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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO Doctorado en Ciencias Biomédicas Facultad de Medicina Papel de la miosina 1g en el tránsito vesicular en el linfocito B del ratón. TESIS DE DOCTORADO QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE: DOCTOR EN CIENCIAS BIOMEDICAS PRESENTA: M. en C. ORESTES LÓPEZ ORTEGA COMITÉ TUTOR: Dr. LEOPOLDO SANTOS ARGUMEDO DEPARTAMENTO DE BIOMEDICINA MOLECULAR, CINVESTAV-IPN FACULTAD DE MEDICINA Dra. MARIA GLORIA SOLDEVILA MELGAREJO Dr. ENRIQUE ORTEGA SOTO INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOMEDICAS UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 2 INDICE Resumen ................................................................................................................ 4 Abstract .................................................................................................................. 5 Introducción ........................................................................................................... 7 Tránsito vesicular ................................................................................................. 7 Tipos de vesículas ................................................................................................... 9 Transporte mediado por la clatrina....................................................................... 9 Transporte mediado por la caveolina ................................................................. 12 Participación de las balsas de lípidos en el transporte celular ........................... 13 Función de las balsas de lípidos en células del sistema inmunitario ................. 17 Participación del citoesqueleto de actina ........................................................... 18 Miosinas ............................................................................................................. 19 Miosinas de clase I ................................................................................................. 22 Miosinas en el sistema inmunológico ............................................................................ 25 Miosinas en los linfocitos B........................................................................................ 27 Regulación de las miosinas ....................................................................................... 28 Microvellosidades............................................................................................... 29 Dureza celular .................................................................................................... 33 Justificación ..................................................................................................... 34 Hipótesis: .......................................................................................................... 35 Objetivo general: ............................................................................................ 35 Objetivos Particulares: ................................................................................................ 35 Material y métodos ........................................................................................ 36 Resultados ........................................................................................................ 47 Expresión y distribución de la Myo1g en los linfocitos B. ................................... 47 Activación de los linfocitos B del ratón deficiente de la Myo1g. ......................... 49 Caracterización de las subpoblaciones de bazo en el ratón deficiente de la Myo1g. ............................................................................................................... 51 Tránsito vesicular dependiente de clatrina. ........................................................ 51 3 La deficiencia de la Myo1g modifica la dureza celular en las células B. ............ 55 Tránsito vesicular dependiente de caveolina. .................................................... 58 La Myo1g participa en el reciclamiento de CD44 durante la polarización celular. ........................................................................................................................... 80 Secreción de moléculas de los linfocitos B de ratones deficientes de la Myo1g.93 Análisis funcional de las células B carentes de la Myo1g. ................................. 95 Participación de la Myo1g en la topología de la membrana plasmática. .......... 110 Regulación de la Myo1g en linfocitos B. .......................................................... 120 La Myo1g está asociada con el MHC-II durante su movilización. .................... 130 La Myo1g participa en la secreción de los exosomas. ..................................... 136 Expresión de las miosinas de clase I en los linfocitos B del ratón deficiente de la Myo1g. ............................................................................................................. 137 Discusión ........................................................................................................ 138 Conclusiones ................................................................................................. 153 Perspectivas .................................................................................................. 153 Bibliografía ..................................................................................................... 154 4 Resumen La miosina 1g (Myo1g) es un miembro de la familia de las miosinas de clase I, se asocia con fosfolípidos de la membrana plasmática, así como con la red de filamentos de actina. La Myo1g ha sido descrita en células de origen hematopoyético, pero sus funciones celulares son desconocidas. En esta tesis, se determinó el papel de la Myo1g en diversos procesos celulares de los linfocitos B, que incluyen entre otras a la endocitosis, la fagocitosis, la adhesión y la migración celular. Al determinar la localización de la proteína, se observó una distribución predominantemente membranal en células en reposo, mientras que al activar estas células con LPS mas IL-4, la distribución de la Myo1g cambia a una distribución punteada en el interior de la célula, pudiendo ser vesículas. Este cambio en el patrón de distribución de la proteína motora, parece indicar que la Myo1g participa de manera activa en los procesos celulares antes mencionados. Se observó que la deficiencia de la Myo1g cambia el fenotipo de las células B, por ejemplo, se determinó que las células carentes de la Myo1g emitían prolongaciones membranales de menor tamaño, pudiendo afectar la adhesión y la migración celular. Por otro lado, se observó que la Myo1g se posiciona de manera importante en las microvellosidades de los linfocitos B y que su carencia afecta el tamaño de estas microestructuras. Las microvellosidades son estructuras inducibles que se hipotetiza funcionan como sitios importantes durante los primeros contactos celulares, ya que estas proyecciones membranales aglomeran de manera importante a moléculas de adhesión como LFA-1 y CD44. Adicionalmente, también se detectó la presencia de la Myo1g en las balsas lipídicas. Estos microdominios membranales participan de manera crucial en el transportede moléculas de adhesión tales como las integrinas, por lo tanto, al detectar la presencia de la Myo1g en estos dominios membranales, aunado al déficit en la emisión de prolongaciones 5 de la membrana, se analizó el reciclamiento de las moléculas de adhesión, especialmente de CD44. Los datos encontrados en este trabajo, demuestran que la carencia de la Myo1g provoca un retraso en el transporte de CD44 hacia la membrana plasmática en los linfocitos B. En otro contexto, se observó que la activación celular mediante LPS e IL-4, provoca la fosforilación de la Myo1g, posiblemente causando la activación de esta proteína motora. Se observó, mediante la transfección de células A20 con una mutante que carece del sitio de fosforilación “TEDS”, que las células A20 se redondean. Por último, se observó el posicionamiento de la Myo1g en el sitio de contacto entre fibronectina y las integrinas, este resultado sugiere que la Myo1g puede estar participando en contactos intercelulares como la sinapsis inmunológica. En conjunto, los datos presentados en esta tesis sugieren que la Myo1g está involucrada en la dinámica del citoesqueleto de actina en los linfocitos B, así como en el tránsito vesicular. Abstract Myosin 1g (Myo1g) is a family member of the class I myosins, is associated with the phospholipids of the plasma membrane and the actin filament network. Myo1g has been described in cells of hematopoietic origin, but their cellular functions are unknown. In this thesis, we investigated the role of Myo1g in several B cell processes, including endocytosis, phagocytosis, cell adhesion, cell migration, among others. To observe the location of this protein, we detect a predominantly membrane distribution in resting cells while LPS plus IL-4 activated B-cells the distribution of Myo1g changed to a dotted distribution within the cell, these dots may represent 6 vesicles. This change in the distribution pattern of the motor protein, suggests that Myo1g participates actively in the aforementioned cellular processes. It was observed that the deficiency of Myo1g changes the phenotype of B cells, for example, it was observed that cells lacking Myo1g emitted smaller microvilli and this shortened structures may affect adhesion and cell migration. Furthermore, it was observed that the Myo1g is substantially positioned in the microvilli of B lymphocytes and its deficiency affects the size of these microstructures. The microvilli are inducible structures; it has been hypothesized that microvilli function as important sites for the first cell to cell contact since these projections agglomerate important adhesion molecules such as LFA-1 and CD44. Additionally, the presence of Myo1g was also detected in lipid rafts. These membrane microdomains insignificantly participate in the transport of adhesion molecules such as integrins and adhesion molecules such as CD44. The results from this study show that the lack of Myo1g causes a delay in the transport of CD44 in B lymphocytes Moreover, it was observed that cell activation induces the phosphorylation of Myo1g, possibly causing the activation of this motor protein. This observation was made though the transfection of A20 cells with a mutant of Myo1g lacking the phosphorylation site "TEDS". This transfection causes a round phenotype in cells that usually have an elongated morphology. Finally, Myo1g was found at the site of contact between fibronectin and integrins, this suggests that Myo1g may participate in the intercellular contacts such as the immunological synapse. Overall, the data presented suggest that Myo1g is involved in actin cytoskeleton dynamics in B lymphocytes, as well as in vesicle trafficking. 