pesar de las múltiples capas del sistema innato algunos patógenos consiguen evadir las defensas innatas y es el momento de llamar a un segundo sistema, denominado inmunidad adaptativa (o adquirida) que se induce por la exposición al microbio y responde a la infección con una respuesta específica a la medida en forma de grandes poblaciones de linfocitos que reconocen específicamente al invasor. Pero producir una respuesta adaptativa lleva tiempo (una semana o más) antes de que sea totalmente efectiva. La inmunidad adaptativa tiene la propiedad de la memoria inmune que consiste en que una vez estimulada por un patógeno en particular, las futuras exposiciones al mismo patógeno desencadenan respuestas más rápidas y potentes. El reconocimiento de los invasores se realiza por medio de los anticuerpos y los receptores T, que son los sensores de la inmunidad adaptativa. Estas moléculas son el producto de genes con una característica extraordinaria: experimentan modificaciones y diversificación (recombinación genética) en el hospedador para generar una población gigantesca de centinelas para vigilar a los invasores. La inmunidad innata es el mecanismo de defensa más antiguo de los vertebrados frente a los microbios y también se han encontrado formas de la misma en todas las plantas y animales pluricelulares. La inmunidad adaptativa ha evolucionado en los vertebrados y es de aparición mucho más reciente. En los vertebrados, la inmunidad adaptativa complementa a un sistema innato bien desarrollado. Está ahora claro que ambas inmunidades han co-evolucionado en los vertebrados y que entre ambos sistemas se han desarrollado muchas interacciones e interdependencias. De hecho, si un patógeno evade completamente a las primeras líneas de defensa (el sistema innato) la respuesta adaptativa es muy débil; el reconocimiento por el sistema innato pone las bases para una respuesta inmune efectiva del sistema adaptativo. Barreras anatómicas Lo primero que destaca en la inmunidad innata son las barreras externas que se oponen a la invasión microbiana (piel y membranas mucosas) e incluyen a los epitelios mucosos que recubren el tracto respiratorio, el gastrointestinal y el urogenital, aislando así el interior del cuerpo de los patógenos del mundo exterior. La piel consta de dos capas distintas: una externa (epidermis) y otra situada debajo y mucho más gruesa (dermis). La epidermis consta de varias capas de células epiteliales, muy apretadas entre si, y se divide en una capa externa formada básicamente por células

2 muertas llenas de una proteína impermeabilizante denominada queratina. La dermis está formada por tejido conectivo y contiene vasos sanguíneos, folículos pilosos, glándulas sebáceas y glándulas sudoríparas. La piel y los epitelios aportan una especie de lámina adhesiva que recubre y protege las cavidades internas del cuerpo del mundo exterior. Pero las barreras anatómicas son algo más que un envoltorio pasivo y tienen también defensas bioquímicas activas que producen y secretan péptidos y proteínas con actividad antimicrobiana. Entre las muchas sustancias que produce la piel humana se ha identificado recientemente la psoriasina, una pequeña proteína que tiene una actividad antimicrobiana potente frente a Escherichia coli. Su existencia aclara el por qué la piel humana resiste a la colonización por E. coli a pesar de estar expuesta constantemente a la bacteria (otras bacterias son menos sensibles a la la psoriasina). La capacidad de piel y epitelios para producir varios agentes antimicrobianos es importante ya que las heridas y erosiones cutáneas son rutas de infección que se explotarían inmediatamente por los microbios patógenos si no existieran estas defensas bioquímicas. En lugar de por la piel, los tractos alimentario, respiratorio, urogenital y los ojos están revestidos por membranas mucosas, formadas por una capa epitelial externa y otra subyacente de tejido conectivo. Muchos microbios penetran en el cuerpo atravesando esas membranas y, para evitarlo, hay muchos sistemas de defensa inespecíficos; p.e., saliva, lágrimas y secreción mucosa arrastran (lavan) a los invasores potenciales además de contener sustancias antibacterianas y antivirales. El fluido viscoso llamado mucus, secretado por las células epiteliales de las membranas mucosas, atrapa a los organismo foráneos. En el tracto respiratorio inferior la membrana mucosa está recubierta por un epitelio ciliado y el movimiento