Los receptores acoplados a proteínas G (GPCR) son proteínas integrales presentes integradas en membrana. Contiene regiones α-helicoidales secuenciales de 7 transmembranas con dominio vinculante GPCR juega un papel importante en la célula cascada. Implica la transducción de señales a través de la interacción con gama de ligandos extracelulares (hormonas, neurotransmisores, etc.) y transducen sus señales a proteínas G. Las proteínas G son estructuras heterotriméricas con subunidades Gα, Gẞ y Gγ que transducen aún más intracelularmente. . Tras la unión del ligando apropiado, GPCR experimenta cambios conformacionales y activa la proteína G. En ausencia de una señal, la subunidad Gα presente unida al PIB y la proteína G está en su forma inactiva. Una vez que se activa el receptor, la proteína G se une al GPCR y el GPCR induce un cambio conformacional en Gα que causa el reemplazo del GDP por GTP. La unión de GTP induce cambios conformacionales adicionales en la proteína G que provocan el desprendimiento de Gα de Gẞγ. El complejo GTP-Gα activa los mensajeros secundarios tales como el monofosfato de adenosina cíclico (cAMP), cGMP, inositol-1, 4, 5-trifosfato (IP3), fosfolipasa C y diacilglicerol (DAG) que inician el flujo intracelular aguas abajo. cascadas que participan en las funciones celulares normales. Después de completar la transducción de mensajeros primarios en mensajeros secundarios, eventualmente, Gα se vuelve inactivo hidrolizando GTP a GDP. Luego vuelve a formar el complejo Gαẞγ; La forma inactiva de la proteína G (Figura 1) (Tuteja, 2009).

Figura 1: Modelo para la transducción de señales por activación / inactivación de proteínas G heterotriméricas a través de GPCR. En el estado inactivo, las subunidades heterotriméricas de proteína G están asociadas entre sí. En el estado inactivo, el PIB es obligado a Gα. Una vez que el GPCR se estimula con la unión de un ligando extracelular, sufre cambios conformacionales y activa el complejo inactivo de la proteína G que causa la disociación de Gα de Gẞγ. En el estado activo, el PIB se reemplaza por GTP. Luego, los dos complejos separados Gα-GTP y Gẞγ se unen con sus propios receptores E1 y E2 para una mayor transducción de señales. Una vez que se completa la transducción de la señal, GDP se hidroliza nuevamente en GDP y Pi e inactiva el complejo de proteína G uniéndose a Gẞγ. De esta manera, la activación e inactivación, esta completado.

Los receptores de quimiocinas pertenecen a superfamilia y se dividen en 4 grupos principales de receptores de quimiocinas como CXC, CX3C, CC y C respectivamente. Esta clasificación depende de la posición de los altamente conservados. en la secuencia de aminoácidos y de acuerdo con las quimiocinas con las que interactúan. Las quimiocinas son pequeñas. péptidos que son un subtipo de citocinas que participan en la quimiotaxis. Están asociados con el reclutamiento de células inmunes, la migración y, lo más importante, la homeostasis (Finn y Murdoch, 2000). Las quimiocinas interactúan con las proteínas G heterotriméricas para provocar sus acciones en las células objetivo con la ayuda de GPCR conocidos como GPCR de quimiocinas (Figura 2). El receptor de quimiocinas CXC (CXCR) es un prototipo de receptor para los GPCR de quimiocinas y contiene 7 CXCR llamados CXCR1-7 (Ransohoff, 2009).

Figura 2: Resumen esquemático de mecanismo de GPCR mediado por quimioquinas y la producción de mensajeros secundarios como AMP cíclico, GMP cíclico, trifosfato de inositol (IP3), diacilglicerol (DAG) y calcio que generan aún más la transducción de señales intracelulares (McNeil y Patel, 2013).

Hasta la fecha, hay alrededor de 22 receptores de quimiocinas y 50 ligandos de quimiocinas están presentes (Pease y Solari, 2015). Los receptores de quimiocinas se expresan predominantemente en las membranas de los leucocitos (Figura 3) (Lodowski y Palczewski, 2009). La función de la quimiocina juega un papel importante en el tráfico de leucocitos, cardiogénesis, diferenciación neural, hematopoyesis y organogénesis (Locati, 1999). Simplemente, la coordinación mediada por la quimiocina GPCR de las actividades de los leucocitos, como el movimiento y el posicionamiento de los leucocitos, ayuda al desarrollo, mantenimiento y buen funcionamiento del sistema inmunitario. Sin embargo, la expresión aberrante de los receptores de quimiocinas y la señalización contribuyen al ensamblaje de patologías que causan el reclutamiento inadecuado de leucocitos que conducen a enfermedades como cánceres y enfermedades inflamatorias, infecciosas, autoinmunes, neurodegenerativas (Bennett, Fox y Signoret, 2011). Por lo tanto, los GPCR de quimiocina se han convertido en un objetivo importante en la intervención terapéutica y la terapia de la enfermedad (Doijen et al, 2017).

