Heterodímeros de receptores de quimioquinas, nuevas unidades funcionales que contribuyen a la plasticidad de la respuesta celular
Author
Barroso Rodríguez, RubénEntity
UAM. Departamento de Biología Molecular; CSIC. Centro Nacional de Biotecnología (CNB)Date
2013-10-21Subjects
Quimioquinas - Receptores - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 21-10-2013
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Abstract
Existen muchas evidencias del papel
que desempeñan las quimioquinas en multitud
de procesos fisiológicos y patológicos. Sin
embargo, pese a la multitud de estudios
realizados en este campo, aún no se han
diseñado fármacos que bloqueando la unión
quimioquina-receptor tengan una aplicación
clínica para el tratamiento de las patologías
inflamatorias y procesos autoinmunes en los
que estas proteínas están implicadas. Esta
discrepancia entre esfuerzos y resultados ha
obligado a los grupos investigadores a revaluar
la biología de estos mediadores inflamatorios
en busca de nuevas dianas terapéuticas. En
este trabajo nos hemos focalizado en las
conformaciones de sus receptores.
Los receptores de quimioquinas se
localizan en la superficie celular en forma de
homo-, hetero-dímeros e incluso oligómeros.
Son estructuras dinámicas reguladas por la
coexpresión de los propios receptores y los
niveles de ligando. Sin embargo, poco se sabe
de cómo se regulan las conformaciones y qué
fuerzas celulares las gobiernan. Aplicando
técnicas de TIRF‑M hemos observado que
CXCR4 forma plataformas en la membrana
celular, cuya unidad mínima es el dímero
de acuerdo a los datos de FRET. Dichas
plataformas presentan difusión sobre los lípidos
de la membrana celular siguiendo un modelo
conocido como “hop-difussion”. En él, los
receptores están atrapados en compartimentos
de membrana definidos por el citoesqueleto
de actina y las proteínas que a él se asocian,
siendo capaces de “saltar“ a compartimentos
adyacentes donde vuelven a quedar atrapados.
CXCL12, probablemente promoviendo la
reorganización temporal y local de la actina,
provoca la coalescencia de los receptores en
plataformas de mayor tamaño, y ello facilita
alcanzar el umbral de respuesta.
Otro aspecto relacionado con la
dimerización de receptores que no está
completamente dilucidado es la relevancia
funcional de las distintas conformaciones
existentes. Usando células B de ratón hemos
demostrado que la formación de heterodímeros
CXCR5/EBI2 reduce la afinidad de CXCR5
por su ligando CXCL13, lo cual contribuye a
modular la función de ese receptor atenuando
el movimiento de la célula B. Aplicando
nuevos métodos de “resonance energy
transfer” como SRET o BiFC, observamos
también que CD4, CXCR4 y CCR5 forman
complejos en la superficie celular en ausencia
de ligandos cuando son coexpresados. Además
mostramos que la unión de CCR5 modifica
la conformación de CD4 y CXCR4. Como
consequencia, la interacción de la proteína
gp120 de la envuelta de cepas X4 del VIH-1, y
por lo tanto la infección por este tipo de cepas
virales, se ven dificultadas. Since the first reports on chemokine
function, much information has been generated
on the implications of these molecules in many
physiological and pathological processes.
Despite extensive studies, no drugs based
on the ability to block chemokine binding to
their receptors have yet been approved for use
in patients with inflammatory or autoimmune
diseases. This discrepancy between efforts
and results has prompted a re-evaluation of
chemokine biology. Here, we will focus on
chemokine receptor oligomerization, which
is one of the earliest events in chemokine
signaling.
Chemokine receptors form homoand
heterodimers, and even oligomers at
the cell surface. These complexes behave
as dynamic structures that are regulated by
receptor coexpression and ligand levels.
Little is nonetheless known on how the
conformations are regulated, and what cell
forces govern them. Using TIRF-M techniques
we observed that CXCR4 forms platforms
at the cell membrane, the smallest subunit
of which is a dimer according to FRET and
BRET data. These platforms diffuse on the cell
membrane lipids following a model known as
“hop-diffusion”. In this model, the receptor
plataforms are temporarily confined within a
compartment defined by the actin cytoskeleton
and its associated proteins, but they can
hop to an adjacent compartment where they
are again temporarily trapped. Binding of
CXCL12, which triggers temporal and local
actin depolymerization, facilitates receptor
coalescence into larger plataforms, and thus
facilitates to reach the response treshold.
Another issue related to receptor
dimerization not yet fully understood is the
functional relevance of receptor conformations.
Using murine B cells, we have demonstrated
that CXCR5/EBI2 heterodimers reduce the
affinity of CXCR5 for its ligand CXCL13,
thereby contributing to the regulation of
receptor function. We detected reduced B cell
movement when both receptors are coexpresed.
Similarly, using new methods of resonance
energy transfer such as SRET and BiFC,
we furthermore observed that coexpresed
CD4, CXCR4 and CCR5 form cell surface
heterocomplexes even in the absence of ligands.
Finally, CCR5 coexpression was shown to alter
the conformation of CD4 and CXCR4. As a
consequence, CCR5 coexpression impedes the
interaction of the gp120 envelope protein and
the cell infection of X4 HIV-1 strains.
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