7 Introducción Tránsito vesicular El tránsito vesicular es un mecanismo complejo que involucra a diferentes compartimientos membranales. Estos compartimentos difieren en su composición lipídica y proteica, lo que les podría dar la especificidad en su contenido y función [1]. La selectividad de este transporte es clave para mantener la organización funcional de la célula, por ejemplo, las enzimas lisosomales son transportadas específicamente del aparato de Golgi hacia los lisosomas y no hacia la membrana plasmática o al retículo endoplásmico [1]. Hasta el momento se han descrito diversas moléculas involucradas en el transporte vesicular, entre las que tenemos a la clatrina, la caveolina, la dinamina, las GTPasas, la sinaptotagmina, la actina, la tubulina, las dineinas, las cinesinas y las miosinas, aunque también es importante la composición lipídica y la molécula transportada, entre otras [1]. El tránsito membranal describe una serie de pasos en los cuales se llevan a cabo el transporte de las diversas vesículas en la célula. Para organizar el tránsito vesicular se necesitan muchas proteínas reguladoras y accesorias en cada paso de este fenómeno. El entendimiento de este proceso es muy complejo y su estudio se ha realizado en años recientes, aunque muchas preguntas aún permanecen sin respuesta [1]. El tránsito vesicular puede dividirse en dos vías generales: la vía endocítica y la vía secretora. La vía endocítica comienza cuando las moléculas son tomadas fuera de la membrana plasmática y transportadas hacia el interior de la célula, por otro lado, la vía secretora comienza cuando las proteínas y los lípidos producidos por la célula, en el retículo endoplásmico, son movilizadas hacia el exterior de la célula (Figura 1). 8 Figura 1.- Esquema de la vía endocítica y exocitica llevada a cabo en una célula eucarionte. Se observan las diferentes etapas del tránsito vesicular. Tomada de Tokarev A, Alfonso A and Segev N, 2009, Overview of Intracellular Compartments and Trafficking Pathways, Landes Bioscience and Springer Science. Las vesículas “secretadas” del retículo endoplásmico llegan al aparato de Golgi, lugar donde son modificadas y “divididas”. El aparato de Golgi está dividido en sub-compartimentos funcionales denominados Cis, medial y trans-Golgi [2]. 9 Tipos de vesículas Hasta el momento se han descrito diversas vías de transporte celular, entre las que tenemos a las dependientes de la clatrina, de la caveolina o a las vesículas desnudas, etc. Para el entendimiento del tránsito vesicular es necesario saber cómo se genera una vesícula, para lo cual tomaremos como ejemplo la formación de la vesícula recubierta con clatrina. Transporte mediado por la clatrina La generación de una vesícula de transporte conlleva el ensamblaje de una cubierta especial en la cara citosólica de la membrana que genera la vesícula. Estas cubiertas actúan como un dispositivo que succiona la membrana rica en ciertas proteínas y pobre en otras hacia afuera de la membrana, así las proteínas pueden ser transportadas de forma específica a otro compartimiento [3]. La mayoría de las vesículas de transporte se forman a partir de regiones recubiertas de la membrana, por lo que generan vesículas revestidas de una red de proteínas distintas de las que recubren la superficie citosólica [4]. Antes de que la vesícula se fusione con la membrana receptora, este recubrimiento debe eliminarse para permitir que las dos membranas interaccionen directamente [5]. Las vesículas revestidas de clatrina (proteína mayoritaria del recubrimiento) más un complejo adaptador se generan en la membrana plasmática y en el último saco del aparato de Golgi [4]. Las vesículas carentes de clatrina intervienen en el transporte de moléculas del retículo endoplásmico hacia el aparato de Golgi y entre las distintas cisternas de este último. Las vesículas revestidas de clatrina median el transporte selectivo de receptores transmembranales, como el receptor M6P (manosa-6-fosfato) desde la red del trans Golgi, o el receptor de LDL (lipoproteína de baja densidad) desde la membranaplasmática, ambos con su respectivo ligando, quedando en el interior de la vesícula [3, 4]. Las vesículas revestidas de coatómero – complejo proteico, formado por una gran diversidad de proteínas, entre las que 10 tenemos a las proteínas COPI y COPII [6]- , por el contrario, median el transporte vesicular no selectivo desde el retículo endoplásmico y las cisternas del Golgi [3]. Con relación al sistema inmunológico se ha descrito principalmente que la fagocitosis, internalización de receptores Fc [2, 7], BCR [8], receptor de transferrina [9] se da vía dependiente de la clatrina. La clatrina es una proteína formada por tres cadenas pesadas y tres cadenas ligeras formando una estructura denominada trisquelión, este complejo es muy conservado [3]. Las cadenas ligeras interactúan con las cadenas pesadas en la región amino terminal. La unión de estas cadenas a diferentes complejos o trisqueliones forman una estructura muy compleja, parecida a una cesta. La función principal de esta proteína es recubrir a los endosomas durante el transporte celular, este proceso tiene cuatro etapas: la formación, el ensamblaje, la liberación y el desnudamiento. Los trisqueliones unidos a la membrana provocan la invaginaron de esta zona dando lugar a la formación del endosoma. Cuando se produce la “gemación” de la vesícula, la clatrina se separa de la membrana mediante la acción de la dinamina [4, 10]. Una vez que esta vesícula se encuentra libre de los endosomas, esta se acopla a otros compartimentos membranosos, por ejemplo, a los endosomas tardíos. Se ha determinado que la GTPasa ARF participa en el desacople de la clatrina además de otras proteínas como la HSP70, pero este proceso aún necesita ser estudiado con mayor detalle [4]. La clatrina no actúa sola. Como se definió anteriormente, existen moléculas adaptadoras, una de estas es la proteína AP2. Esta proteína necesaria para el revestimiento de la clatrina a la membrana [4]. Las vesículas recién formadas no son iguales entre sí, existen diferencias dependiendo de la molécula receptora y el ligando de esta; por ejemplo, se ha demostrado que algunas vesículas participan en el tránsito desde el aparato de Golgi hasta los endosomas tardíos, siendo ricas en receptores de M6P, mientras que otras participan en la movilización de endosomas 11 de la membrana plasmática hacia los endosomas tempranos, siendo ricas en receptores para LDL [3]. Aunque el recubrimiento proteico es similar, se ha demostrado que en cada tipo de vesículas existen diferencias en las proteínas adaptadoras, dando selectividad al proceso [3]. Existe un modelo de formación de las vesículas, el cual comienza con el ensamblaje (en cadena) de subunidades citosólicas de una proteína de cubierta a una porción de la membrana donadora, conduciendo a la formación de una vesícula cubierta fuera de la membrana [3]. El siguiente paso es el incremento de la velocidad de ensamblaje, esto sucede cuando la GTPasa ARF se une al complejo de ensamblaje. El cambio conformacional en la GTPasa - dado por la unión del GTP - permite que la proteína exponga la cola lipídica. Esta se inserta en la bicapa lipídica de la membrana donadora. Una vez unida a la membrana, la ARF recluta proteínas para el ensamble de la cubierta, resultando en la formación de una vesícula [10]. En el caso de las cubiertas de clatrina, en este paso, se produce la interacción específica del grupo adaptador con receptores agrupados en determinados lugares de la membrana, formando la capa íntima de la cubierta, sobre la cual se ensamblan las subunidades de clatrina [4, 5]. Posteriormente, esta vesícula se desprende por la acción de la GTPasa dinamina (se cree que actúa como un anillo que estrangula la zona de unión de la vesícula a la membrana dejando la vesícula libre) en las cubiertas de clatrina [5]. El siguiente paso es la inactivación de la GTPasa ARF al hidrolizarse el GTP unido, por acción de una GAP (GTPasa activating protein), esta inactivación produce la disociación de las cubiertas [5]. Los trisqueliones de clatrina son subsecuentemente liberados de las vesículas. Se piensa que esta reacción es catalizada por una proteína chaperona citosólica de la familia Hsp70, este fenómeno es dependiente de ATP. Finalmente 12 las cubiertas proteicas son rápidamente disociadas, dejando la vesícula