El reconocimiento célula-célula es la capacidad de una célula para distinguir un tipo de célula vecina de otra. [1] Este fenómeno ocurre cuando se encuentran moléculas complementarias en superficies celulares opuestas. Un receptor en la superficie de una célula se une a su ligando específico en una célula cercana, iniciando una cascada de eventos que regulan los comportamientos celulares que van desde la simple adhesión hasta la compleja diferenciación celular. [2] Al igual que otras funciones celulares, el reconocimiento célula-célula se ve afectado por mutaciones perjudiciales en los genes y proteínas implicados y está sujeto a errores. Los eventos biológicos que se desarrollan debido al reconocimiento célula-célula son importantes para el desarrollo animal, los microbiomas y la medicina humana.
Fundamentos
El reconocimiento célula-célula ocurre cuando dos moléculas restringidas a las membranas plasmáticas de diferentes células se unen entre sí, desencadenando una respuesta de comunicación, cooperación, transporte, defensa y / o crecimiento. En lugar de inducir una respuesta distal, como pueden hacer las hormonas secretadas, este tipo de unión requiere que las células con las moléculas de señalización estén muy próximas entre sí. Estos eventos se pueden agrupar en dos categorías principales: reconocimiento intrínseco y reconocimiento extrínseco . [3] El reconocimiento intrínseco es cuando las células que forman parte del mismo organismo se asocian. [3] El reconocimiento extrínseco es cuando la célula de un organismo reconoce una célula de otro organismo, como cuando una célula de mamífero detecta un microorganismo en el cuerpo. [3] Las moléculas que completan esta unión consisten en proteínas, carbohidratos y lípidos, lo que da como resultado una variedad de glicoproteínas , lipoproteínas y glicolipoproteínas. [3] Los estudios sugieren que las interacciones glicanos-glicanos, que se observan en aproximadamente 200-300 pN, también pueden desempeñar un papel en el reconocimiento célula-célula. [4] Los carbohidratos complejos, en particular, se han estudiado por ser extremadamente integrales en el reconocimiento célula-célula, especialmente cuando son reconocidos por carbohidratos complementarios. Con el fin de garantizar un sitio de unión adecuado, controlando las áreas circundantes o asegurando un enlace que previamente se hizo, los carbohidratos complejos y sus carbohidratos complementarios son capaces de crear sistemas de interacción flexibles. Estas interacciones, aunque se ha observado que son débiles, se han estudiado en una variedad de sujetos de prueba que incluyen, pero no se limitan a, células embrionarias de ratón, células epiteliales corneales y células de carcinoma embrionario humano. [4]
Funciones biológicas para el reconocimiento intrínseco
Crecimiento y desarrollo
Una de las versiones más básicas del reconocimiento célula-célula para la adhesión se puede observar en las esponjas , el grupo más primitivo del reino animal. Las esponjas se desarrollan a través de la agregación de células individuales en grupos más grandes. A través de las proteínas de unión a la membrana y los iones secretados, las células esponjosas individuales pueden coordinar la agregación al tiempo que evitan la fusión entre diferentes especies o incluso diferentes individuos. [5] Esto se descubrió cuando fracasaron los intentos de injertar células esponjosas de diferentes especies o individuos de la misma especie, mientras que los intentos de utilizar células del mismo individuo se fusionaron con éxito. [5] Esto probablemente se deba a distintas cadherinas , una proteína de membrana que se une al calcio, expresada por diferentes especies e individuos de esponjas. [5] Las cadherinas también están presentes en organismos más complejos. En embriones de ratón, la E-cadherina en las membranas celulares es responsable de la adhesión de las células necesarias para la compactación embrionaria. [6]
Reconocimiento celular para respuesta a lesiones
Cuando un organismo multicelular grande sufre una lesión, el reconocimiento de células a menudo está involucrado en llevar ciertos tipos de células al sitio de la lesión. Un ejemplo común de esto son las células que expresan selectina en animales. La selectina es una proteína receptora que se encuentra en las membranas de los leucocitos, las células plaquetarias y las células endoteliales que se une a los glucanos unidos a la membrana. [7] En respuesta a una lesión, las células endoteliales expresarán selectina, que se une a los glucanos presentes en la superficie de las células leucocitarias. [7] Las células plaquetarias, que participan en la reparación de tejidos, utilizan sus selectinas para asociarse con leucocitos en el camino hacia las células endoteliales. [7] Los leucocitos luego usan sus propias selectinas para reconocer patógenos potenciales en el sitio de la lesión. [7] De esta manera, las células apropiadas se llevan al sitio de una lesión para hacer frente a la reparación inmediata o a los microorganismos invasores. [7]
Funciones biológicas para el reconocimiento extrínseco
Reconocimiento de patógenos en el sistema inmunológico