sincronizado de los cilios arrastra al mucus, y a los microorganismos atrapados, hacia la garganta para su deglución y destrucción por la barrera ácida gástrica. Con cualquier comida ingerimos un gran número de microorganismos, pero estos tienen que enfrentarse a los elementos antimicrobianos de saliva y de los epitelios de la boca y al ambiente hostil que supone el conjunto de acidez y enzimas digestivas del estómago. Además de las barreras bioquímicas y anatómicas los microbios deben competir por los recursos con numerosos microorganismo no patogénicos que colonizan las superficies mucosas. La flora normal está muy adaptada al ambiente interno que impide la unión de los patógenos a la superficie mucosa y compite favorablemente por los nutrientes necesarios. Algunos microorganismos han desarrollado métodos para evadir las defensas que hay en las superficies mucosas como, p.e., el virus de la gripe tiene una molécula superficial que le permite fijarse a las células de la membrana mucosa del tracto respiratorio, lo que impide su arrastre por la corriente ciliar. El organismo que produce la gonorrea (Neisseria gonorreae) tiene unas proyecciones superficiales que se unen a las células epiteliales de la membrana mucosa del tracto urogenital. LA adherencia de las bacterias a las membranas mucosas está generalmente mediada por unas proyecciones parecidas a pequeños flagelos (llamadas fimbrias o pili) que interaccionan con ciertas glicoproteínas o glicolípidos que solo se expresan por las células epiteliales de la membrana mucosa de tejidos particulares. Por esta razón, algunos tejidos son susceptibles a la invasión por patógenos particulares, a pesar de la eficacia protectora general de las barreras epiteliales. Cuando esto ocurre, son los receptores de la inmunidad innata los que se encargan de detectar la infección y poner en marcha una defensa efectiva frente a ella. LAS CELULAS DE LA INMUNIDAD INNATA

3 En la respuesta innata intervienen muchos tipos celulares distintos, pero los actores claves (las estrellas) son: neutrófilos, monocitos/macrófagos, Células Nk y células dendríticas Los neutrófilos fagocitan y matan Son las primeras células que emigran desde la sangre a los sitios de infección y tienen una serie de armas para oponerse a los microbios invasores. Son esenciales para la defensa innata frente a bacterias y hongos. Su arma principal es la fagocitosis, pero también tienen otras armas como la presencia de varios receptores que les permiten detectar los peptidoglicanos de las bacterias Gram+ y el lipopolisacárido (LPS) de las Gram-. Aunque los neutrófilos pueden reconocer directamente a los patógenos, la fijación y fagocitosis mejoran drásticamente cuando los microbios están opsonizados (en la respuesta innata inicial por fragmentos del complemento que se depositan sobre ellos). Los macrófagos tienen varios mecanismos antimicrobianos Los macrófagos en reposo se activan por una serie de estímulos. Los receptores TLR de su superficie reconocen componentes microbianos tales como LPS, peptidoglicanos y flagelina, mientras que sus receptores de citocinas detectan los mensajes solubles (citocinas) producidos por otras células que intervienen en la respuesta inflamatoria. La activación de los macrófagos supone que adquieren una mayor capacidad fagocitaria y que aumenta su capacidad para destruir a los microbios fagocitados, además de producir y secretar mediadores inflamatorios. También expresan niveles altos de moléculas CMH Clase II esenciales para la presentación de antígenos a los linfocitos T (que es otro punto importante en la colaboración entre la inmunidad innata y la adaptativa. Las células NK son la primera línea defensiva frente a los virus Estas células (procedentes de la línea linfoide) son capaces de discriminar entre células infectadas y no infectadas por virus; respetan a las no infectadas y destruyen a las infectadas mientras se pone en marcha la respuesta adaptativa que aportará las células T citotóxicas específicas y los anticuerpos, aunque hay algunas infecciones que se eliminan totalmente por la inmunidad innata sin la ayuda de la adaptativa. Las NK activadas son grandes productoras de citocinas que regulan a otras células del sistema inmune, sobre todo interferón gamma (IFN-g) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-a), dos citocinas inmuno-reguladoras potentes y versátiles. Estas dos citocinas pueden estimular la maduración de las células