CELULAS NK Introducción Las células NK son linfocitos grandes que circulan en la sangre (representan el 10-15% de los linfocitos circulantes) y que tienen un citoplasma bien desarrollado que contiene gránulos citotóxicos. En la primera descripción las células NK recibieron el nombre de Grandes Linfocitos Granulares (GLG) Estas células aportan la inmunidad innata frente a infecciones intracelulares para lo que migran desde la sangre hasta los tejidos infectados, en respuesta a las citocinas inflamatorias. Las células NK, a diferencia de lo que ocurre con los linfocitos de la inmunidad adaptativa (que circulan en estado de reposo y necesitan varios días para activarse y expandirse) circulan en un estado de activación parcial, listas para penetrar y actuar en los tejidos infectados en cuanto los macrófagos den la alarma (mediante la producción de IL-12). La actividad citotóxica de las células NK no precisa una exposición previa o sensibilización al patógeno Las células NK (asesinas naturales) constituyen una primera línea defensiva de la inmunidad innata frente a los agentes infecciosos intracelulares y frente a las células tumorales Las NK se desarrollan en la médula ósea a expensas de una célula progenitora hematopoyética División Las células NK se caracterizan por la expresión de los marcadores: CD56 (moléculas de adhesión de las células nerviosas [N-CAM]) y CD16 (Receptor de baja afinidad para el fragmento Fc de anticuerpos IgG [FcRgIII] De acuerdo con la densidad de la expresión de la molécula CD56 sobre la superficie se distinguen dos subpoblaciones, que participan en la inmunidad mediante dos mecanismos: CITOTÓXICAS CD56 dim ( ) CD16 bright ( ): Median citotoxicidad natural y ADCC SECRETORAS CD56 bright ( ) CD16 dim ( ):Secretan citocinas y quimiocinas Las flechas indican la intensidad de la fluorescencia (débil o brillante). Las citotóxicas predominan en la circulación, mientras que las secretoras predominan en los órganos linfoides secundarios. La célula progenitora expresa el marcador CD34; se diferencia a una célula precursora intermedia que expresa el receptor para IL-15 quien, bajo la acción de la IL-15 secretada por las células estromales, genera la célula CD56 bright (secretora). Parece que estas células, finalmente, maduran a CD56 dim ( ) (citotóxica) en los ganglios linfáticos, inducidas por las señales procedentes de las DCs. La mayoría de las células NK expresan el receptor de afinidad intermedia para IL-2 (que carece de la cadena alfa [CD25]), pero las NK secretoras (CD56 bright) expresan de forma constitutiva el receptor de alta afinidad, lo que quiere decir que cantidades mínimas de IL-2 inducen su proliferación, mientras que son necesarias concentraciones alta de IL-2 para la proliferación de las NK citotóxicas (CD56 dim). Página 1 de 5
Citocinas activadoras de las NK IFNs Tipo 1: Aumentan la actividad citotóxica y la proliferación IL-12 e IL-18: Aumentan la producción de citocinas IL-15: Activa la maduración, crecimiento y actividad citolítica Las NK recién aisladas de la sangre pueden destruir ciertos tipos de células diana; este nivel básico de citotoxicidad aumenta entre 20 y 100 veces después de la exposición a los interferones (IFN) alfa y beta producidos por la célula afectada como respuesta a la infección viral. Además, también se activan por la IL-12 y el TNF-a, ambas producidas por los macrófagos al comienzo de muchas infecciones. La acción de estas cuatro citocinas produce una oleada de células NK activadas durante la primera fase de una infección viral que puede eliminarla o En las primeras etapas de una infección, las células NK son las principales productoras de IFN-g, citocina que luego activa a los macrófagos para que estos secreten las citocinas que inician la respuesta adaptativa de las células T. Cuando se forman los linfocitos T efectores y llegan al sitio infectado se convierten en los productores principales de IFN-g y en los mediadores de la citotoxicidad. La llegada de los linfocitos T efectores inactiva a las células NK (el inactivador es la IL-10, una citocina producida por los linfocitos T citotóxicos). Mecanismos de citotoxicidad Las NK desencadenan la citotoxicidad mediante dos procesos distintos: la lisis natural y la dependiente de anticuerpos (ADCC). Según el mecanismo bioquímico la lisis natural puede depender de: La exocitosis del contenido de las granulaciones (mecanismo secretor); es el más importante La activación de receptores letales en la célula blanco (mecanismo no secretor). Mecanismo secretor El reconocimiento de la célula blanco y la activación NK llevan a la polimerización de los microtúbulos del citoesqueleto que movilizan los gránulos NK hacia el lugar del contacto. Los gránulos contienen principalmente Granzima B (una serin-proteasa activadoras de caspasas) y perforina (que altera la membrana de forma similar a C9). Ambas proteínas están formando un complejo con una tercera, denominada serglicina, que actúa como proteína transportadora. El trímero se libera en la zona de contacto y se endocita por la célula blanco mediante un denominado Receptor de Manosa 3-fosfato (MPR); El ph ácido de la vacuola endocítica activa a las perforinas, que forman poros en la membrana de la vacuola permitiendo el paso al citosol del granzima-b que activa la vía de las caspasas, lo que lleva a la apoptosis de la célula blanco. Mecanismo no secretor Las NK en reposo almacenan FasL (Fas ligando) en los lisosomas y, tras la activación, este se trasloca a la membrana y desde allí puede reconocer al Fas (CD95), que se expresa constitutivamente por distintos tipos celulares. La interacción induce la Página 2 de 5