preparada para la fusión con la membrana receptora específica [4]. En los últimos años se ha avanzado mucho en el conocimiento de los mecanismos moleculares que median la formación de proteínas de cubierta, pero todavía no se ha podido dilucidar el sistema complejo que utiliza una célula eucariótica para tomar la decisión correcta en cuanto al destino de la carga que transporta una vesícula. Transporte mediado por la caveolina En años recientes se ha demostrado que la vía dependiente de la caveolina participa en la endocitosis de las integrinas [11, 12] como LFA-1 [13, 14] y moléculas asociadas a las balsas de lípidos [15] como MHC-II [16, 17], CD55, CD59 [18], CD44 [19], CD25 [20]. Este tipo de tránsito dependiente de caveolina se lleva a cabo en vesículas denominadas caveolas. Las caveolas fueron identificadas originalmente como invaginaciones de la membrana plasmática en las células endoteliales y epiteliales con un tamaño de 50-100 nm [21]. Las caveolas, además, se pueden fusionar para formar estructuras tipo racimo y túbulos con tamaños significativamente más grandes de 100 nm. Las caveolas son abundantes en el endotelio, en células musculares, en adipocitos y en células epiteliales del pulmón [22, 23]. Las caveolinas son una familia de proteínas integrales de membrana de 21- 25 kDa. Se conocen tres genes de caveolina. Las caveolinas 1 y 2 se expresan ubicuamente, mientras que la expresión de caveolina 3 es específica de células musculares y astrocitos [22, 23]. La caveolina une colesterol directamente, lo que estabiliza la formación de complejos de homo-oligómeros. Las balsas de lípidos están muy enriquecidas en colesterol, por lo tanto, es muy probable que la caveolina se asocie a estos 13 microdominios para formar las caveolas a través de su interacción directa con el colesterol. Los homo-oligómeros de caveolina podrían interaccionar unos con otros dentro de las balsas de lípidos para formar las invaginaciones de los dominios de membrana que podemos ver como las caveolas [24]. Las caveolas son muy parecidas a las balsas de lípidos, tanto en su composición como en sus propiedades bioquímicas. De hecho, las caveolas se pueden definir como balsas de lípidos que contienen a la proteína caveolina [22]. Se ha visto que los complejos toxina del colera-GM1 se internalizan en la célula mediante un proceso de endocitosis mediado por caveolas, siendo además un proceso de endocitosis completamente diferente al mediado por las vesículas cubiertas de clatrina [25]. La caveolina-1, como se describe anteriormente, une colesterol y se piensa que está implicada en transportar colesterol desde el retículo endoplásmico a la membrana plasmática [11, 26]. La caveolina presenta un dominio de andamiaje, por el que interacciona directamente con las proteínas señalizadoras, como las cinasas de la familia Src [27], la oxido nítrico sintasa [28], receptores de diversos factores de crecimiento [24]. La unión de un ligando, como el factor de crecimiento a su receptor, induce la dimerización del receptor, desencadenando una cascada de señalización de las MAP cinasas que promueve, en última instancia, la proliferación celular [22]. Recientemente, se ha sugerido que las balsas de lípidos podrían ser importantes en el transporte dentro de la ruta endocítica tanto de lípidos, como de proteínas ancladas por GPI [29]. Participación de las balsas de lípidos en el transporte celular La membrana plasmática se compone principalmente de esfingolípidos,fosfolípidos y colesterol. Estos lípidos tienen diferente grado de compactación lo que posiblemente permite la segregación de las diferentes fases en la bicapa de lípidos, 14 lo que lleva a cabo la formación de microdominios de esfingolípidos que “flotan” en la bicapa. De esta forma se acuño el término de balsas de lípidos [30]. El origen de este concepto se comenzó a dilucidar con el descubrimiento la formación de agregados de glicoesfingolípidos en el aparato de Golgi antes de ser enviados a la región apical de células epiteliales. Además de que la membrana apical de las células epiteliales está enriquecida en glicolípidos y colesterol [30]. En años recientes se ha acordado que las balsas de lípidos poseen un tamaño de entre 10 y 200 nm, son heterogéneas, altamente dinámicas, enriquecidas en colesterol y esfingolípidos, y que además permiten compartamentalizar diversos procesos celulares [31]. El modelo basado en las balsas de lípidos postula que el mecanismo de transporte apical está fundamentado en las interacciones lípido-lípido y lípido- proteína que tienen lugar en microdominios específicos con un contenido elevado en glicolípidos y colesterol [31]. De esta forma, los glicoesfingolípidos se asocian y forman agrupamientos en las membranas de la red del trans-Golgi, donde podrían actuar como plataformas para la inclusión de proteínas “carga”, destinadas a ser transportadas a la membrana apical, mientras que las proteínas con destino a la membrana basolateral serían excluidas. Estos lípidos y proteínas, podrían ensamblarse junto con proteínas accesorias en la cara citoplásmica de la región trans del aparato de Golgi, para formar un subdominio capaz de formar vesículas que engloben la maquinaria necesaria para asegurar una distribución específica a la membrana apical [31]. Las proteínas basolaterales, cuyo transporte está basado en interacciones proteína-proteína, no son capaces de acceder a estos dominios y son excluidas específicamente de las vesículas de transporte apical [31]. Todo esto se lleva a cabo en células polarizadas, pero en células no polarizadas, como los linfocitos, el tránsito de las moléculas puede llevarse a cabo mediante un transporte directo, por ejemplo, la interacción de los linfocitos B 15 (actuando como células presentadoras de antígeno) y las células T promueve la concentración de moléculas especificas hacia el sitio de la interfase entre estas dos células (llamado sinapsis inmunológica). Esta interacción promueve un transporte específico hacia el sitio de contacto, por ejemplo, la secreción de IL-2 e IFN-γ por los linfocitos T CD4+ o la perforina y la granzima por las células T CD8+ está dirigida hacia el sitio de la sinapsis inmunológica [32, 33]. La membrana apical podría representar un gran microdominio lipídico de balsas de lípidos, donde los dominios forman agrupaciones aisladas [34]. El criterio principal para determinar si una proteína se asocia específicamente a las balsas de lípidos es analizar su resistencia a ser solubilizada por detergentes no iónicos suaves como el Tritón X-100. El análisis de las proteínas inmersas en las balsas de lípidos con detergentes no iónicos intermedios, como el octil-glucósido, permite diferenciar a las proteínas presentes en las balsas de lípidos de proteínas asociadas al citoesqueleto, que son siempre insolubles. En primer lugar, es importante diferenciar las proteínas que son transportadas unidireccionalmente por las balsas de lípidos, es decir, proteínas “carga”, de aquellas que estarían formando parte de la maquinaria de transporte mediada por las balsas de lípidos, circulando entre la región trans y la membrana plasmática [34]. Para identificar las proteínas que formaban parte de la maquinaria de transporte, se aislaron vesículas de células MDCK destinadas a la superficie apical [35]. El análisis de estas vesículas definió una serie de candidatos posibles que podrían formar parte de dicha maquinaria, donde se observó que la caveolina es la proteína asociada a las balsas de lípidos mejor caracterizada [35]. Se ha demostrado que las proteínas sintaxina 3 y TIVAMP están asociadas a las balsas de lípidos en células MDCK, pareciendo indicar que estas proteínas son parte de la maquinaria de transporte de las balsas de lípidos [36]. De igual forma, el proteolípido MAL también se asocia específicamente a las balsas de lípidos de células epiteliales polarizadas y de linfocitos T [23, 37, 38]. De hecho, 16 MAL es la única proteína asociada a las balsas de lípidos que se ha demostrado que tiene una función esencial como componente de la maquinaria para el transporte apical de proteínas secretadas y de membrana en las células epiteliales [39-41]. El número de proteínas carga descubiertas, que se asocian a las balsas de lípidos, se ha incrementado extraordinariamente en los últimos años. En general, las proteínas carga tienen tendencia a asociarse a las balsas de lípidos y las proteínas que están ancladas a la membrana, en la cara exoplásmica o citoplásmica, por cadenas aciladas saturadas [40]. Las proteínas ancladas por GPI están unidas a la cara exterior de la membrana por el grupo glicosilfosfatidilinositol con dos o mas cadenas de ácidos grasos saturados [42], mientras que la familia de tirosina cinasas Src doblemente aciladas, se une a la cara citoplásmica de las membranas de las balsas de lípidos [43]. Hasta el momento, son pocas las proteínas transmembranales cuya asociación a las balsas de lípidos ha sido demostrada bioquímicamente. Las proteínas hemaglutinina y neuraminidasa del virus influenza, ampliamente utilizadas como modelo de transporte en células polarizadas, son proteínas transmembranales asociadas a las balsas de lípidos [43]. Se han descrito pocas proteínas secretadas (prolactina y TNF-α) [40, 44, 45], que se asocien de forma específica a las balsas de lípidos, durante el proceso de exocitosis. Es posible que las proteínas solubles que se secretan apicalmente en las células epiteliales polarizadas, sean transportadas en el interior de las vesículas de balsas de lípidos que, supuestamente, median el transporte a la membrana apical. El proceso de aislamiento de balsas de lípidos, con o sin detergentes, podría destruir la integridad de estas vesículas, liberando su contenido y, de esta forma, destruir la asociación [46]. 