dendríticas (DCs), que son las coordinadoras clave entre la inmunidad innata y la adaptativa. Las células dendríticas capturan patógenos e inducen la respuesta adaptativa a través de las células T Las células dendríticas maduras son capaces de activar a las células T, tanto a las Th (CD4+) como a las Tc (CD8+) ya que, además de tener moléculas CMH Clase I y Clase Il, presentan una fuerte actividad coestimuladora. Como agentes de la inmunidad innata las DCs inmaduras presentan una gran variedad de PRRs, especialmente TLRs, para reconocer patógenos. El reconocimiento provoca la activación de las DCs y su entrada en eñ proceso de maduración, durante el que aumentan la síntesis de moléculas Clase II

4 y moléculas coestimuladoras destinadas a activar a las células T. Durante la maduración migran a los órganos linfoides secundarios para presentar los antígenos a los linfocitos T. La respuesta de las DCs no solo interviene en la comunicación entre los dos niveles del sistema inmune, sino que también ataca directamente a los patógenos que detecta, ya que producen ROI, NO y sintetizan péptidos antimicrobianos. Es decir las DCs usan mecanismos comunes con los macrófagos para destruir a los microbios fagocitados. Además, hay un subtipo de DCs (las células dendríticas plasmacitoides) que produce grandes cantidades de interferones antivirales (IFN-a e IFN-b). Una característica de los virus es la expresión de su genoma en la célula hospedadora y el reconocimiento de ácidos nucleicos extraños por parte de los TLRs de las DCs plasmacitoides induce la producción de estos interferones, que bloquean la replicación viral. Otros subtipos de DCs producen IL-12, TNF-a e IL-6, que son potentes inductores de inflamación. IL-12 determina el tipo de respuesta T de la inmunidad adaptativa. CONEXIONES ENTRE LA INMUNIDAD INNATA Y LA ADAPTATIVA. Una vez que un patógeno sobrepasa las barreras anatómicas y fisiológicas puede producir la infección y la enfermedad. El sistema inmune responde a la invasión detectándola mediante dos tipos de sensores y elaborando sistemas de defensa que atacan al invasor. La primera detección tiene lugar cuando el invasor interacciona con receptores solubles o unidos a la membrana de las células del hospedador, capaces de discriminar entre lo propio (del hospedador) y lo no propio (del patógeno). Estos sensores reconocen moléculas (o patrones moleculares) que se han conservado en grupos de microbios (normalmente porque son imprescindibles para su supervivencia) y que normalmente no existen en el hospedador. Como reconocen conjuntos de moléculas concretas (patrones moleculares), tales receptores se denominan Receptores de Reconocimiento de Patrones (PRRs). Como estos conjuntos moleculares se encuentran sobre o en los patógenos se llaman Patrones Moleculares Asociados a Patógenos (PAMPs). Los PAMPs reconocidos por PRRs incluyen combinaciones de azúcares, ciertas proteínas, moléculas particulares portadoras de lípidos y algunos motivos de ácidos nucleicos. Esta restricción del reconocimiento innato a los patrones moleculares que se encuentran en los microbios permite al sistema innato centrarse sobre las entidades productoras de infección y no sobre sustancias que solo son no propias, tales como las prótesis artificiales de cadera. Los receptores de la inmunidad adaptativa (anticuerpos y receptores de los linfocitos T), por el contrario, reconocen detalles más finos de las estructuras moleculares y pueden discriminar con una especificidad exquisita entre antígenos con diferencias estructurales mínimas. Típicamente, la capacidad de los PRRs para distinguir entre lo propio y lo no propio es perfecta, ya que los patrones moleculares detectados por el receptor solo se producen por los patógenos y nunca por el hospedador. Esto contrasta claramente con el reconocimiento ocasional de antígenos propios por los receptores de la inmunidad adaptativa, una disfunción potencialmente peligrosa que puede convertirse en una enfermedad autoinmune. Para la detección de los PAMPs por los receptores de la inmunidad innata tienen que intervenir múltiples componentes de la inmunidad. Los mediadores solubles incluyen a iniciadores del sistema del complemento, tales como la Lectina fijadora de manosa (MBL) y la Proteína C reactivan (CRP). Si el patógeno porta PAMPs reconocibles por estos mediadores se activa el sistema del complemento. Una parte del sistema del

