Células NK y apoptosis: mecanismos de la inmunidad innata

Respuesta Innata Inmediata: Las Células NK

Tipos de Muerte Celular

En los vertebrados se han descrito dos formas principales de muerte celular:

• Necrosis (o muerte celular patológica pasiva): Afecta a un grupo de células. Se refiere a cambios morfológicos, como la pérdida precoz de la integridad de la membrana plasmática, hinchazón celular y cambios precoces en los orgánulos. La destrucción final de la membrana plasmática permite que el contenido celular, incluidas las enzimas lisosomales, se vierta en el espacio extracelular y provoque un daño tisular extenso, así como una fuerte respuesta inflamatoria. (Consecuencia: Inflamación y daño tisular).
• Apoptosis (o muerte celular programada): Afecta a una célula aislada. Es una muerte celular controlada que implica la fragmentación del ADN, la condensación del citoplasma y la formación de prominencias en la membrana, seguidos por la fragmentación de la célula y la formación de vesículas con membrana llamadas cuerpos apoptóticos. In vivo, estos cuerpos son endocitados rápidamente por macrófagos o células epiteliales, con lo que no se produce ninguna respuesta inflamatoria. (Consecuencia: Sin inflamación ni daño tisular).

Papel Fisiológico de la Apoptosis

La muerte de células individuales en los organismos pluricelulares es un fenómeno bien conocido y que puede observarse en muchas especies y situaciones. Por ejemplo, en la eliminación de células indeseables durante la embriogénesis, como ocurre en la formación de la mano.

De forma general, el proceso de apoptosis tiene lugar en los siguientes casos:

• Células sin función.
• Células formadas en exceso.
• Células defectuosas.
• Células con defectos deletéreos.
• Células que han completado su ciclo de vida.

El proceso de apoptosis también interviene en la finalización de la respuesta inmune, pues en este periodo la mayoría de las células T activadas mueren por apoptosis y los órganos linfoides periféricos recuperan su población celular normal. No obstante, la apoptosis está ligada a ciertas patologías. Así, una activación incorrecta de la apoptosis puede llevar a enfermedades degenerativas, y una falta de inhibición, a enfermedades proliferativas como el cáncer.

Proceso y Vías de Señalización de la Apoptosis

El proceso de la apoptosis tiene lugar por la existencia de una serie de proteasas llamadas procaspasas, que son sintetizadas como zimógenos (desactivadas) y, tras recibir el estímulo adecuado, se convierten en caspasas (activas).

El resultado final es la activación de las endonucleasas, que provocan la fragmentación del ADN y, por último, la muerte celular.

La familia génica de las caspasas contiene 14 miembros en mamíferos, de los que se conocen 11 enzimas humanas. No todas intervienen en el proceso de apoptosis. Existen dos grandes grupos:

• Caspasas iniciadoras: Como la caspasa-8 y la caspasa-9.
• Caspasas efectoras (o ejecutoras): Como la caspasa-3, -6 y -7.

Las caspasas iniciadoras activan a las caspasas efectoras. Estas, a su vez, activan a una nucleasa que será la encargada de la fragmentación del ADN celular, provocando la muerte celular. Una caspasa iniciadora puede activar a muchas caspasas efectoras, generando una cascada proteolítica que amplifica la señal. La diferencia en la activación entre las dos caspasas iniciadoras principales es que, mientras la caspasa-8 se activa por proteólisis, la caspasa-9 lo hace por un cambio conformacional.

Activación de la Apoptosis

Existen básicamente dos vías de señalización para inducir la apoptosis:

1. Señales internas (Vía Intrínseca): Están implicadas las membranas mitocondriales, del retículo endoplasmático y de la envoltura nuclear. La puesta en marcha del mecanismo apoptótico depende del balance entre las proteínas Bcl-2 (antiapoptótica) y Bax (proapoptótica), y del aumento de la proteína p53.
2. Señales externas (Vía Extrínseca mediada por receptores): Ciertas moléculas se exponen en la superficie celular y su activación por parte de células como las células NK o los linfocitos T citotóxicos (LTc, CD8+) pone en marcha la vía de activación de la apoptosis (vía caspasa-8).

Vía Intrínseca: Regulación por Bcl-2/Bax y p53

Cuando una célula está sana, recibe estímulos de supervivencia que estabilizan la membrana mitocondrial, aumentando los niveles de Bcl-2 (molécula antiapoptótica) y bloqueando la vía de las caspasas. En el momento en que se produce una agresión física o química, se desestabiliza la membrana, disminuye la Bcl-2 y aumenta la Bax (molécula proapoptótica).

La activación de la caspasa-9 ocurre a través de mediadores como el citocromo c y la proteína Apaf-1. La liberación del citocromo c desde la mitocondria al citosol permite su unión con Apaf-1, lo que provoca el reclutamiento de la procaspasa-9. El conjunto recibe el nombre de apoptosoma. En presencia de ATP, se produce un cambio de conformación que transforma la procaspasa-9 en su forma activa, la caspasa-9, la cual es capaz de activar la cascada de caspasas efectoras que conducirá finalmente a la muerte celular. Así, mientras que la proteína Bax induce la permeabilidad de la membrana al citocromo c (promoviendo la apoptosis), la proteína Bcl-2 impide su paso (inhibiendo el proceso).