apoptosis de la célula blanco. La ADCC (Citotoxicidad dependiente de anticuerpos) indica la capacidad de las NK para destruir células recubiertas con anticuerpos IgG específicos frente a epitopos del patógeno. El mecanismo se basa en la unión a estos anticuerpos de la moléculas CD16 (FcgRIIIR) y liberación posterior del contenido de las granulaciones de la células NK sobre la célula blanco. Interacciones de las NK con otras células Interacciones con macrófagos La citocina principal que liberan las NK es el IFN-g, que activa al macrófago. Y produce la liberación por parte de este de IL-12. La secreción de IL-12 por el macrófago y de IFN-g por la NK crea un sistema de retroalimentación positiva que aumenta el grado de activación de ambos tipos de células, dentro de un tejido infectado. Interacciones con DCs ( diálogo continuo ) Ambos células interaccionan en los tejidos periféricos y se modulan continuamente. Las DCs, activan a las NK en reposo (mediante IL-12 e IL-15) e inducen su proliferación, producción de citocinas y aumento de actividad citotóxica. Pero la activación NK tiene la contrapartida de modular la funcionalidad y supervivencia de las DCs inmaduras (idc), bien positivamente (induciendo su maduración mediante IFN-g y TNF-a) o negativamente (reconociendo a las idcs mediante el receptor NKp30 y El concepto de la vigilancia inmune Se considera que las células NK son las vigilantes permanentes de la población celular de nuestro organismo. Como todas las células de un organismo portan las mismas moléculas de histocompatibilidad de Clase I, se las puede considerar como el carné de identidad que acredita que son propias y sanas. Las células NK son las encargadas de verificar que la célula examinada tiene carné, que este es adecuado y que no está alterado (cosa que ocurre con algunos parásitos intracelulares). Si no se cumplen las condiciones anteriores, la célula NK se activa y destruye a la célula blanco. Receptores de las células NK Para mantener a las NK circulantes en un estado de activación parcial y disponibilidad inmediata frente a la infección y controlar su potencial de atacar a los tejidos sanos hay una serie de receptores de superficie; algunos generan señales activadoras y otros emiten señales inhibidoras. Los receptores inhibidores producen señales intracelulares que mantienen a las NK en reposo, mientras que los receptores activadores producen señales intracelulares que activan a las células NK y ponen en marcha la maquinaria que lleva a la destrucción de la célula que porta el ligando. El que la NK permanezca en reposo o se active dependerá del equilibrio de señales. El equilibrio puede alterarse durante la infección intracelular, ya que un patógeno puede: Estimular la expresión, en la célula infectada, de ligandos para los receptores activadores de las NK Inhibir la expresión, en la célula infectada, de ligandos para los receptores inhibidores NK Ligandos para los receptores NK Los principales son las moléculas CMH de Clase I; su reconocimiento por los receptores inhibidores impide la activación NK. Pero las células infectadas o neoplásicas suelen expresar menos moléculas Clase I, provocando señales inhibidoras Página 3 de 5
de menor intensidad y predominando entonces las de activación a través de receptores activadores. Esta ausencia de señales inhibidores (mediadas por las moléculas Clase I) que llevan a la activación de las células NK se conoce como Hipótesis de la pérdida de lo propio. Dicho de otro modo, las NK vigilan constantemente la expresión de moléculas Clase I en las células del organismo y se activan si los niveles disminuyen. Los receptores NK pertenecen a dos tipos estructurales: En uno de ellos el sitio de unión al ligando es un dominio similar al de las Inmunoglobulinas (Ig), mientras que el otro tiene un dominio de unión al ligando del tipo lectina C (similar al de MBL) Receptores KIR Un carácter de los 14 genes que codifican para los receptores KIR es que, en un mismo individuo, distintas células NK pueden expresar combinaciones diferentes de receptores KIR. Son los receptores de mayor diversidad y es muy raro que 2 personas no relacionadas (<1% de los casos) presenten el mismo juego de alelos KIR. Hay tres factores que se combinan para crear esta diversidad: 1) Las personas tienen