5 complemento consiste en una serie de proteínas que cuando se activan forman poros en la membrana de los microbios blanco (Lisis celular). El sistema del complemento también incluye varias glicoproteínas que, cuando se activan, promocionan la fagocitosis de los microorganismos por los fagocitos (Opsonización). El sistema del complemento está a caballo sobre los sistemas inmunes innato y adaptativo: la activación de la cascada del complemento lleva a la opsonización o lisis de los invasores y puede activarse tanto por moléculas que reconocen PAMPs (I innata) o por anticuerpos (I adaptativa) que reconocen a antígenos específicos. Además, algunos subproductos de la activación del complemento promueven la Inflamación y, de este modo, conducen a los leucocitos a los sitios de infección y promueven otra de las capas de la respuesta. Las células dendríticas inmaduras (idcs) de los tejidos y los macrófagos tienen una amplia serie de receptores, incluyendo los TLRs, que detectan los productos microbianos. Hasta ahora se han descrito 12 TLRs para los ratones y 11 para los humanos; cada TLR reacciona con un producto microbiano específico y esto permite a DCs y macrófagos detectar a un amplio espectro de patógenos. Las señales que se hincan en los TLrs de macrófagos estimulan la actividad fagocitaria y y la producción de mediadores químicos que son tóxicos para los microbios fagocitados. Los macrófagos activados también secretan una serie de moléculas conocidas colectivamente como citocinas y que son hormonas o factores de crecimiento que actúan vía receptores para inducir respuestas celulares específicas. Las idcs del sitio de infección interiorizan y procesan al antígeno, maduran y migran a los tejidos linfoides, donde su presentación de antígenos a las células T es el paso clave para que se inicie la respuesta adaptativa frente al patógeno invasor. Esta función es el puente que se establece entre la inmunidad innata y la adaptativa. Las DCs también secretan una serie de citocinas que promueven la inflamación y ayudan directamente a la respuesta adaptativa del hospedador. Todas las funciones innatas se realizan al comienzo de la infección, antes de que se forme una población significativa de células T específicas del patógeno y de anticuerpos específicos para el patógeno por parte de las células B. Además, las citocinas liberadas por las células que intervienen en la respuesta innata afectan a la naturaleza de la subsiguiente respuesta adaptativa a la infección. En muchos casos, el sistema innato puede controlar y eliminar a una infección por si mismo y, cuando no puede, el patógeno se encuentra frente a un ataque coordinado por parte del sistema adaptativo. Durante la respuesta adaptativa, las células T citotóxicas detectan y destruyen a los patógenos que se esconden dentro de las células del hospedador y los anticuerpos neutralizan la capacidad del invasor para invadir o infectar a otras células mientras aumentan la probabilidad e fagocitosis de los invasores por parte de neutrófilos y macrófagos (opsonización). Los anticuerpos también colaboran con el sistema del complemento para inducir la lisis de los patógenos. Cuando se elimina (aclara) la infección algunas de las células B y T generadas durante la fase adaptativa de la respuesta persisten en el hospedador durante tiempos largos en forma de células de memoria. Una nueva infección por el patógeno se encontrará con una reserva de linfocitos específicos lista para detectar al patógeno y montar una respuesta rápida y eficaz. MOLÉCULAS SOLUBLES Y RECEPTORES ASOCIADOS A LA MEMBRANA El sistema innato es polifacético, usando moléculas solubles y receptores de membrana como sus efectores. Ciertas moléculas solubles se producen en el sitio de la infección o

6 daño y actúan localmente. Estas moléculas incluyen péptidos antimicrobianos como defensinas y catelicinas así como a los interferones, que son un grupo importante de citocinas con acción antiviral. Otros efectores solubles se producen en sitios alejados y llegan al tejido blanco a través de la sangre; dentro de este grupo están las proteínas del complemento y las proteínas de fase aguda. Péptidos antimicrobianos Se han aislado de fuentes tan diversas como humanos, ranas, moscas, nematodos y varias especies de plantas. Su pronta aparición en la evolución y la conservación de esta estrategia defensiva, unida a la identificación de más de 800 péptidos antimicrobianos diferentes, testifica su efectividad. Su tamaño