Las células con capacidad de reconocimiento del sistema inmunológico incluyen macrófagos, células dentríticas, células T y células B. [8] El reconocimiento célula-célula es especialmente importante en el sistema inmunológico innato, que identifica patógenos de manera muy general. Un elemento central de este proceso es la unión de los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) de los fagocitos y los patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) en microorganismos patógenos. [8] Un tipo de PRR es un grupo de glicoproteínas integrales de membrana llamadas receptores tipo toll (TLR), que pueden reconocer ciertas lipoproteínas, peptidoglicano, ADN rico en CpG y componentes flagelares en células bacterianas, así como glicoproteínas y fosfolípidos de parásitos protozoarios y conidios (esporas de hongos). [8] La unión de los PAMP a las proteínas TLR generalmente da como resultado una cascada de señalización interna que incluye una serie de fosforilaciones, la adición de un grupo fosfato y ubiquitinaciones, la adición de una pequeña proteína que marca las moléculas para la degradación, que finalmente conduce a la transcripción de genes relacionados con la inflamación. [8] El uso de TLR por parte de las células del sistema inmunológico innato ha llevado a una batalla evolutiva entre las células patógenas que desarrollan diferentes PAMP que no pueden ser reconocidos y las células inmunes que desarrollan nuevas proteínas de membrana que pueden reconocerlas. [8]
Ecología bacteriana
Los organismos unicelulares pueden unirse entre sí a través de receptores de superficie para cooperar y competir. Esto se ha observado ampliamente en bacterias. Por ejemplo, las bacterias pueden unirse entre sí mediante la unión de las proteínas de la membrana externa TraA y TraB para facilitar un proceso llamado intercambio de membrana externa (OME) que permite que las células bacterianas intercambien lípidos, azúcares y toxinas de la membrana. [9] El reconocimiento celular y OME solo se pueden lograr si se unen las variantes TraA y TraB del mismo grupo de reconocimiento. [9] Estas interacciones pueden generar la diversidad fisiológica necesaria para la resistencia a los antibióticos en poblaciones bacterianas. [10] La proteína de la membrana de Escherichia coli ChiA está involucrada en el proceso de inhibición dependiente del contacto (CDI) en el que se une a los receptores de las cepas rivales de E. coli y libera una toxina que previene el crecimiento de esas cepas mientras que la célula inhibidora y los miembros de esa cepa están protegidos. [9] La bacteria Proteus mirabilis usa la proteína T6SS para iniciar el enjambre y la destrucción de otras colonias bacterianas al ser reconocidas, ya sea por liberación de toxinas o por liberación de proteínas señal a otras células de P. mirabilis . [9] La unión de receptores de superficie bacteriana para la adhesión también se ha implicado en la formación de biopelículas. [9]
Reconocimiento de glóbulos rojos
Tipos de sangre
Los glóbulos rojos contienen antígenos en sus membranas plasmáticas que los distinguen como parte de una categoría específica de glóbulos. Estos antígenos pueden ser polisacáridos, glicoproteínas o proteínas ligadas a GPI (un glicolípido). [11] Los antígenos varían en complejidad, desde pequeñas moléculas unidas al lado extracelular de la bicapa de fosfolípidos, hasta grandes proteínas de membrana que forman un bucle muchas veces entre ambos lados de la membrana. [11] Los antígenos polisacáridos más pequeños clasifican las células sanguíneas en tipos A, B, AB y O, mientras que los antígenos proteicos más grandes clasifican las células sanguíneas en tipos Rh D-positivos y Rh D-negativos. [11] Si bien el papel biológico del tipo de sangre correcto no está claro y puede ser vestigial, se sabe que las consecuencias de los tipos de sangre incorrectos son graves. [11] Las mismas células que reconocen PAMP en patógenos microbianos pueden unirse al antígeno de una célula sanguínea extraña y reconocerlo como patógeno porque el antígeno no es familiar. [11] No es fácil clasificar el reconocimiento de glóbulos rojos como intrínseco o extrínseco, ya que una célula extraña puede reconocerse como parte del organismo si tiene los antígenos adecuados.
Mutaciones perjudiciales
Mutaciones TLR
Las mutaciones en las proteínas receptoras de mamíferos pueden causar trastornos en el reconocimiento de células, aumentando la susceptibilidad individual a ciertos patógenos y afecciones crónicas. Cuando se producen mutaciones en genes que codifican TLR, las proteínas pueden perder la capacidad de unirse a polisacáridos, lípidos o proteínas en la pared celular o la membrana de patógenos unicelulares, lo que resulta en una falla del sistema inmunológico innato para responder a la infección. que permite que la enfermedad se desarrolle rápidamente. En particular, las mutaciones en los genes de TLR2 y TLR4 se han implicado con frecuencia en una mayor susceptibilidad a los patógenos. [12] Una mutación de treonina a cisteína en el gen TRL2 se ha relacionado con la falta de reconocimiento de Mycobacterium tuberculosis, el agente causante de la meningitis tuberculosa. [13] La misma mutación, T597C, se observó más tarde de manera consistente con la falta de reconocimiento de Mycobacterium leprae , el agente causante de la lepra. [14] Una mutación de arginina a glutamina en TRL2, Arg753Gln, se relacionó con un aumento de las infecciones pediátricas del tracto urinario causadas por bacterias grampositivas. [15] Varias mutaciones en TLR4, Asp299Gly y Thr399Ile, estuvieron implicadas en la susceptibilidad a los patógenos bacterianos que causan la periodontitis. [16] También se ha investigado la conexión de las mutaciones de TLR con la enfermedad de Chron, pero no se han obtenido pruebas concluyentes. [17] La característica común entre estas mutaciones sin sentido es que los residuos de aminoácidos que se sustituyen tienen propiedades de cadena lateral notablemente diferentes, lo que probablemente contribuye a la función defectuosa de la proteína TLR.
Referencias
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enlaces externos
- Video de YouTube: reconocimiento de patógenos en una célula de macrófagos