12 Activación Células NK

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M. López-Botet  y J. Peña

 


 

Función citotóxica Función secretora Receptores activadores Receptores específicos antígenos HLA   KIR ILT Tipo lectina Transducción señales


INTRODUCCION

Las células NK participan activamente en la defensa del organismo frente a infecciones, principalmente de tipo viral y frente al crecimiento de  célalas tumorales. Estas células participan tanto en la defensa innata y como  en los mecanismos de defensa adquirida o adaptativa. La función esencial de estas células es identificar y destruir células blanco. También es importante su función reguladora del sistema inmune debido a su capacidad  secretora tanto de citocinas como de quimiocinas.

Las células NK constituyen la tercera estirpe de células de tipo  linfoide. Carecen de TCR y de  Igm y, en su mayoría, expresan en superficie las moléculas  FcgammaR-III (CD16) y CD56 que junto con otros marcadores definen a  este grupo celular (Tabla 12.1). La detección de algunos de estos marcadores puede ser variable, definiéndose varias subpoblaciones NK, tales como células  muy positivas para CD56 (CD56 bright), muy poco positivas para este marcador (CD56dim), o células  CD16+ CD56+ o CD16-CD56+, etc. Las células NK se encuentran en sangre, bazo y médula ósea y en muy baja proporción en ganglios linfáticos.

Función  citotóxica de las células NK   

La función citotóxica  de las células NK fue la primera acción asignada a estas células y el motivo de su descubrimiento (Tabla 12.2). Para que las células NK ejerzan su función citotóxica se requiere  la identificación, a través de los receptores implicados, de las células blanco. Entre estos receptores destacan receptores de activación y otro grupo recientemente descrito de receptores que tienen como ligando moléculas de histocompatibilidad clase I y que pueden ser de tipo inhibidor o activador (Figura 12.1).  En este fenómeno además intervienen ciertas citocinas y moléculas de adherencia facilitadoras de la interacción celular.

Mediante la acción citolítica, las células NK pueden destruir un amplio espectro de células, tanto anormales (infectadas por virus o tumorales) como incluso normales (alogénicas). Esta lisis se realiza de manera directa, lisis natural, o bien mediante la participación de anticuerpo, citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos o ADCC (Figura 12.2)

La citotoxicidad natural consiste en lisis de una gran variedad de células de manera espontánea y sin necesidad de un periodo de sensibilización previa. De ahí la denominación dada de NK (de natural killer) debido a que la capacidad citolítica que presentan lo hacen, a diferencia de las células T citotóxicas, de una manera natural, esto es sin necesidad de un aprendizaje preliminar. Esto implica que estas células no requieren un proceso de preparatorio de activación para destruir  células en los términos que lo hacen los linfocitos T citotóxicos, pero  sin duda la activación por células blanco o por citocinas  hace que esta función sea  mas eficiente.

Kärre y cols. observaron que  variantes de una misma línea celular tumoral manifestaban distinto grado de sensibilidad a la lisis NK, que se correlacionaba inversamente con la expresión de moléculas de clase I del MHC (Figura 12.3). Por otra parte, la transfección de células diana con moléculas del MHC-I les confería resistencia. Los autores propusieron la teoría de missing self para explicar los fenómenos de citotoxicidad natural. Así hoy se considera que pese a que las células NK son responsables de mecanismos de citolisis inespecífica no restringida por el MHC, se sabe que  la función de las células NK está regulada en parte por el reconocimiento de moléculas MHC de clase I (MHC-I) en la célula diana.  

La citotoxicidad dependiente de anticuerpos (ADCC), implica la presencia de anticuerpos que son reconocidos por su extremo Fc por los receptores CD16 presentes en las células NK y también en otras células, como son los macrófagos. Cuando el CD16 reconoce su ligando activa la maquinaria lítica de la célula NK.  