varía entre 6 y 59 aminoácidos y la mayoría presentan son catiónicos (con carga positiva), como las magaininas de la piel de las ranas y las defensinas de humanos y otras especies. Las defensinas humanas son péptidos catiónicos con residuos de aminoácidos y 6 cisteínas constantes que forman 3 puentes disulfuro y estabilizan una estructura tridimensional relativamente rígida. Matan a una serie de bacterias, incluyendo Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, E. coli, Pseudomonas aeruginosa y Hemophilus influenzae. Los neutrófilos son una fuente abundante de estos péptidos, pero también se producen por las células de Paneth del intestino y las células epiteliales de páncreas y riñón a producen y secretan rápidamente al suero. Las defensinas matan a las bacterias con rapidez (pocos minutos y, las más lentas, en unos 90). El mecanismo de acción más frecuente es alterar las membranas bacterianas pero también producen una serie de efectos intracelulares, tales como inhibición de la síntesis de DNA, RNA y proteínas o activando enzimas antimicrobianas líticas. Los péptidos antimicrobianos no solo atacan a bacterias y hongos sino que se ha visto que se unen a las lipoproteínas de la envoltura de algunos virus (influenza, herpesvirus). La amplitud de su espectro, su probada eficacia antimicrobiana y el aumento de las resistencias a los antibióticos son factores que favorecen el planteamiento de su uso terapéutico, aunque todavía faltan muchos datos para su aprobación por las autoridades sanitarias. Las proteínas de fase aguda contribuyen a la inmunidad innata Durante las infecciones por neumococos (antes de la aparición de los antibióticos) se vio que cambiaban las concentraciones de varias proteínas del suero durante la fase aguda de la enfermedad, fase que precedía a la curación o la muerte. Estos cambios del suero se llamaron colectivamente Respuesta de fase aguda y las proteínas que suben o bajan durante la fase aguda se laman todavía Proteínas de fase aguda. El significado fisiológico de muchas de estas proteínas todavía se desconoce, pero ahora sabemos que algunas, como las proteínas del complemento o la proteína C reactiva (CRP), son parte de la respuesta inmune innata a la infección. La respuesta de fase aguda se induce por señales que viajan a través de la sangre desde el sitio de daño o infección. El sitio principal de producción es el hígado y las señales responsable de ella son las citocinas IL-1, IL-6 y TNF-a; estos mensajeros se producen en la fase inicial de la respuesta por los fagocitos. La proteína C reactiva (CRP) pertenece a una familia de proteínas pentaméricas llamadas pentraxinas, que se unen a sus ligandos (polisacáridos del neumococo y, sobre todo a la fosforil-colina que abunda en la superficie de la mayoría de los microbios) en forma Ca-dependiente. La unión de la CRP a estos ligandos sobre las

7 superficies microbianas promueve su fagocitosis y activa un ataque mediado por el complemento contra los microbios. Otra proteína de fase aguda es la Lectina fijadora de manosa (MBL), que reconoce patrones moleculares con manosa sobre los microbios, pero no sobre las células de vertebrados.. También dirige la acción del complemento contra los microbios a los que se fija. La inmunidad innata usa una serie de receptores para detectar la infección Presentes en sangre y líquidos tisulares como proteínas solubles o unidas a la membrana de neutrófilos, macrófagos y células dendríticas. Como receptores solubles están MBL y CRP que se unen a las membranas microbianas y promueven la fagocitosis o hacen del invasor un blanco probable para la lisis mediada por complemento. La proteína fijadora de polisacárido (LBP) es una parte importante del sistema que reconoce y pone en marcha la cascada de señales en respuesta al lipopolisacárido (LPS), un componente de la capa externa de la pared de las bacterias Gram -. Las proteínas NOD (de nucleotide binding oligomerization domain) son de localización citosólica. NOD-1 reconoce un tripéptido procedente de la degradación del peptidoglicano, mientras que NOD-2 reconoce al muramil-dipéptido procedente de la degradación el peptidoglicano de las bacterias Gram -. Los receptores basureros de la membrana (Scavenger receptors o SRs) está en los macrófagos y varios tipos de células dendríticas e intervienen en la fijación e internalización de las bacterias tanto Gram + como Gram -, así como en la fagocitosis de las células