números diferentes de genes KIR (7 a 15) 2) Los haplotipos de KIR tienen distinto número de genes que codifican para receptores activadores e inhibidores 3) Los genes KIR son polimórficos Algunas personas tienen genotipos con solo genes que codifican para KIR inhibidores, mientras que otras tienen un número equivalente que codifica para KIR activadores e inhibidores. Las diferencias en el tipo de KIR parecen correlacionar con distintos parámetros de enfermedades infecciosas, autoinmunes y en trasplantes. Solo hay un KIR (KIR2DL4) inhibidor que se expresa por todas las células NK humanas. Los otros se expresan en subpoblaciones NK, con una distribución casi al azar del número y la combinación de genes KIR que se expresan por cualquier célula determinada.. Una vez establecido el patrón de expresión de KIR durante el desarrollo de la célula NK, este permanece estable en el clon posterior. Ligandos de los genes KIR La mayoría son productos codificados por los genes de Clase I del CMH (A, B y C) propio. Al expresar, al menos, un receptor inhibidor que se une al alotipo del HLA Clase I propio, cada célula NK tolera a las células sanas de su propio cuerpo (células autólogas) y no las ataca. No ocurre lo mismo con las células sanas de otro individuo (células alogénicas); si la molécula de Clase I es similar la célula sobrevivirá, pero si es distinta la matará. Esto se puede aprovechar para eliminar a las células leucémicas residuales y prevenir las recidivas tras el trasplante de médula para tratar a la leucemia mieloide aguda. Se dice que las células NK ven lo propio que falta. Receptores LIR Son un grupo de receptores inhibidores que se expresan en NK y otras células Ligandos de los genes LIR Moléculas Clase I del CMH Receptores NKp (NKR) Se conocen como Receptores de citotoxicidad natural. Se expresan exclusivamente sobre células NK y estimulan (activadores) la citotoxicidad NK contra células con expresión deficiente o ausente de moléculas Clase I. En los humanos estos receptores incluyen NKp80, NKp46, NKp44 y NKp30. Los Página 4 de 5
subrayados se expresan constitutivamente en todas las NK presentes en sangre periférica, mientras que NKp44 solo se expresa tras la estimulación por IL-2. NKp30 es el responsable de las interacciones entre las células NK y las DC. Ligandos de los genes NKR Parecen ser productos virales en la superficie de las células infectadas. Receptores de la familia de las lectinas Tipo-C (NKC): NKG2 y CD94 La molécula CD94 (que no tiene tallo citoplásmico para trasmitir las señales) se asocia con diferentes miembros (hay 5) de la familia NKG2, excepto NKG2D Funcionalmente, los heterodímeros pueden ser inhibidores o activadores, en función de los dominios citoplásmicos de la molécula NKG2: Funcionalmente, los heterodímeros pueden ser inhibidores o activadores, en función de los dominios citoplásmicos de la molécula NKG2: El heterodímeros CD94/NKG2A tiene tallo citoplásmico largo (con dominios ITIM), por lo que es inhibidor Los heterodímeros CD94/NKG2C y CD94/NKG2F tienen tallo corto, pero se asocian a moléculas transductoras de señales, con lo que median señales de activación Ligandos para CD94/NKG2 CD94/NKG2A y CD94+/NKG2C reconocen a la molécula Clase I no clásica HLA-E, que es un péptido derivado de las secuencias líder de las moléculas clásicas de Clase I; así, controlando a HLA-E, las NK saben como va la expresión de las moléculas Clase I clásicas y actúan si un proceso patológico interfiere con la expresión correcta de este indicador sobre una célula propia. La actitud y distribución de estos dos receptores es radicalmente distinta (es muy raro que una NK exprese estos dos receptores) : CD94/NKG2A es un receptor inhibidor que se expresa con mucha más frecuencia e impide que las NK ataquen a células humanas sanas que expresan un conjunto normal de moléculas HLA Clase I. CD94/NKG2C se asocia a un adaptador y emite señales activadoras Ligandos para NKG2D NKG2D no se asocia con CD94 y se expresa como un homo-dímero. En humanos, reconoce las proteínas transmembrana MIC-A y MIC-B (codificadas en el CMH), que son cadenas pesadas similares a las de Clase I, pero que no se asocian con alfa-2- microglobulina. Son proteínas que se inducen por el estrés y solo existen de forma constitutiva (y en pequeña cantidad) en el epitelio intestinal. Sin embargo, cuando alguna célula intestinal se infecta, envejece o sufre un proceso canceroso, se aumenta la expresión de estas proteínas en el epitelio intestinal. En este momento, las células intestinales se convierten en el blanco del ataque de las NK (a través de su receptor NKG2D). A la porción citoplásmica del receptor se acoplan dos pequeñas moléculas adaptadoras que ponen en marcha la cascada de señales que llevan a la liberación de gránulos citotóxicos y citocinas. Normalmente estas moléculas tienen una expresión mínima y se inducen por células malignas o infectadas. Son un verdadero semáforo de la alteración celular. Página 5 de 5