17 Aun así, se ha visto que la tiroglobulina se asocia específicamente a estos dominios durante su transporte apical por la vía exocitica [46]. Es posible que la interacción de ésta y otras proteínas con las balsas de lípidos se produzca por su asociación a un receptor de membrana que esté específicamente incorporado en estos microdominios, como ocurre con la proteína carboxipeptidasa E [47]. Función de las balsas de lípidos en células del sistema inmunitario Se ha observado que las balsas de lípidos desempeñan una función esencial en los procesos de señalización a través de los receptores de membrana, en particular, con los receptores de las células del sistema inmunitario. Estos receptores inician el reclutamiento de ma s subunidades señalizadoras y de ensamblaje, formando un complejo supramolecular que regula la transducción de las señales [48]. En esta región también residen constitutivamente algunos correceptores como CD8 y CD4, subunidades de transducción del tipo tirosina cinasa como Lyn, Lck y Fyn. Por tanto, en la mayoría de los procesos y dependiendo del estado de activación celular, es en estos dominios donde el complejo multimérico de transducción es ensamblado y desde donde se produce la señalización [48]. Por otro lado, también se ha visto la participación de estos microdominios en la maduración de los linfocitos [49, 50], en la diferenciación de las células mieloides y linfoides [51], en la función efectora de las células NK [52], en la activaciónde las células cebadas [53], etc. En los linfocitos T se ha descrito que algunos de los componentes mayoritarios de estos microdominios poseen capacidad coestimuladora. La oligomerización de proteínas ancladas por GPI como CD59 o CD48 con anticuerpos entrecruzantes, o de uno de los glicolípidos mayoritarios de estos dominios, el gangliósido GM1, con la subunidad B de la toxina colérica, promueve un aumento 18 de la fosforilación en tirosina en presencia de cantidades subóptimas de anticuerpos α-CD3 en linfocitos T [54]. En relación a los linfocitos B, se ha visto que estas balsas funcionan como plataformas de señalización vía BCR [55] y para la aglomeración de moléculas del MHC-II [56]. Esta capacidad coestimuladora de los componentes mayoritarios de las balsas de lípidos ha aumentado notablemente el interés por conocer la organización de las balsas de lípidos en la superficie de la célula. Aunque CD59 y GM1 se encuentran en las mismas fracciones insolubles, el análisis de su distribución en la superficie celular, su cinética de internalización en respuesta a la oligomerización y la ausencia de comodulación de una molécula sobre la otra, revela un agrupamiento en dominios diferentes [56]. Por otra parte, estos dominios coestimuladores carecen por sí mismos de la capacidad para reclutar el TCR en los microdominios y es necesaria la agregación del receptor para que este proceso tenga lugar [57]. En los linfocitos T, todo el ensamblaje supramolecular que se forma en torno al receptor cuando reconoce un antígeno presentado por una APC, ha sido denominado sinapsis inmunológica [52, 58] mencionada anteriormente. Participación del citoesqueleto de actina El citoesqueleto de actina es otro elemento que participa en el tránsito vesicular. El reclutamiento del TCR en los microdominios es dependiente de un citoesqueleto de actina funcional, puesto que puede ser bloqueado con el inhibidor de la polimerización de actina, la citocalasina D [57]. La coestimulación con anticuerpos frente a la proteína anclada por GPI (CD48) incrementa a su vez la asociación al citoesqueleto de actina [59]. La reorganización del citoesqueleto y su acoplamiento al complejo del TCR estimulado, está regulada por Rho GTPasas como Rac1, CDC42 o RhoA, o por proteínas intercambiadoras de GTP de la familia Rho como Vav1. La proteína 19 adaptadora Cbl-b no sólo regula negativamente la fosforilación de Vav1 y la redistribución de la actina promovida por la estimulación del TCR [60], sino también la segregación del receptor en las balsas de lípidos, lo que indica la existencia de una relación directa entre ambos sucesos [57]. Otras proteínas involucradas en la movilización de las balsas son las miosinas, se ha visto que al inhibir su función se ve alterada la movilización de estos microdominios o de proteínas reclutadas, como CD3 en el caso de los linfocitos T [61]. Pero este proceso no está regulado por miosinas de clase II, ya que al usar un inhibidor especifico de estas miosinas, no se observó la inhibición de este proceso, por lo tanto, se piensa que podrían ser otras proteínas motoras, como las miosinas de clase I, (por ejemplo la Myo1c la cual al ser inhibida con tecnología de RNA de interferencia se observó un desbalance en la movilización de las balsas de lípidos) [62]. Miosinas Las miosinas son una familia de proteínas que se caracterizan por su capacidad de unión a la actina filamentosa; estas proteínas poseen actividad de ATPasa, la cual les permite acoplar la hidrólisis del ATP con cambios conformacionales. Estos cambios permiten su desplazamiento a lo largo de los microfilamentos del citoesqueleto, al tener esta función, se les denominan proteínas motoras [63-65]. De manera general, las miosinas son proteínas multiméricas formadas por una o varias cadenas pesadas. La región del amino terminal de estas cadenas forma una cabeza globular a la cual se asocian dos o más cadenas ligeras. Los dominios carboxilo terminal de las cadenas pesadas son alfa hélices enrolladas entre ellas formando un bastón de diversas longitudes, al que se ha llamado “cola” o “cauda”. La molécula de miosina contiene dos regiones flexibles; hay una “bisagra” entre la 20 región de la cola y la cabeza globular de la molécula y una pequeña porción lineal muy cerca de la bisagra (Figura 2) [66]. Figura 2.- Diagrama esquemático de una miosina.- En la región amino terminal de las 2 cadenas pesadas se muestra la cabeza globular y las cadenas ligeras asociadas a ella. Las primeras se entrelazan para formar una doble hélice y tienen dos regiones flexibles o de bisagra. Tomada de (64). La cabeza es el dominio más conservado de las moléculas de miosina y es la región con afinidad para la actina y el ATP, por lo tanto, la cabeza de las miosinas es la parte involucrada en la conversión de la energía química del ATP en energía mecánica, transducida en movimiento por el filamento de actina [67]. Entre la cabeza y la cola se encuentra el dominio llamado cuello, formado a su vez por un número variable de dominios entre los que se encuentra el conocido como motivo IQ caracterizado por una secuencia de aproximadamente 14 aminoácidos con la repetición IQxxxRGxxxRxxY (I- isoleucina; Q-glutamina). A esta región se asocian diversos tipos de cadenas ligeras, con funciones ya sean 21 estructurales o reguladoras. Entre éstas se encuentra la proteína calmodulina. El dominio de la cola posee la mayor diversidad de entre todas las clases de miosinas. Sirve para anclar a la molécula y para interaccionar con: 1) otras proteínas, 2) membranas o vesículas, 3) moléculas cargadas eléctricamente o 4) para formar filamentos en el músculo [67]. Hasta el momento se han descrito 37 clases de miosinas, entre las que tenemos a las miosinas de clase I [68-70]. En la figura tres se observan diferentes clases de miosinas presentes en los leucocitos, esquematizando sus diferentes dominios. 22 Figura 3.- Esquema general de las miosinas presentes en los leucocitos, se observan los dominios principales de las miosinas, entre los que tenemos al dominio TH1, el dominio motor, y algunos otros dominios que presentan esta familia de proteínas como el dominio ¨coil-coil¨, el dominio SH3, el dominio FERM, dominios PH entre otros. Tomada de (76) Miosinas de clase I Las miosinas de clase I constan de una sola cadena pesada con el dominio motor ubicado en el extremo amino-terminal de la molécula; en la región del cuello existen varios dominios IQ y en la región de la cola encontramos siempre un dominio 23 TH1, que se caracteriza por una secuencia rica en aminoácidos básicos. Esta clase de proteínas puede ser subdividida en dos grupos: las miosinas de cola corta y las de cola larga; estas últimas poseen adicionalmente un dominio TH2 (con una secuencia rica en prolinas) y la región TH3 que corresponde a un dominio SH3 (dominio de homología a Src, que permite interacción con dominios ricos en prolina) [61, 70]. Las miosinas de clase I se relacionan con varios procesos como la endocitosis, la secreción, la adhesión, la motilidad celular [71], el mantenimiento de la tensión membranal en linfocitos [72, 73] y el tránsito vesicular [74-78]. En Dictyostelium se ha demostrado que estas miosinas pueden actuar en conjunto o tener funciones superpuestas. Por ejemplo, procesos como la macropinocitosis y la fagocitosis se ven alterados en células que no expresan a las miosinas de clase I [79], otra función que se ha visto asociada es la migración defectuosa de los neutrófilos carentes de la miosina 1f, lo que favorece la infección con patógenos tales como Listeria monocytogenes [70], por otro lado, se ha visto la participación de la miosina 1c durante el proceso de la sinapsis inmunológica en los linfocitos B [80]. Existen ocho miosinas de clase I, que vandesde la miosina 1a hasta la miosina 1h en mamíferos [67]. La miosina 1g (Myo1g) es la más expresada en linfocitos T, se localiza principalmente en la membrana plasmática gracias a su dominio PH-like (homologo a pleckstrina) [81], presente en el dominio del tallo, donde se ha visto su