apoptóticas del hospedador. RECEPTORES TOLL-LIKE Una historia muy reciente La proteína Toll empezó a intrigar a los investigadores alemanes en la década de los 1980s cuando vieron que las moscas en desarrollo no desarrollaban un eje dorso-ventral adecuado en ausencia de tal proteína. (Toll, referido a estas moscas mutantes de anatomía casi imposible procede de extraño en alemán). Se trata de una proteína transmembrana receptora de señales y las moléculas relacionadas con papeles en la inmunidad innata se conocen como TLRs. Tres descubrimientos han llevado al conocimiento del papel central de los TLRs en la inmunidad innata: La primera observación viene de la mosca de la fruta. En 1996, Jules Hoffman y Bruno Lemaitre encontraron que las mutaciones en Toll (conocido previamente su papel en el desarrollo embrionario de la mosca) hacían a las moscas muy susceptibles a las infecciones letales por Aspergillus fumigatus, un hongo al que son inmunes las moscas de vida libre. La segunda observación viene de un año después (1997), cuando Ruslan Medzhitov y Charles Janeway cuando descubrieron que cierta proteína humana (identificada por la homología de su dominio citoplásmico con el de Toll) activaba la expresión de genes de respuesta inmune cuando se transfectaba a una línea celular humana. Esta proteína humana se denominó TLR4 y es la primera evidencia de una vía de respuesta inmune conservada y compartida por moscas de la fruta y humanos La tercera evidencia es de 1998 y prueba que los TLRs forman parte de la fisiología inmune normal de los mamíferos. Los ratones mutantes del Laboratorio de de Bruce Beutler, homozigóticos para el local lps, resisten al lipopolisac-arido (endotoxina) de las

8 bacteria Gram -. Las infecciones severas en humanos pueden producir el shock séptico, en que pueden fallar órganos vitales tales como cerebro, corazón, riñón e hígado. Cada año mueren unas de shock séptico producido por infecciones con Gram -, por lo que resultaba raro que algunas cepas mutantes de ratones resistieran dosis letales de LPS. La secuenciación del DNA reveló que el gen murino lps codificaba una forma mutante de TLR4, que se diferencia de la forma normal en un solo aminoácido. Este trabajó fue la demostración inequívoca de que TLR4 es indispensable para el reconocimiento de LPS. En los pocos años siguiente múltiples investigadores han determinado la existencia de muchos TLRs; hasta ahora, 11 en humanos y 12 en ratones. Estructura Los TLRs son proteínas que salen de la membrana y tienen elementos estructurales comunes en la región extracelular; son las repeticiones ricas en Leucina (LRRs) (segmentos repetidos de 24 a 29 aa que contienen la secuencia xlxxlxlxx, donde x es cualquier aminoácido y L es Leucina). Todos los TLRs contienen varios LRRs y es una porción de LRR la que conforma el sitio de fijación para el ligando. La parte (dominio) intracelular del TLR se denomina TIR (de TLR e IL-1R) por la similitud de los dominios citoplásmicos de TLRs y receptor de IL-1. Los dominios TIR tienen tres regiones muy conservadas que son las que sirven de muelle de anclaje para las proteínas intracelulares que participan en las vías de señales mediadas por los TLRs. Funciones Se han determinado las funciones de 9 de los 11 TLRs humanos. Curiosamente, cada TLR detecta un repertorio distinto de moléculas de patógenos muy conservadas. La dotación de TLRs permite detectar virus, bacterias, hongos e, incluso, algunos protozoos. Hay que destacar que los ligandos que fijan los TLRs son componentes indispensables para los patógenos: un virus no funciona sin sus ácidos nucleicos, una bacteria Gram- es inviable sin su LPS. Los TLRs que econocen ligandos extracelulares están en la superficie de la célula, mientras que los que reconocen ligandos intracelulares (RNA, viral, fragmentos de DNA de bacterias, etc) se localizan en compartimentos intracelulares. El emparejamiento de TLRs afecta a la especificidad. La unión TLR2-TLR6 detecta una amplia variedad de moléculas de microbios (peptidoglicanos, zymosanes, lipopéptidos bacterianos, etc.); pero cuando TLR2 se empareja con TLR1 reconoce lipoproteínas bacterianas y y algunas proteínas características de la superficie de parásitos. TLR4 es el receptor clave para la mayoría de los lipopolisacáridos bacterianos TLR5 reconoce la flagelina (componente estructural de los flagelos bacterianos) TLR3 reconoce el RNA de doble hélice (dsrna) que aparece en las células tras la infección por virus RNA TLR7 y TLR8 reconocen al RNA viral de hélice simple (ssrna). TLR9 reconoce y responde a la secuencia de DNA CpG (Citosina no metilada unida a Guanidina). Estas secuencias no metiladas abundan en el DNA bacteriano y son muy raras en el DNA de vertebrados. TLRs Ligandos Microbios blanco TLR1 Triacil lipopéptidos Mycobacterias TLR2 Peptidoglicanos, Bacterias G+