Figura 3: Expresión de leucocitos e interacciones específicas del receptor ligando-quimiocina (Bonecci et al, 2015).

Papel de los GPCR de quimiocina en el virus de inmunodeficiencia humana (VIH)

La quimiocina GPCR, CXCR4 y CXCR3 transducen señales de sus ligandos de quimiocina CXCL12 y CXCL10 respectivamente. Se ha demostrado que la sobreexpresión de CXCR4 y CXCR3 está asociada con la progresión del VIH. CXCR4 media la entrada viral del VIH, mientras que CXCR3 implica el reclutamiento de células T en los ganglios linfáticos locales infectados por el VIH (Jiang, Shang y Wang, 2017; Lodowski y Palczewski, 2009; Fujii et al, 2007). El VIH-1 trófico de células T, que es el agente etiológico del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), utiliza CD4 y CXCR4 para ayudar a la fusión y entrada celular mediada por la envoltura (Figura 4) (Finn y Murdoch, 2000).

Figura 4: Ciclo de vida del VIH. La entrada comienza con la unión de la envoltura viral a CD4 a través de picos de glicoproteína de la envoltura presentes en la superficie de la envoltura del VIH. Esto induce cambios conformacionales en la subunidad gp120 del VIH que expone el sitio de unión al receptor de quimiocinas en gp120. Esto facilita la unión de gp120 con CXCR4 presente en la superficie de la célula objetivo. Esta unión de gp120 con CXCR provoca más cambios conformacionales exponiendo la subunidad gp41. El gp41 inserta las estructuras helicoidales en espiral e inicia la fusión de la membrana celular viral y diana permitiendo la entrada del núcleo viral en la célula diana. Eventualmente, el ARN viral se replica y forma partículas de VIH recién formadas que brotarán de la célula huésped y se liberarán en la circulación (Adaptado de Jef, 2014).

Incluso en ausencia de CD4, CXCR4 tiene la capacidad de detectar el sitio de unión del virus T-trófico. Por lo tanto, CXCR4 permite la entrada del VIH incluso en células que no expresan CD4. Esto muestra que el VIH usa CD4 para presentar el virus a la quimiocina GPCR (Finn y Murdoch, 2000). La unión del ligando natural CCL12 a CXCR4 activa la vía de señalización relacionada con la actina. La actina generalmente forma una red densa que actúa como una barrera para la entrada del patógeno. Por lo tanto, el VIH gp120 compite con el ligando natural CXCL12 por la unión de CXCR4 e inhibe la unión de CXCL12 (Figura 5) (Jiang, Shang y Wang, 2017).

Figura 5:posibles mecanismos de activación de actina inducida por quimiocinas en la promoción de la infección por VIH. El VIH gp120 se une a CXCR4 inhibiendo la interacción de CXCL12. Dos mayores Las vías están activadas. Ellos son, LIMK1- y vías WAVE2-Arp2 / 3 que polimerización de actina y despolimerización que resulta en reordenamiento del citoesqueleto. Esto mejora la fusión, entrada, integración nuclear, liberación y transmisión del VIH (Jiang, Shang y Wang, 2017).

El agotamiento de los linfocitos T por la unión de gp120-CXCR4 acelera la progresión del VIH-1. Por lo tanto, múltiples estudios se han centrado en la intervención terapéutica al enfocarse en la interacción gp120-CXCR4. Este enfoque puede ser útil para prevenir la etapa tardía de la infección (Chan et al, 2000). Hasta la fecha, hay varios antagonistas de CXCR4 (X4) involucrados en el VIH-1, como T22, T140, FC131 y KRH-3955 (Ohasi y Tamamura, 2016; Hamatake et al2009; Fujii et al, 1999). Se unen competitivamente al receptor X4 evitando la unión del ligando a CXCR4. De este modo, inhibe la unión del VIH-1 a las células diana y una mayor progresión (Figura 6). Sin embargo, la mayoría de estos antagonistas se encuentran en etapa preclínica (Tabla 1) y algunos están suspendidos (AMD070, ALX40-AC) (Murakami y Yamamoto, 2010).

Figura 6: Oportunidades terapéuticas para la inhibición de la entrada del VIH-1 (Adaptado de Davis et al, 2009)

Tabla 1: Efectos del antagonista X4 VIH-1 (Adaptado de Hamatake et al, 2009)

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El novedoso antagonista de CXCR4 KRH-3955 es un inhibidor oralmente biodisponible y extremadamente potente del VIH-1. KRH-3955 inhibió potente y selectivamente la unión y replicación de X4 HIV-1. Inhibe la unión del ligando natural al unirse competitivamente a X4 y evita la unión del VIH-1 a CXCR4. Figura 7: Efectos inhibitorios de KRH-3955 sobre la unión de quimiocinas a CXCR4. KRH-3955 es un antagonista prometedor en la unión del VIH-1 X4 y un agente antiviral del VIH-1.