participación en el mantenimiento de la tensión membranal [73]. Se ha demostrado que la Myo1g se une al fosfatidilinositol 3,4 bifosfato [81] y a fosfatidilinositol 3,4,5 trifosfato [82], teniendo posibles funciones en el anclaje a la membrana o en el transporte vesicular, ya que los endosomas tienen una concentración rica de estos fosfolípidos en su composición [83-87]. Por ejemplo, se ha detectado la presencia de la Myo1g en la región de las balsas de lípidos en los 24 endosomas tardíos de las células BHK [88], en la región de las balsas de lípidos en los neutrófilos [89], en los linfocitos B humanos y en la línea celular Raji [90], además de los endosomas que contienen balsas de lípidos en los linfocitos T humanos [91], en los lisosomas en células epiteliales de cáncer de glándula mamaria (MCF7a) [92], en los exosomas secretados de los linfocitos T estimulados con PHA e IL-2 [93, 94] y de exosomas de timo humano [95]. También se ha demostrado la presencia de la Myo1g en viriones de VIH liberados de células THP-1, previamente estimuladas con LPS [96], en los exosomas secretados de esta misma línea celular estimulada con LPS [97], y de macrófagos murinos (J774) infectados con Leishmania mexicana [98]; por otro lado, también ha sido detectada en las microvesículas de neutrófilos humanos [99], en exosomas de linfocitos B estimulados, en posible asociación con MHC-II [100], pero también en exosomas de células B infectadas con EBV y el virus asociado al sarcoma de Kaposi [101], en exosomas de cáncer pulmonar [102], exosomas de cáncer colon-rectal [103], y de exosomas procedentes de tejido urinario [104]. La presencia de la Myo1g en todos estos tipos de vesículas sugiere un papel estructural importante para diversos tipos celulares, aunque aún no se conoce un papel exacto de la proteína en este proceso. Otros ejemplos de miosinas de clase I involucradas en el tránsito vesicular son la Myo1a, la Myo1d, la Myo1c, la Myo1e, la Myo1b. La Myo1d está implicada en el tránsito de diferentes poblaciones de vesículas en las neuronas [105] y en los endosomas tempranos en células MDCK [69]; la Myo1e en la secreción de las vesículas en los oocitos de Xenopus laevis [78]; la Myo1c en el transporte de Glut4 en los adipocitos [75, 77] y de la Myo1b en el transporte de los endosomas multivesiculares [71]. Recientemente se ha demostrado la participación de la Myo1c en la movilización de VEFGR en el interior de la célula, afectando la migración y proliferación de las células endoteliales [106], por otro lado, se ha demostrado que la Myo1a participa activamente en el transporte de las moléculas hacia las 25 microvellosidades en las células epiteliales [107], moléculas como la maltasa y la sacarosa isomaltasa y de la molécula CFTR en enterocitos de intestino delgado de ratón [108]. Miosinas en el sistema inmunológico Hasta la fecha se han descrito diversas miosinas participantes en funciones inmunológicas. En relación a las miosinas de clase I, la Myo1f tiene un papel importante en la migración de los neutrófilos. Los neutrófilos carentes de esta miosina mostraron una reducción en la migración, debido a una movilización disminuida de las integrinas hacia el pseudópodo, además de que la pérdida de esta miosina los hacía más susceptibles a la infección por L. monocytogenes [70], por otro lado, se ha visto que existe interacción entre la Myo1c y la proteína NEMO en los adipocitos 3T3-L1, durante el tratamiento con insulina [109]. Las miosinas de clase II han sido estudiadas ampliamente, por ejemplo, se ha determinado la participación de la miosina no convencional de clase II, MyoIIA, en la migración de linfocitos T y B [110], segregación de receptores y el mantenimiento de la sinapsis inmunológica [111]. También se ha determinado que esta miosina participa en la desgranulación de las células NK, esto se demostró tratando células con RNA de interferencia específico para esta miosina, las células transfectadas con el RNA de interferencia son capaces de establecer el contacto con la célula blanco, pero la célula NK no desgranula, provocando una disminución en la actividad citolítica de estas células [112, 113]. Las miosinas de clase II también contribuyen en la movilización de moléculas hacia el sitio de la sinapsis inmunológica, por ejemplo, MyoIIA participa en la maduración de esta estructura, la inhibición de esta miosina por siRNA en linfocitos T muestra que estas células incrementan la emisión de prolongaciones de membrana (“spreading”), sin embargo, estas células no son capaces de ensamblar 26 el SMAC central y periférico, adicionalmente, estas células exhiben un decremento en la fosforilación de la cinasa SRC y Cas-L [96, 111]. Otra función de la MyoIIA es el tráfico del complejo del MHC-II-CD74 en la superficie de los linfocitos B [114]. También se ha demostrado que la MyoIIA participa en la migración de los linfocitos B bajo el estímulo de CXCL13 [115]. En el caso de la migración de los linfocitos T se ha visto que las células presentan cúmulos o “clusters” de MyoIIA, que son originados en un polo de la célula, estos cúmulos de MyoIIA se mueven del urópodo hacia el pseudópodo de las células T, sugiriendo un papel de posicionamiento de las integrinas durante la migración linfocitaria mediada por quimiocinas [116]; recientemente se ha visto que esta miosina también interacciona con receptores de quimiocinas como CXCR4 y con las moléculas de adhesión [111]. Por otro lado, también se ha visto la participación de la MyoIIA en la formación y el mantenimiento de la sinapsis inmunológica. La participación de esta miosina se evaluó, usando beblistatina, un inhibidor especifico de esta miosina, los linfocitos T tratados muestran una disminución en la formación de conjugados entre los linfocitos T y las células presentadoras de antígeno [110]. Se ha demostrado que las plaquetas que pierden la función de MyoIIA tienen una disminución en la desgranulación y en la adhesión hacia proteínas de matriz extracelular [117]. Por último, se ha demostrado que la MyoIIA, se asocia al receptor scavenger P2X7, para la fagocitosis de células apoptóticas mediada por los monocitos [118]. En relación a las miosinas de clase V se ha visto la participación de la MyoVa en la migración de las células Jurkat, debido a la movilización o al posicionamiento de esta miosina en el polo migratorio [119]. Otra miosina involucrada en la migración es la MyoIXb, esto se observó cuantificando la cantidad de monocitos reclutados al peritoneo de ratones carentes en esta proteína mediante un estímulo inflamatorio [120]. Otra función de la MyoVa es la movilización de los fagosomas en los 27 macrófagos peritoneales de ratones; mutaciones en esta miosina determinan que la movilización de estas vesículas es más rápida en comparación con las vesículas en los macrófagos de los ratones silvestres [121]. Por otro lado, se ha demostrado que la MyoVIIa está involucrada en la fagocitosis de E. coli en las células dendríticas, las mutaciones en esta miosina muestran una incipiente formación de la copa fagocítica en los macrófagos [122]. Miosinas en los linfocitos B Hasta la fecha se han descrito algunas funciones celulares de las miosinas en los linfocitos B, como en la movilización del BCR hacia los lisosomas por la MyoIIA y la disminución en la expresión de esta proteína afecta la presentación antigénica [123]. Una de las funciones principales de los linfocitos B activados es la presentación antigénica a los linfocitos T, para recibir coestimulación (víacitocinas y otras moléculas). Esta presentación antigénica es llevada a cabo en la sinapsis inmunológica, donde se movilizan diversas proteínas como MHC-II [124] y moléculas de adhesión [125]. Dentro de esta interfase se describen tres zonas, denominadas complejo de activación supramolecular (SMAC) [126], estas regiones son definidas por la distribución de proteínas en estas regiones en la sinapsis inmunológica, por ejemplo, se determinó la presencia de TCR, MHC [126, 127], CD28 [128] y otras moléculas coestimuladoras [129], entre otras, en el SMAC central; otra región es la SMAC periférico, en esta zona se concentran moléculas de adhesión como LFA-1 [127] e ICAM-1 [130], y el SMAC distal, el cual aglomera moléculas como CD45, otra molécula movilizada hacia la sinapsis inmunológica es CD44, pero aún no se conoce exactamente su localización [131]. Recientemente, se evaluó la participación de la Myo18a en el mantenimiento de la difusión lateral del BCR, esto se debe a la unión de esta miosina con ezrina, 28 que mantiene al BCR restringido en zonas específicas, esta unión permite una adecuada señalización después de la estimulación del BCR [132]. Por otro lado, en el año 2005, se demostró que la Myo1e es un blanco de la tirosina cinasa de Bruton (BTK) [133]. Datos de nuestro laboratorio demuestran la participación de la MyoIIA y de la Myo1c en el “spreading” de los linfocitos B [134], y la participación de esta última en el mantenimiento de la sinapsis inmunológica entre los linfocitos B y los linfocitos T [80]. Regulación de las miosinas La mayor parte del conocimiento de la regulación de las miosinas deriva del estudio de las miosinas de clase II y clase V en vertebrados o de las miosinas de clase I en organismos como Acanthamoeba y Dictyostelium. Es relativamente conocido que la regulación de estas moléculas es dependiente de calcio y de las fosforilaciones en diversas regiones de la proteína; de hecho, se conoce que las miosinas de clase II no convencionales y las miosinas de clase V son reguladas mediante calcio y fosforilaciones, mientras que las miosinas de clase II convencionales o musculares son reguladas solamente