9 Proteínas con anclaje GPI Lipoproteínas Zymosan Tripanosomas Mycobacterias Levaduras y otros hongos TLR3 RNA de doble hélice (dsrna) Virus TLR4 LPS Proteína F TLR5 Flagelina Bacterias TLR6 Diacil lipopéptidos Mycobacterias Zymosan Levaduras y hongos TLR7 RNA de hélilce simple (ssrna) Virus TLR8 RNA de hélilce simple (ssrna) Virus TLR9 Dinucleótidos CpG no metilados DNA bacteriano Dinucleótidos en infección por herpesvirus Algunos herpesvirus TLR10, 11 Desconocido Desconocido Bacterias Gram Virus respiratorio sincitial (RSV) VIAS DE TRANSDUCCION DE SEÑALES Los receptores de la superficie celular reciben las señales iniciales. El paso siguiente, la transmisión de esas señales al interior de la célula (Transducción de señales), es un mecanismo universal de los sistemas biológicos. La respuesta a la señal requiere tres elementos: La propia señal El receptor La vía de transducción de señales, que conecta la detección con la respuesta efectora Señal Receptor Transducción de señales Mecanismo efector En el caso de la inmunidad innata, la señal será un producto microbiano, el receptor será un PRR y la señal se transduce por la interacción de moléculas intracelulares específicas. El mecanismo efector (la acción que se produce como consecuencia de la señal) tiende a la eliminación del organismo invasor. Las señales a través de TLRs ponen en marcha vías de transducción típicas La vía empieza por la interacción del receptor con la señal. Los productos microbianos se unen a la porción extracelular del TLR. En el lado citoplásmico del receptor está la estructura (muy conservada) TIR, que ofrece sitios de unión para otros componentes de la vía. La señal induce el ensamblaje de los componentes de la vía, en el que interviene una molécula adaptadora Las propias moléculas adaptadoras, que también contienen dominios TIR, interaccionan con el dominio TIR del TLR. La proteína adaptadora más habitual en las vías TLR es MyD88, que promueve la asociación de dos protein-kinasas y la formación del complejo IRAK1 - IRAK4

10 Fosforilación mediada por protein-kinasas El componente 4 del complejo anterior fosforila al componente 1 y este nuevo fosfato supone un punto de atraque sobre IRAK1 para TRAF6, que se fija y luego se disocia en compañía de IRAK1 formando el complejo intermediario IRAK1-TRAF6. Ahora, otra protein-kinasa (TAK1) se une al complejo junto con otras proteínas y el resultado es la activación de la actividad kinasa TAK1. Comienza una cascada enzimática La actividad de TAK1 permite la activación, mediada por fosforilación, de otros dos módulos de transducción: Uno de ellos va a la vía de la protein-kinasa activada por mitógeno (MAP-kinasa) que pone en marcha una cascada enzimática (conservada en todas las células eucariotas) cuyo producto final penetra en el núcleo y promueve la fosforilación de uno o más factores de transcripción. El otro va a la vía NF-kB. TAK1 también fosforila a la protein-kinasa IKK, que es la enzima clave para activar la vía NF-kB. El factor NF-kB está inhibido por la unión a una proteína plasmática no fosforilada, IkB. La activación de IKK fosforila a IkB y lo separa del complejo, con lo que NF-kB, ya libre, puede migrar al núcleo e inducir la transcripción de muchos genes implicados en las funciones efectoras de la inmunidad innata, tales como citocinas inflamatorias, moléculas de adhesión y otros efectores. NFkB también tiene un papel importante en algunas vías de transducción de las células T y B y es, por tanto, también importante en la inmunidad adaptativa. La activación de las vías de señales TLR tiene muchos efectos: Promueve la expresión de genes que contribuyen a la inflamación Induce cambios en las CPAs, que las hace más eficientes como células presentadoras Induce la síntesis de moléculas de señales intercelulares que afectan al comportamiento de leucocitos y otras células La intervención de los TLRs puede aumentar la capacidad fagocitaria de macrófagos y neutrófilos y cambiar su fisiología a vías que aumenten su capacidad para matar y eliminar a los patógenos.