Función secretora  de las células NK   

Además de la acción citotóxica, las células NK tienen la propiedad de sintetizar y liberar diversos tipos de citocinas de gran importancia en la regulación del sistema inmunitario, en la acción de las propias células NK y en otras funciones como es la hematopoyesis (Figura 12.4 y Tabla 12.2).           

Las principales citocinas producidas por las células NK son TNF-alfa, IFN-gamma, IL-3, GM-CFS y M-GSF. Estos inmunomoduladores se producen como consecuencia de la activación de células NK como consecuencia de  su interacción con la célula blanco, por la acción de diferentes citocinas como son IL-2 y Il-12 o por activación directa, por ejemplo por anticuerpos frente a las moléculas  CD16, CD69, CD80 y otras.

También las células NK producen cuando son estimuladas ciertas quimiocinas, tales como MIP-1alfa, MIP-1beta y RANTES de gran importancia en los fenómenos inflamatorios. En la tabla 12.3 se recogen las principales diferencias funcionales entre las células NK y los linfocitos T. 

Hoy se sabe que las células NK mas positivas para el CD56 (CD56bright) poseen mayor  capacidad para producir citocinas que las células mas débiles para esta molécula (CD56dim). A su vez las células NK CD56dim poseen mayor capacidad citotóxica que las CD56 bright.

 

Receptores activadores de células NK    

Para que las células NK desarrollen su función tienen que identificar a la célula blanco. Para ello las células NK poseen diferentes tipos de receptores con función de reconocimiento de moléculas  en las  células blanco y en consecuencia de activar la maquinaria citolítica y/o secretora de estas células. Después veremos como junto a estos receptores de tipo activador existen otros cuya función es inhibidora. En consecuencia hoy se  conoce  que la acción final  de las células NK depende del equilibrio entre las señales inhibidoras y activadoras procedentes de sus receptores de superficie.

Entre los receptores de activación de las células NK destacan el CD16, CD80, CD43 y los recién descritos receptores de citotoxicidad natural (NCKs) y entre los inhibidores destacan  ciertos receptores presentes en las células NK con capacidad de reconocer molécula de histocompatibilidad (Receptores NK de HLA) (Tabla 12.4)

Receptor CD16.

La vía de activación a través de CD16 es, al menos parcialmente, comparable a la del CD3/TCR. Ambos receptores se asocian a ciertas  cadenas del complejo CD3, implicadas en la transducción de señales. Por otra parte, la estimulación vía CD16, determina también la activación de ciertas cinasas y PLC-gamma, y se ha demostrado su asociación molecular con p56lck. 

Receptores de citotoxicidad natural.

Los receptores de citotoxicidad natural (NCKs), han sido descritos recientemente y de manera mayoritaria por el grupo de Moretta, mediante el empleo de anticuerpos monoclonales en ensayos en donde lo que se ha analizado es la capacidad de inhibir la lisis de determinadas líneas celulares tras el uso de los mencionados anticuerpos. Entre estos receptores destacan tres conocidos como:

  • NKp46,
  • NKp44 y
  • NKp30.

También recientemente se han descrito receptores de tipo activante que se caracterizan por reconocer específicamente moléculas de histocompatibilidad y que trataremos a continuación.

Receptores NK ESPECIFICOS de antígenos HLA.     

El reciente descubrimiento de receptores presentes en células NK que reconocen moléculas de histocompatibilidad y que tienen funciones reguladoras  de la función de estas células ha abierto una importante puerta para entender la biología de estas células.

Los sistemas experimentales convencionales para estudiar estos fenómenos analizan la actividad de clones/subpoblaciones NK frente a líneas tumorales deficientes en la expresión de MHC-I, transfectadas selectivamente con diferentes moléculas de clase I.  

Los receptores NK específicos de antígenos HLA clase I son un grupo heterogéneo de glicoproteínas que pertenecen a distintas familias de moléculas  y se expresan en células NK pero también en  ciertos linfocitos T (Figura 12.5Tabla 12.5).