por la concentración de calcio [135, 136]. Las fosforilaciones llevadas a cabo en las miosinas, se llevan a cabo en una región denominada sitio TEDS [137]. En este sitio existen residuos conservados (glutamato o aspartato), lo cual provoca la activación constitutiva de la proteína, sin embargo, modificaciones en este sitio (serina o treonina), provocan la regulación de la proteína [138]. En relación a las miosinas de clase I se sabe mediante modelos de Acanthamoeba y Dictyostelium, son reguladas por la fosforilación de la cadena pesada, siendo esta fosforilación dependiente de calcio, esta modificación conlleva a la activación de la ATPasa [135, 136]. En Acanthamoeba, la fosforilación de la 29 Myo1c, incrementa de 15 a 20 veces la actividad motora de la proteína [138], esto se descubrió en diversos trabajos donde observan que las fosforilaciones en residuos de serina y treonina son necesarias para la motilidad de Acanthamoeba, aunado al incremento en la presencia de las miosinas fosforiladas en pseudopodos y en las copas fagocíticas, en relación a las miosinas no fosforiladas. Por otro lado, se ha demostrado que esta fosforilación altera la conformación de la proteína cuando se asocia a la actina filamentosa, incrementando el rango de liberación de Pi de la ATPasa [135, 136]. En vertebrados se ha descrito, que la Myo1a en presencia de calcio se disocia parcialmente de la cadena ligera provocando un incremento en la actividad de la ATPasa [139]; con respecto a la Myo1c, se ha observado que la presencia de calcio intracelular conlleva a cambios conformacionales en la proteína [140], estos cambios provocan la unión entre la Myo1c y vesículas en células del oído interno [141]. Estos datos llevan a pensar que la presencia del calcio puede ser responsable de los cambios conformacionales en la cadena pesada de la proteína, regulando su función, por ejemplo, se ha determinado que la presencia de calcio regula el tamaño del “paso” de las miosinas [142, 143]. Por otro lado, se ha visto que la Myo1c y la Myo1e se fosforilan en respuesta a insulina en adipocitos [144, 145] y a LPS en macrófagos [146], respectivamente. Por último, se ha observado que las fosforilaciones en la Myo1c en respuesta a insulina, provoca que la miosina se una a la proteína de andamiaje 14-3-3 [144, 145]. Microvellosidades Las microvellosidades son microestructuras celulares localizadas en las membranas de las células diferenciadas, normalmente en las células epiteliales [147]. Son estructuras con forma filiforme, miden de uno a dos µm de altura y unos 100 nm de grosor. Generalmente están fuertemente empaquetadas creando lo que se denomina ribete en cepillo [147]. 30 Existe una gran cantidad de células que contienen microvellosidades entre las que destacan los enterocitos en el sistema digestivo, el epitelio de los tubos contorneados del riñón o el epitelio del epidídimo, pero también aparecen microvellosidades en células sensoriales especializadas como las del epitelio olfatorio o las del órgano de Corti. La formación de las microvellosidades depende de una actividad exocitica que aportan las membranas y las proteínas de superficie [147]. Las microvellosidades intestinales están formadas principalmente por 5 proteínas: la actina, la fimbrina, la vilina, la Myo1A y la espectrina. Su estructura se mantiene gracias a un entramado de unos 30 a 40 filamentos de actina internos dispuestos en haces paralelos al eje longitudinal y orientados con su extremo más (extremo de crecimiento) hacia la zona apical de la microvellosidad [147]. Estos filamentos están unidos entre sí por la fimbrina y la vilina, y mediante la Myo1A se unen lateralmente a la membrana celular. El esqueleto de actina de cada microvellosidad continúa basalmente hacia el citoplasma donde se entrelaza con otros microfilamentos de otras mirovellosidades formando una red. Esta red se denomina red terminal y se extiende por la zona cortical apical citoplasmática. La red terminal está formada en gran medida por espectrina [147]. A pesar de que las microvellosidades individuales son estables e inmóviles, su citoesqueleto sufre una continua adición y eliminación de proteínas en sus filamentos, así como de los otros elementos del armazón proteico, estableciéndose una especie de balance [148]. Se estima que el citoesqueleto de una microvellosidad se renueva completamente cada 20 minutos. Un aumento anormal de la concentración de calcio, como en situaciones de estrés, provoca el paso de la actina de filamento a soluble y por tanto la desaparición de la microvellosidad. Del mismo modo, las microvellosidades desaparecen en las células que van a dividirse. La red citoplasmática es también muy plástica y moldeable [148]. 31 Entre las funciones de estas microestructuras se encuentran: el intercambio de sustancias entre los tejidos y el medio extracelular en el epitelio digestivo, esto permite el aumento de la superficie de la membrana plasmática y por lo tanto, el contenido y segregación de moléculas como receptores, transportadores, canales, etc [148]. Tradicionalmente se ha propuesto como la principal misión de las microvellosidades el aumento de la superficie de membrana celular en enterocitos o células secretoras de los epitelios. Pueden incrementar la superficie de membrana un 30% respecto a una superficie plana [149]. Por otro lado, el denso empaquetamiento de las microvellosidades les permite también actuar como una barrera física de protección frente a parásitos, por ejemplo, en el epitelio digestivo [149]. A las microvellosidades también se les atribuyen otras funciones, por ejemplo, la generación de vesículas extracelulares.Se ha comprobado que la superficie de las microvellosidades es capaz de liberar pequeñas vesículas. En este contexto, es el propio citoesqueleto el que arrastra porciones de membrana hasta la parte apical de la microvellosidad, formando las vesículas. Estas vesículas tienen enzimas en sus membranas y están enriquecidas en fosfatasa alcalina y otras enzimas [149]. En este contexto, los ratones deficientes de la miosina 1a presentan una arquitectura diferente en las microvellosidades con respecto a los ratones silvestres, además la falta de la Myo1a afecta la secreción de diversas enzimas digestivas en la región apical de estas estructuras, por ejemplo, la maltasa [149]. Con respecto a las células del sistema inmunológico, estas estructuras fueron descritas en 2004, en este estudio describen la presencia de estas microestructuras en los linfocitos y mencionan que la longitud y la densidad de estas estructuras van de 0.3 a 0.4 μm y de 2 a 4 microvellosidades/μm2, respectivamente. Además describen un arreglo similar al de otras células, con un núcleo de actina y uniones mediante proteínas accesorias [150]. 32 Por otro lado, también se describe que estas estructuras son sensibles a latrunculina A; los autores describen que en dos minutos de tratamiento con el agente, estas estructuras desaparecen, hipotetizando un continuo ensamble y desensamble, otro componente importante para la formación de las microvellosidades son las balsas lipídicas, esto se demostró cuando al tratar linfocitos B con β-metil ciclodextrina, el número de microvellosidades disminuyo, esto indica que las balsas lipídicas son importantes para la formación y/o mantenimiento, por otro lado, también se ha visto la participación de GTPasas y proteínas de la familia ERM en la formación de las microvellosidades, por ejemplo, se demostró que el bloqueo de Rac1 mantiene estas estructuras “estables”, mientras que una mutante constitutivamente activa de Rac1 provoca la disociación de las estructuras [150]. Además la fosforilación en un residuo de treonina conservado de las proteínas de la familia ERM contribuye a la formación de las microvellosidades en linfocitos [150]. Estas microvellosidades son inducibles en linfocitos B con factores como IL- 4, LPS, entrecruzamiento de CD40. Se ha demostrado que estas estructuras existen una gran cantidad de moléculas importantes durante el contacto célula-célula y la activación de los linfocitos, por ejemplo, ICAM-1, moléculas del MHC-II, LFA-1, CD86, selectinas y receptores de quimiocinas [151]. Por esta razón, a estas estructuras se les ha relacionado con los contactos celulares dinámicos entre células. Esto se determinó en linfocitos circulantes sanguíneos, que después de la estimulación dada por quimiocinas, uno de los primeros eventos morfológicos que se observan es la reabsorción de las microvellosidades, facilitando la migración celular [150]. Por otro lado, al inicio de este facilitamiento, se da la movilización de moléculas en estas estructuras, tales como la L-selectina a la punta o CXCR4 a lo largo de estas estructuras [150]. 