Papel de los quimioquinas GPCR en el glioblastoma multiforme (GBM)

GBM es el tipo de cáncer más común y agresivo que ocurre en el cerebro. Los tumores GBM comienzan en los astrocitos que implican la nutrición y reparación neuronal. Los niveles elevados de CXCR4 y CXCR7 se asocian con células madre cancerosas (CSC) en GBM (Figura 8). CXCL12 es el ligando de quimiocina común para la activación de CXCR4 y CXCR7. La expresión alterada de estos receptores mejora la supervivencia, el crecimiento, la proliferación y la angiogénesis del tumor (Figura 9) (Bajetto et al2014; Foltz et al, 2013).

Figura 8: sistema en el nicho GBM CSC. Este es el microambiente que contiene células, CSC, vasos sanguíneos, etc. Estas células secretan CXCL12 y vías intracelulares como la proteína quinasa B / proteína quinasa activada por mitógeno (Akt / MAPK) que contribuyen a la renovación, la supervivencia y la migración de CSC (Bajetto et al, 2014).

Figura 9 diagrama de la diafonía CXCR4-CXCR7 propuesta que afecta a las principales vías relacionadas con la supervivencia celular, la proliferación y la migración CXCL12 se une a CXCR4 y CXCR7, receptor homo o ocurre. La unión del ligando provoca cambios conformacionales en los receptores CXCR4 / CXCR7 y Proteínas G que inducen múltiples caminos Gα inhibe la formación de AMPc a través de la modulación de adenilil ciclasa (AC) y Gγ activa las vías DAG / IP3 inductoras de fosfolipasa-C que implican lanzamiento. De este modo regula la supervivencia celular, la proliferación y la quimiotaxis. Gα activa las rutas de tirosina quinasa del factor nuclear κB (NFκB) y Ca2 +, tales como las vías de Janus quinasa / transductor de señal y la proteína de transcripción activadora (JAK / STAT) y las rutas PI3K / Akt que conducen a la supervivencia y proliferación celular. Gẞγ activa Ras que induce la activación de la vía extracelular regulada por la quinasa ½ proteína quinasa activada por mitógeno (ERK1 / 2 MAPK) que produce cambios en la expresión de genes y la progresión del ciclo celular. Gẞγ también activa PI3K y modula la quimiotaxis dependiente de CXCL12. CXCL12 también implica la endocitosis de CXCR4 con la ayuda de arres-arrestina. Interacción de CXCR4-ẞ-arrestin adicional más abajo intracelular vías que pueden inducir la migración celular. La expresión de CXCR4 / CXCR7 promueve el crecimiento, supervivencia, proliferación, migración y metástasis de GBM (Bajetto et al, 2014).

Tabla 2: CXCR4 y CXCR7 como objetivos terapéuticos en GBM (Adaptado de Bain et al2015; Liu et al, 2015).

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miR-663 suprime la función oncogénica de CXCR4 en GBM Suprimió la expresión de CXCR4 y miR-663 en combinación con el antagonista de CXCR4 (AMD3100) mejoró los efectos supresores de tumores. Los niveles elevados de microARN oncogénico modulan la expresión génica y aumentan la expresión de CXCR4. miR-633 suprime los niveles elevados de microARN y regula la expresión de CXCR4 mientras que AMD3100 bloquea la unión de CXCR4 con el ligando. Figura 10:El miR-663 no regulado reduce la proliferación e invasión de células GBM promovidas por la sobreexpresión de CXCR4 (Bain et al, 2015). miR-633 es un agente potencial en el tratamiento de GBM y en el enfoque terapéutico combinatorio.
Dirigirse a CXCR7 inhibe la proliferación y movilidad de las células de glioma La supresión de la expresión de CXCR7 por el ARN silenciador génico (siRNA) y el antagonista específico de CXCR7 CCX777 inhibe la proliferación e invasión de células de glioma. La supresión de la expresión de CXCR7 por siRNA reduce la fosforilación de ERK ½. CCX777 bloquea el CXCR7. De este modo, inhibe la proliferación e invasión de células de glioma. Figura 11: Derribo de CXCR7 por siRNA (Liu et al, 2015). Dirigirse a CXCR7 puede proporcionar nuevas oportunidades para mejorar la terapia de glioma.

En resumen, los GPCR de quimiocina participan de manera diversa en la progresión de la enfermedad. Por lo tanto, son objetivos farmacológicos plausibles en la intervención terapéutica que implica principalmente el bloqueo de los GPCR de quimiocinas mediante antagonistas de moléculas pequeñas y anticuerpos monoclonales (Pease y Solari, 2015). El receptor prototipo CXCR también se ha convertido en una molécula diana farmacológica importante, ya que implica en muchos estados de enfermedad, incluidos el VIH, autoinmunes, varios trastornos de inmunodeficiencia y 23 tipos de cánceres. Por lo tanto, al comprender la estructura del receptor, las interacciones y las vías de señalización que intervienen en la progresión de la enfermedad; Se pueden desarrollar oportunidades de medicamentos seguras, efectivas y más específicas.

Referencias

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