  1. La primera familia incluye receptores  de antígenos HLA-I pertenecientes a la superfamilia de las inmunoglobulinas. Originariamente estos receptores se conocieron por su acción inhibidora de la  citotoxicidad y se denominaron como KIRs (killer cell Ig-like receptors).
  2. Otro grupo de estos receptores pertenece también a la superfamilia de las inmunogbubulinas y son conocidos como ILTs (immunogloobulin like transcripts).
  3. Además existe otro grupo de receptores que son heterodímeros formados por la asociación de dos moléculas diferentes con dominio lectina tipo C como es el CD94 que se puede unir a miembros de las superfamilia de moléculas NKG2. Estos receptores pueden tener acción inhibidora, que es como originariamente se descubrieron, pero pueden poseer también acción activante de acuerdo con la estructura de la parte citoplasmatica de  sus moléculas.

Receptores NK tipo KIR.     

Se trata de receptores que pertenecen a la familia de las inmunoglobulinas.  Originariamente estos receptores fueron descubiertos porque estaban implicados en la inhibición de la lisis al interaccionar específicamente con determinadas moléculas HLA de clase I de la célula blanco (Figura 12.6). En primer lugar, se observó  cierta correlación entre la expresión de  estos receptores por distintos clones NK y el reconocimiento de diferentes grupos de alelos de HLA-C. Por otra parte, se observó que anticuerpos monoclonales frente a estos receptores restablecían la citotoxicidad de los clones NK frente a dianas protegidas específicamente por la expresión de moléculas HLA. En la tabla 12.6  se recoge una lista de estos receptores  y las moléculas que reconocen (Figura 12.6). 

Según el número de dominios presentes en la molécula del receptor a la palabra KIR, se añaden los sufijos 2D y 3D que indican el número de los dominios de inmunoglobulina que poseen y la letra L (long) o S (short) según que la cola citoplasmática de estas moléculas sea larga o corta respectivamente (Tabla 12.6). Estos receptores pueden ser de tipo inhibidor o de tipo activante. En este último caso estos receptores se asocian de manera covalente  con la molécula  DAP-12.

La distribución de estos receptores en las células NK no es homogénea y cada clon NK puede expresar uno o varios tipos de estos receptores. Se aprecian claras diferencias en la expresión de cada receptor cuando se estudian distintos individuos, y hay indicios en los  que el repertorio de receptores está regulado durante el desarrollo por factores genéticos, incluyendo presumiblemente la influencia del propio MHC. A estos receptores recientemente se les ha dado la denominación de CD158 seguido de una letra (ente a y k) según  el tipo de receptor. En la Figura 12.7, se recogen los distintos tipos de receptores y las moléculas que reconocen y en la Figura 12.8 se recoge un modelo de la estructura tridimensional de esta molécula unida a un antígeno  de histocompatibilidad.

Los  genes que codifican estos receptores se encuentran  localizados en el cromosoma 19 en humanos en una en donde se codifican también los receptores ILTs, Fca y NKp46 (Figura 12.9).

Receptores NK tipo ILT      

Otro grupo de receptores, que también pertenece a la superfamilia de las inmunoglobulinas, se conocen como ILTs (immunogloobulin like transcripts)  o como LIR (leukocyte Ig-like receptor). Alguno de estos receptores reconocen moléculas HLA-G y la proteína UL18 (LIR1 y LIR2) del citomegalovirus humano y tiene una distribución muy extensa  en diferentes tipos de células incluyendo no solo células NK sino también  monocitos y ciertas células de tipo  polimorfonuclear (Tabla 12.7). A estos receptores recientemente se le ha dado la denominación de CD85 seguido de una letra (a-m) para definir el tipo de receptor .

Receptores NK tipo lectina.  