33 Dureza celular Durante la migración, las células del sistema inmunológico están sujetas a diversas presiones mecánicas [73]; por lo tanto, las células responden a estos estímulos mecánicos mediante la modulación de la dureza celular [73]. Esta dureza celular está regulada por las interacciones entre el citoesqueleto de actina y la membrana plasmática [73]. Este proceso está involucrado en diversos procesos celulares como el “spreading” celular [152], la adhesión celular [153], el tránsito vesicular [153] y el desarrollo de prolongaciones de membrana, semejantes a microvellosidades [154], filopodias [155] y pseudopodos [156]. Las características propias de la membrana lipídica, muestran que esta es de característica no elástica y no puede soportar grandes presiones [157]; por lo tanto, la célula responde con la adición y la remoción de zonas de membrana plasmática a través de la exocitosis y la endocitosis, este comportamiento modifica la tensión membranal [157]. Los linfocitos B son células especializadas en la secreción de anticuerpos, la fagocitosis y la exocitosis de diversas moléculas, todos estos procesos involucran de manera importante un intercambio de membrana entre los compartimentos intracelulares y la membrana plasmática, para poder llevar a cabo este proceso, es necesaria la participación de diversas proteínas, lípidos, etc [61]. Para permitir esta movilización de membranas, se necesita la presencia de proteínas que liguen el citoesqueleto de actina con la membrana plasmática, en este contexto las miosinas surgen como los candidatos naturales para realizar esta función [73]. De hecho, los cambios en la dureza celular modifican de manera importante el comportamiento celular, Olety y cols ó Gerard y cols reportaron que la carencia de miosinas de clase I provoca deficiencias en la interacción entre el citoesqueleto de actina y la membrana plasmática [72, 73], provocando defectos en la migración celular, mientras que incrementos en la dureza celular guían a la inhibición de la formación del polo líder en neutrófilos conllevando a un decremento en las actividades migratorias [158]. Esta fuerza también se opone al desarrollo de prolongaciones de la membrana, en el caso de células migratorias un incremento 34 en la tensión membranal puede inhibir la extensión de los lamelipodios en fibroblastos o la inhibición en la formación de prolongaciones durante el “spreading” celular en fibroblastos [152]. En otro contexto funcional, las células que tienen cambios en la dureza celular tienen modificaciones en la endocitosis, esto fue determinado por estudios en los cuales observan que la sobreexpresión de la miosina 1B en Entamoeba histolytica produce un decremento en la fagocitosis, esto fue atribuido a un incremento en la tensión membranal [79]. Por último, la emisión de prolongaciones de membrana semejantes a pseudopodos, filopodios y microvellosidades, está gobernada por la interacción entre el citoesqueleto de actina cortical y la membrana plasmática; por ejemplo, se ha visto que una menor tensión de membrana produce proyecciones de menor tamaño[152]. Justificación Las miosinas de clase I participan en diversos pasos del tránsito vesicular. En los linfocitos B solamente hay tres miembros de esta familia ( Myo1c, Myo1e y Myo1g), con funciones conocidas en el caso de la Myo1c, y con funciones pobremente estudiadas en el caso de la Myo1e y de la Myo1g. De la Myo1g se desconoce sus funciones particulares y específicamente la participación en el tránsito vesicular, pero existen indicios, como la localización de esta molécula en lisosomas y otros compartimentos membranosos en diversos tipos celulares que muestran su probable participación en este importante proceso. Con base en estos antecedentes, en el presente estudio se propone analizar la participación de Myo1g en el tránsito vesicular de los linfocitos B. 35 Hipótesis: La miosina 1g participa activamente en el tránsito vesicular en los linfocitos B. Objetivo general: Caracterizar la función de la Myo1g en el tránsito vesicular en los linfocitos B. Objetivos Particulares: 1. Analizar la participación de la Myo1g en la endocitosis y el reciclamiento de receptores de superficie mediado por vesículas de caveolina y clatrina en los linfocitos B. 2. Analizar el papel de la Myo1g en la secreción de moléculas movilizadas en mecanismos dependientes de caveolina y clatrina. 3. Determinar una posible asociación de la Myo1g con proteínas involucradas en la movilización de vesículas dependientes de clatrina y caveolina. 36 Material y métodos Ratones. Ratones hembras de fenotipo silvestre (C57BL/6J) o deficientes de la Myo1g (Myo1g-/-, con fondogenético C57BL/6J) de 6-8 semanas fueron usados en todos los experimentos. Estos ratones fueron producidos en la unidad de producción del bioterio del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, todos los protocolos fueron aprobados por el comité de ética del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados. Enriquecimiento y activación de los linfocitos B. Cinco millones de células mononucleares de bazo de ratones silvestres o deficientes de la Myo1g fueron colocadas en placas de cultivo previamente sensibilizadas con el anticuerpo NIM-R1 (α-Thy1.1) por una hora a 37°C. Las células adheridas a las placas fueron desechadas, mientras que las células no adheridas fueron lavadas con PBS y se activaron o no con LPS (50 μg/mL) y con 10 U/mL de IL-4 durante 48 horas. El porcentaje de enriquecimiento fue cuantificado, obteniendo porcentajes de linfocitos B mayores de 90%, en conjunto este procedimiento se denomina “panning”. Caracterización de subpoblaciones de linfocitos B en bazo de ratón. Células B enriquecidas por “panning”, fueron teñidas con una mezcla de anticuerpos que incluyen α-B220, α-CD21, α-CD23 y α-CD24 durante 20 minutos en hielo, para posteriormente lavarlas tres veces con PBS 1x y analizadas en el 37 citometro de flujo. Los porcentajes de células fueron obtenidos mediante el programa de análisis Flowjo. Ensayos de internalización de transferrina. Un millón de linfocitos B activados o en reposo, enriquecidos por selección negativa mediante el anticuerpo α-Thy1.1 (panning), fueron colocados con 10 μg de transferrina acoplada a FITC por una hora en hielo para permitir la interacción entre la transferrina y el receptor. Terminando la incubación, las células fueron colocadas por diferentes tiempos a 37°C, seguido de 6 lavados con PBS. Las células fueron fijadas con PFA al 4% y su fluorescencia fue determinada en el citómetro de flujo. Inducción de “capping” en linfocitos B primarios. Un millón de linfocitos B activados o en reposo, enriquecidos por panning, fueron marcadas con anticuerpo primario correspondiente para cada experimento, durante 15 minutos en hielo, posteriormente las células fueron lavadas una vez con PBS. Las células se colocaron en 100 μL de medio RPMI suplementado y se les adiciono el anticuerpo secundario acoplado a FITC o Cy3, para después incubar por una hora a 37°C. Al término de la incubación, las células fueron fijadas con un mL de paraformaldehido al 4% en PBS y fueron colocadas en cubreobjetos previamente sensibilizados con poli-l-lisina (0.01%) y se observaron al microscopio confocal. Tinción de moléculas de superficie en los linfocitos B. Un millón de linfocitos B activados o en reposo, enriquecidos por panning, fueron marcados con el anticuerpo α-CD44 biotinilado, α-MHC-II biotinilado, la subunidad B de la toxina de cólera biotinilada o α-IgM o α-LFA-1-FITC o α-MHC-I- PE por 15 minutos. Al término de la incubación las células fueron lavadas 2 veces con PBS y se les coloco estreptavidina-APC por 20 minutos en el caso de 38 anticuerpos biotinilados. Terminado el tiempo de incubación las células fueron lavadas dos veces con PBS 1x. Las células fueron fijadas con PFA al 1% en PBS y su fluorescencia fue determinada en el citómetro de flujo CYAN. Cuantificación de la dureza celular. Células B enriquecidas, activadas o en reposo, fueron puestas en cubreobjetos previamente tratados con poli-l-lisina, permitiendo la adhesión durante una hora a 37°C en una cámara húmeda. Después de terminada la incubación, las células fueron analizadas en un microscopio de fuerza atómica. Para determinar la región, las células fueron observadas mediante una imagen 2D, denominada modo de contacto, posteriormente ya elegida la región, a las células se les aplico la fuerza necesaria conocida para deformar a la célula. Posteriormente, se obtuvieron curvas de fuerza contra distancia. Estas curvas son prácticamente lineales y el incremento en la pendiente significa el incremento en la dureza celular [159]. Los datos obtenidos fueron analizados mediante el software Mathlab. El microscopio fue equipado con el software PROSCAN 1.7, los “cantilevers” usados fueron calibrados con una constante nominal de 30 mN/m y un radio de 53 nm [160]. Todas las mediciones se realizaron a 29 °C. Purificación magnética de vesículas en células B. Perlas magnéticas fueron puestas en contacto con diez millones de células B, en reposo o activadas, durante una hora a 37°C, seguido de dos lavados con PBS. Posteriormente las células fueron lisadas mecánicamente mediante el paso de las células a través de una aguja con un calibre de 23 G por 25 veces en PBS 1x más inhibidor de proteasas. Células intactas, restos celulares y núcleos fueron removidos por centrifugación a 500 g durante cinco minutos. El sobrenadante resultante, que contiene proteínas y vesículas, fue separado en la fracción 39 “magnética” o “no magnética”, mediante el paso del sobrenadante en una columna de separación acoplada a un iman. Las fracciones obtenidas fueron cuantificadas y cargadas en geles SDS-PAGE. Inducción de la formación de proyecciones membranales en linfocitos B por entrecruzamiento de CD44. Se utilizaron cubreobjetos que fueron previamente desengrasados con una mezcla 1:1 de alcohol acetona, por una hora a temperatura ambiente; posteriormente, los cubreobjetos se lavaron con agua corriente y luego con agua bidestilada. Finalmente, los cubreobjetos fueron sumergidos en etanol al 70% y secados a temperatura ambiente toda la noche. Estos cubreobjetos fueron sensibilizados con el anticuerpo NIM-R8 (CD44), con el anticuerpo α-LFA-1 (clona M18/2) o anticuerpo α-B220 (clona RA3 6B2) a una concentración de 20 μg/mL en PBS durante toda la noche a 37°C, para posteriormente lavarlos con medio RPMI sin suplementar. Posteriormente, 50 μL de los linfocitos B (2 x 106) se transfirieron a los cubreobjetos, las células se incubaron por dos horas a 37°C, permitiendo la