El "Guardián del Genoma": p53

La proteína p53, conocida como el “guardián del genoma”, es otro factor que interviene en el control de la apoptosis. Esta proteína se encuentra en un estado latente y no funcional en las células no expuestas a agresiones. En condiciones de agresión o daño celular, p53 se activa, incrementa sus niveles (principalmente aumentando la vida media de la proteína) y genera una respuesta que conduce a una parada del ciclo celular. Si el daño es grande y no puede repararse, provoca la entrada de la célula en apoptosis.

Cuando se ha producido un daño en el ADN, se genera un estrés celular que provoca un aumento de p53. Esto puede inducir la expresión de receptores de muerte (como Fas) en la célula alterada, haciéndola susceptible a la apoptosis. De esta manera, p53 presenta dos funciones primordiales: la inhibición de la división celular y la inducción de la apoptosis. Así, p53 disminuye la probabilidad de que se generen clones celulares con defectos genéticos (mutaciones, deleciones, etc.) y actúa como “guardián del genoma”, pudiendo paralizar el crecimiento de un tumor o hacerlo entrar en regresión por apoptosis.

Células NK (Natural Killer)

Provienen de la célula madre hematopoyética pluripotencial, a través del progenitor linfoide. También se conocen como grandes linfocitos granulares debido a los numerosos gránulos en su citoplasma, que contribuyen a su actividad citocida. Son abundantes en el bazo, la sangre y la médula ósea, y en menor medida en los ganglios linfáticos.

Son células que están constantemente vigilando el organismo. Si encuentran alguna célula infectada o alterada (tumoral), la reconocen y le inducen el suicidio celular activando la vía de las caspasas.

Expresan en su superficie los marcadores CD16 y CD56. No presentan moléculas CD3 ni CD4 (propias de los linfocitos T). Representan el 10-15% de la población linfocitaria.

Existen dos subtipos principales:

• Células NK citotóxicas (90%): Su función principal es matar células diana. Presentan altos niveles de CD16 y bajos de CD56 (CD16^brightCD56^dim). Se encuentran circulando principalmente por la sangre periférica.
• Células NK secretoras (10%): Su función principal es secretar citoquinas. Presentan altos niveles de CD56 y bajos de CD16 (CD56^brightCD16^dim). Se localizan principalmente en los ganglios linfáticos.

El marcador CD16 es un receptor para la porción Fc de los anticuerpos IgG (FcγRIII), y media la citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC). El mecanismo de citotoxicidad de las células NK es similar al de los linfocitos T citotóxicos. La diferencia fundamental es que las células NK pertenecen a la inmunidad innata y no necesitan una activación previa específica.

Funciones de las Células NK

• NK Citotóxicas (en circulación):
  • Lisis de células tumorales.
  • Lisis de células infectadas por virus.
• NK Secretoras (en órganos linfoides secundarios):
  • Producción de citoquinas (promueven una respuesta de tipo Th1): TNF-α, IFN-γ, GM-CSF.
  • Producción de quimioquinas: MIP-1α, MIP-1β, RANTES.

Vía Extrínseca: Mecanismos de Citotoxicidad de las Células NK

Mecanismo Secretor: Perforinas y Granzimas

Este es el mecanismo de apoptosis mediado por granzimas. Hoy día se sabe que en el proceso intervienen tres proteínas: las perforinas, las granzimas y una proteína transportadora denominada serglicina.

El proceso es el siguiente: las tres proteínas forman un complejo que es liberado en la zona de contacto entre la célula NK y la célula diana. Este complejo es endocitado por la célula diana (a través de un receptor de manosa-6-fosfato, MPR). En la vesícula endocítica, el pH ácido activa la perforina, que crea poros en la membrana de la vesícula, permitiendo así el paso de las granzimas al citosol. Las granzimas son proteasas que activan la cascada de caspasas en la célula blanco. Su acción comienza al activar una procaspasa (como la procaspasa-3). Esta, a su vez, destruye el inhibidor (ICAD) de una endonucleasa (Desoxirribonucleasa Activada por Caspasas = CAD), que puede así ejercer su acción y fragmentar el ADN nuclear.

Las células muertas por apoptosis son ingeridas con rapidez por los macrófagos próximos, que reconocen cambios en la membrana celular, como la exposición de la fosfatidilserina. Las células ingeridas se destruyen y digieren por el fagocito sin necesidad de proteínas coestimuladoras, lo que indica que la apoptosis per se no contribuye a la estimulación de la respuesta inmune adaptativa.

Mecanismo No Secretor: Receptores de Muerte (Fas/FasL)

En este mecanismo participan miembros de la familia del receptor de TNF-α (Factor de Necrosis Tumoral alfa). El más conocido es el sistema Fas/FasL. La molécula Fas (también conocida como CD95) es un receptor de muerte que se expresa en la mayoría de los tipos celulares. Cuando la célula NK se activa, expresa en su superficie el ligando de Fas, denominado FasL. Este se une a su receptor en la célula diana, provocando la activación de una caspasa iniciadora (caspasa-8) que, a su vez, activa la cascada de caspasas efectoras, llevando a la fragmentación del ADN.

Los receptores de muerte de la familia del receptor de TNF (TNFR) incluyen TNFR1, Fas (CD95), DR3/WSL y los receptores del ligando inductor de apoptosis relacionado con el TNF (TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL)/Apo-2L (TRAIL-R1/DR4, TRAIL-R2/DR5). Los miembros de esta familia se caracterizan por presentar de dos a cinco copias de un dominio extracelular rico en cisteína.