La tercera familia de estos receptores de HLA esta formada por un  grupo heterodimero compuesto por moléculas de tipo C-lectina que comprende la molécula CD94 unida covalentemente de manera alternativa a diferentes moléculas pertenecientes a la familia  NKG2 (A, B, C, E y H). La molécula CD94, fue identificada originalmente por uno de nosotros (M. López-Botet)  en el laboratorio del Hospital de la Princesa. Este receptor reconoce moléculas de HLA-E en asociación con péptidos derivados de la secuencia líder de otros antígenos HLA-I (Figura 12.10).

Las moléculas de la familia NKG2 pueden ser de distinto tipo: A, B, C, E y H.  Resultan así que de la combinación  del receptor CD94 con los distintos miembros de NKG2, resultan los dímeros CD94/NKG2A, CD94/NKG2C, etc. Esta posibilidad de unirse el CD94 a diferentes miembros de la familia NKG2 justifica la acción unas veces, inhibidora  (por ejemplo CD94/NKG2A) y otras activante (por ejemplo CD94/NKG2C)  descritas originariamente  para este receptor (Tabla 12.8).

Consideramos a este receptor de especial importancia en los procesos de regulación de la acción de células NK in vivo, debido a la extensa distribución de las moléculas  de histocompatibilidad HLA-E que reconoce y sobre todo por el hecho de encontrarse presente en un amplio numero de células NK (60-80 %) y ciertos linfocitos T, mientras que por ejemplo los recetores KIRs  lo están en una proporción de células mucho más baja.  La expresión de CD94 es regulada por ciertas citocinas tales como IL-15, IL-10 y  TGF-beta.  

Recientemente se ha visto que los receptores de tipo activante poseen además del CD94 y un miembro de NKG2 (C, E y H), la molécula   DAP-12  que posee motivos ITAM, y por tanto se caracteriza por la transmisión de señales de activación.  

En la Figura 12.11 se recoge un modelo tridimensional de CD94 unido a una molécula de HLA-E que es su ligando natural. Los  genes que codifican tanto los  receptores CD94 como los de la familia NKG2 se encuentran  localizados en el cromosoma 12 en humanos en una zona conocida como complejo génico NK ( Figura 12.9).

Receptores NK de moléculas HLA en otras células

Los  receptores NK específicos de moléculas HLA se encuentran también en otras estirpes celulares no NK, aunque en una menor proporción y densidad. Este es el caso de  una población especial de células NK se encuentran en la decidua y que son conocidas como células NK deciduales y cuya  función no esta  completamente esclarecida.

Otra población conocida que expresa estos receptores corresponde a las células NKT  cuya función tampoco  esta totalmente esclarecida. Estas células  se caracterizan por poseer el fenotipo T con ciertos marcadores de células NK y que se encuentran en gran proporción en el hígado. Estas células son TCR alfa/beta positivas y  expresan  Va14/Ja18 y tienen la capacidad de reconocer  moléculas de histocompatibilidad no clásicas, CD1. Estas células poseen capacidad citolítica, producen ciertas citocinas y su proliferación es activada por IL-12.

Algunos de estos receptores se encuentran también  en linfocitos T, principalmente del tipo citotóxico (Tc) pero también en linfocitos Th, lo que hace pensar que además de su intervención en la regulación de los procesos citotóxicos de las células intervengan también en su regulación funcional, principalmente en la secreción de citocinas.

TRANSDUCCION  DE SEÑALES   

Tal como se ha indicado con anterioridad, tanto los receptores KIR, ILT como el homodímero de  CD94 con distintos miembros de la familia de NKG2, pueden ejercer acciones inhibidoras como activantes. El que ejerzan una u otra acción  depende de la cola citoplasmatica de dichas moléculas y de las cinasas con las cuales se asocien.  

Mecanismos de inhibición.

Los receptores inhibidores se caracterizan por poseer en sus dominios intracitoplasmáticos los motivos YxxL-26-YxxL, denominados ITIM (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs) (Figura 12.12). Estos motivos tienen la propiedad de  unirse  al dominio SH2 que contiene las tirosin  fosfatasas, SHP-1 y SHP-2, y así  producir inhibición de la citotoxicidad. En la figura 12.13 se representan un ejemplo de cada uno de los dos tipos de receptores, inhibidores y activadores. 