formación de las proyecciones de la membrana. A continuación, las células fueron marcadas con faloidina rodaminada (1 µg/µl) durante 20 minutos, para posteriormente lavarlas dos veces con PBS 1x; finalmente las células fueron observadas al microscopio confocal. Purificación de microvellosidades de los linfocitos B. Para el análisis de las microvellosidades de los linfocitos B, se partió de 1 x 109 células B enriquecidas por “panning”, que fueron resuspendidas en dos mL de PBS conteniendo 20% de SFB. Esta suspensión celular fue incubada durante 15 minutos a 37 °C, para la estabilización de estas estructuras. Posteriormente las células fueron pasadas cuidadosamente 5 veces por una aguja de tamaño 27G y 40 se transfirieron a tubos para posteriormente centrifugarlas a 2500 RPM durante 5 minutos a 4 °C. La pastilla obtenida se separó del sobrenadante, que se apartó en un tubo nuevo. La pastilla que contiene las células fue lavada 4 veces con PBS. El sobrenadante fue centrifugado a 16000g durante 40 minutos a 4 °C, posteriormente se realizaron dos lavados con PBS. Las dos fracciones fueron lisadas con buffer RIPA más inhibidores de proteasas durante una hora en hielo. Posteriormente se cuantifico la proteína y se cargó en geles SDS-PAGE. Análisis de adhesión de linfocitos B a diferentes substratos. Medio millón de linfocitos B activados o en reposo, enriquecidos por “panning”, fueron colocados en placas de 96 pozos previamente sensibilizados con diferentes substratos (NIM-R8, α-LFA-1, fibronectina y poli-l-lisina), por una hora a 37 °C. La placa se lavó dos veces con PBS para desechar las células no adheridas, posteriormente, las células fueron fijadas con PFA al 4% por 15 minutos y lavadas tres veces con PBS, posteriormente las células fueron teñidas con el colorante cristal violeta por 10 minutos y lavadas extensivamente con PBS,por último las células fueron lisadas con PBS+SDS al 1% por 30 minutos y colocadas en el lector de ELISA con una longitud de onda de 495nm para determinar la absorbancia dada por el colorante retenido por las células adheridas. Ensayos de migración in vitro. Un millón de linfocitos B fueron suspendidos en 0.5 ml de RPMI suplementado con 10% de SFB, y puestos inmediatamente en cubreobjetos previamente sensibilizados con 2.5 µg/ml de fibronectina, las células fueron incubadas por 30 minutos a 37°C. Pasado el tiempo, los cubreobjetos fueron lavados dos veces con PBS 1X. Posteriormente, los cubreobjetos fueron colocados en la cámara de Zigmond. En uno de los “surcos” de la cámara se colocaron 100 µl 41 de medio RPMI solo y en el otro “surco” se colocaron 100 μl de RPMI más cinco μg de CXCL13 para permitir el gradiente de la quimiocina. Imágenes digitales fueron tomadas cada 30 segundos durante tres horas. Las imágenes fueron analizadas con el “plugin manual tracking” del programa Image J, posteriormente las trayectorias fueron analizadas con el programa chemotaxis Tool. Ensayos de migración in vivo. Células mononucleares de los bazos de ratones silvestres o deficientes de la Myo1g fueron marcadas con 0.1 μM (concentración baja) o 0.6 μM (concentración alta) de CFSE (Invitrogen). Estas células fueron mezcladas en diferentes proporciones (50:50, 25:75 y 75:25) e inyectadas en una cantidad de 15 millones de células en la vena de la cola de los ratones “recipientes”. El ratón “recipiente” fue sacrificado dos horas después de la transferencia adoptiva. Los bazos, los ganglios inguinales, los pulmones, los hígados y la sangre fueron extraídos para posteriormente marcar a los linfocitos B con α-B220 (Biolegend). Las células fueron leídas en el citómetro Cyan para determinar la presencia de los linfocitos B marcados. Ensayos de migración en cámara de “Transwell”. Cuatrocientas mil células B activadas o en reposo marcadas con CFSE fueron puestas en la cámara superior de las cámaras “transwell” recubiertas o no con células endoteliales de pulmón de ratón (MLEC), - estas células han sido usadas ampliamente en ensayos de transmigración [161], estas células tienen una morfología “en adoquin”, adecuada para las células endoteliales y expresan altas cantidades de VE-caderina y VEFGR2 [162]-. Las cámaras recubiertas con células endoteliales fueron tratadas previamente con TNF-α una noche previa, esto se realizó para permitir la disrupción de la barrera endotelial y la expresión de la E- 42 selectina. Posteriormente las células fueron incubadas durante 4 horas a 37°c, permitiendo la migración hacia el compartimento inferior. Pasada la incubación las células de ambos compartimentos fueron recuperadas y teñidas con el α-B220-PB y la fluorescencia fue adquirida en el citómetro de flujo. Por otro lado, los filtros fueron recuperados y observados al microscopio confocal. Ensayos de fagocitosis. Células B enriquecidas del bazo o células B de la cavidad peritoneal fueron incubadas con perlas fluorescentes de diferentes tamaños que van de 0.2 μM a 2 μM o con Staphylococcus aureus previamente marcado con FITC, con una proporción de 10:1 en 500 μL de medio RPMI suplementado por 30 minutos para las perlas fluorescentes y por 3h para las bacterias a 37 °C en 5% de CO2. Las células fueron lavadas con PBS y la fluorescencia exterior fue “apagada” con 0.5 ml de azul tripano por un minuto. Después de la incubación las células fueron lavadas 6 veces con PBS y fijadas para analizarlas en el citómetro de flujo. Purificación de las balsas de lípidos. Cien millones de linfocitos B fueron lisados con buffer TNE (10 mM de tris/HCl, 150 mM de NaCl, 5 mM de EDTA más 2.5 mg/mL de PMSF, leupeptina y aprotinina) conteniendo 1% de Triton-X100; el lisado fue incubado a 4°C durante 30 minutos. Posteriormente, este lisado fue transferido a un homogeneizador de vidrio Wheaton inmerso en hielo, donde se mezcló en diez ocasiones, desplazando el pistilo con suavidad para evitar la formación de burbujas. Posteriormente, para la eliminación del DNA y detritos celulares, este homogeneizado fue centrifugado por 10 minutos a 900 g, manteniendo la temperatura a 4 °C en todo momento. El extracto celular obtenido fue fraccionado en un gradiente discontinuo de sacarosa. Para esto, se mezcló un ml de lisado con un ml de sacarosa al 85% en 43 TNE, procurando homogeneizar perfectamente con una pipeta. La mezcla se transfirió a un tubo de 14 x 95 mm para centrifuga Beckman y fue cubierta con dos capas de sacarosa en solución, que se añadió gota a gota con una pipeta Pasteur, para formar el gradiente; la primera de 6 ml de sacarosa al 35% en TNE y la segunda de 3.5 ml de sacarosa al 5% en TNE. Estas muestras fueron centrifugadas a 200 000 g durante 20 horas a 4 °C. Al término de la centrifugación, se colectaron fracciones de un ml de la parte superior del gradiente hasta el final del gradiente y se guardaron a – 70 °C para su posterior análisis por Western Blot. Ensayos de secreción. Un millón de linfocitos B enriquecidos por panning, fueron colocados en medio RPMI suplementado con 2% de SFB. Las células fueron activadas o mantenidas en reposo, durante 48 horas para permitir la secreción de la hormona prolactina y de la citocina TNF-α. En algunos casos las células fueron tratadas con brefeldina A seis horas antes de terminar la incubación, para poder cuantificar la producción intracelular de estas moléculas. Después de la incubación, una fracción de las células fue cosechada y esta fracción fue lisada con buffer RIPA, se cuantifico la cantidad de proteína, se colocaron 80 μg de proteína en geles SDS-PAGE y se realizó la inmunodetección contra prolactina, por otro lado, la otra fracción celular fue teñida para determinar la presencia de TNF-α intracelular. Por otro lado, el sobrenadante de cultivo fue evaluado mediante la técnica de ELISA para detectar la cantidad de prolactina y TNF-α en el medio. Análisis de la topografía celular. Células B enriquecidas fueron activadas o no con LPS + IL4 durante 48 horas, posteriormente fueron fijadas con PFA 4% y adheridas a cubreobjetos previamente sensibilizados con poli-l-lisina y analizados en el microscopio de fuerza atómica. 44 Primero las células fueron observadas en modo contacto, posteriormente se les aplico un barrido con la punta del “cantilever”, mostrando la topografía membranal. Los datos obtenidos fueron analizados con el programa WSXM. Microscopia electrónica de barrido. Linfocitos B enriquecidos, fueron activados o no con LPS + IL4 durante 48 horas, posteriormente las células fueron fijadas con una solución de glutaraldehido al 2%, y posteriormente fueron deshidratadas con concentraciones crecientes de etanol. Siguiendo con el procedimiento, las células fueron secadas y recubiertas con oro, para posteriormente ser analizadas en el microscopio electrónico. Inmunoprecipitación. Células B en reposo, activadas o con inducción de la polarización de CD44, fueron lisadas con buffer RIPA. El sobrenadante fue pre-aclarado con 20 μl de perlas de agarosa acopladas a proteína G durante toda la noche. Al día siguiente, esta mezcla fue centrifugada a 14000 RPM durante 15 minutos y se recolectó el sobrenadante, desechándose el botón. Posteriormente, al sobrenadante se le adicionaron los anticuerpos α-Myo1g o NIM-R8, usando IgG de conejo o IgG de rata como controles de isotipo respectivamente. La reacción fue incubada por 4 horas a 4°C en agitación constante. Los complejos fueron precipitados usando las perlas de agarosa acopladas a proteína G durante toda la noche a 4°C. Los complejos obtenidos fueron lavados tres veces con buffer RIPA y posteriormente se les agregó el buffer de muestra. 45 Ensayos de “rasurado” celular. Células de bazo fueron
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