Es de destacar que esta acción inhibidora ejercida por los receptores inhibidores después de reconocer a su ligando (HLA clase I) en la células tiene una gran importancia fisiológica, pues esto previene la destrucción de las célula normales del huésped. Esto se debe a  que, como se sabe, la mayoría de las células del organismo expresan moléculas de histocompatibilidad clase, incluidas las moléculas HLA-E. Precisamente cuando una célula deja de expresar moléculas de histocompatibilidad, entones pude ser destruida por las células NK al no ser frenada su actividad por no actuar los receptores de tipo inhibidosr (Figura 12.14),

Estos mismos fenómenos has sido descritos para linfocitos T, en los que el efecto activador mediado por el TCR-CD3, puede ser bloqueado por acción de un receptor de tipo inhibidor (Figura 12.15). Los receptores de este grupo son KIR2DL, KIR3DL, ILT-2, NKG2A y NKG2B. 

Mecanismos de activación.

Aunque los receptores de antígenos HLA se describieron primero como receptores de tipo inhibidor por su capacidad de bloquear  la citotoxicidad dependiente de células NK,  posteriormente se han encontrado receptores muy homólogos, que diferían solo en los dominios intracelulares y que funcionaban induciendo señales de tipo activador. Estos receptores poseen una parte citoplasmática muy corta, carecen de la secuencias ITIMs  y tienen la propiedad de asociarse  a las molécula  DAP-12.  Estos receptores son KIRD2S, NKG2C, NKG2E y NKG2H.

El DAP-12 es un homodimero conocido también como KARAP (Killer activating receptor associated protein), gracias al cual se lleva a cabo la transmisión de señales en el citoplasma de la célula. La molécula DAP12 se caracteriza por contener  en su parte citoplasmática un dominio conocido como ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activating motif) y tiene la capacidad de unir las cinasas ZAP-70 y Syk.

ACTIVACION NK y RESPUESTA INMUNE INNATA.

Las células NK forman parte de la primera barrera defensiva del individuo junto con macrófagos y polimorfonucleares (Figura 12.16). Constituyen así parte de la respuesta inmune innata. Ciertas citocinas que potencian el efecto de estas células son producidas precisamente por macrófagos en las primeras fases de la infección (Tabla 12.9).  Las células NK actúan destruyendo células (por ejemplo infectadas por virus) y produciendo citocinas y quimiocinas, que intervienen regulando el sistema inmune y el proceso inflamatorio (Figura 12.17). 

INMUNOPATOLOGIA DE LAS CÉLULAS NK.

Las células NK son de especial importancia en las primeras fases de la infección, especialmente frente a virus, de ahí que cuando estas células no actúan correctamente, el individuo se hace mas  vulnerable a la infecciones virales. Por ejemplo en individuos infectados por HIV-1, se ha podido comprobar que las  células  NK han disminuido su  capacidad citolítica, lo que puede explicar que el virus HIV-1 se desarrolle con mas facilidad. De igual manera ha podido ser comprobado que las células NK  infiltrantes de tumores poseen menor capacidad citolítica que las células NK normales, probablemente por un aumento de expresión de receptores de tipo inhibidor.

Por otra parte una excesiva capacidad citotóxica de las células NK pueden inducir estados de pérdida de la tolerancia normal y contribuir al desarrollo de enfermedades de tipo autoinmune.

Recientemente se ha visto  que las células NK,  pueden ser utilizadas en terapia anti-tumoral. Para ello después de su extracción del individuo y cultivo con Il-2, IL-12 o IL-15, son  posteriormente reinyectadas en el enfermo en forma de células LAK (citokyne activated lymphocytes). En enfermos con SIDA, también se esta tratando de potenciar la respuesta inmune innata y en especial estas células NK, mediante la administración de IL-2, con resultados que son prometedores.

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Capitulo de Inmunología-online coordinado por  J. Peña