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infiammazione. In questo video continuiamo il discorso sull'attivazione dell'infiammazione ed entriamo nel vivo del discorso, cominciando a parlare dei recettori dei segnali di danno.
In questo video e nei prossimi due, approfondiremo tutti gli aspetti riguardanti i recettori capaci di avviare l'infiammazione. Questi recettori possono essere recettori di membrana, recettori intracellulari o recettori solubili e vengono chiamati tutti insieme con il nome di pattern recognition receptors, cioè recettori del pattern.
Apriamo qui una breve parentesi. Perché si usa il termine pattern? Pattern indica un motivo, qualcosa che accomuna una serie di istanze. I recettori del pattern sono tali perché sono recettori non troppo specifici, capaci di riconoscere molecole che non sono indicatrici di una situazione definita, ma che possono essere ritrovate in diverse condizioni di danno. Inoltre, non stiamo parlando di recettori ultra-specifici come quelli dell'immunità acquisita. Parliamo di recettori che, nella gran parte dei casi, hanno ben più di un unico ligando. Questo perché si tratta di una forma molto antica, dal punto di vista evoluzionistico, di immunità, e l'estrema specializzazione dell'immunità acquisita è qualcosa che si è avuto solo dopo. Se questo discorso non è ben chiaro, adesso lo sarà dopo che avremo visto in che cosa consistono questi recettori.
Cominciamo senza indugio a parlare dei recettori di membrana. I pattern recognition receptors di membrana possono appartenere alle varie classi recettoriali che abbiamo visto in passato. Cominciamo dal discutere di quelli accoppiati a proteina G, una famiglia molto numerosa.
Un recettore molto caratteristico, senza dubbio, è quello per i peptidi formilati, FPR1. FPR1 è capace di legare le catene polipeptidiche che a una loro estremità presentano una sequenza formil-metionina-leucina-fenilalanina. Perché proprio questi tre amminoacidi? Perché si tratta di una sequenza tipica solo ed esclusivamente dei procarioti. Gli eucarioti non hanno la formil-metionina all'inizio delle loro proteine, poiché la tagliano, in quanto essa rappresenta solo un segnale per iniziare la sintesi proteica. Nei batteri questo meccanismo non si era sviluppato, quindi la formil-metionina viene ritenuta. Ovviamente, questa serie di tre amminoacidi permette di riconoscere non solo i peptidi derivati dai batteri, ma anche eventuali peptidi di derivazione mitocondriale che non dovrebbero trovarsi a livello dello spazio intercellulare, dovrebbero essere chiusi nei mitocondri. Quindi, questo recettore permette non solo di percepire casi in cui c'è un'infezione batterica, ma anche fenomeni di necrosi con lisi dei mitocondri. Il fatto che anche i mitocondri presentino dei peptidi che cominciano col motivo formil-metionina-leucina-fenilalanina non deve sorprendere, perché in fondo anch'essi sono procarioti, seppure in simbiosi millenaria con le cellule eucarioti.
Abbiamo poi un altro recettore di membrana accoppiato a proteine G, molto simile a quello precedente: il recettore di peptidi formilati, FPRL1. Questo recettore è molto più aspecifico ed è vero che continua a legare sempre lo stesso motivo fenilalanina-leucina-formil-metionina, però è capace di legare anche altre molecole, come per esempio le proteine della fase acuta, nello specifico le pentraxine, che vedremo in un prossimo video. Allo stesso modo, è capace di legare alcuni accumuli di amiloide, specie l'amiloide beta. Tuttavia, è anche capace di legare la lipossigenasi, legando diventando quindi anche un recettore che non è solo capace di attivare l'infiammazione, ma anche di spegnerla quando lega questo particolare ligando, la cui natura la discuteremo meglio in futuro.
Per completare il quadro dei recettori di membrana accoppiati a proteina G, abbiamo i recettori per le chemochine, capaci di legare una serie di molecole, tra cui, ad esempio, l'interleuchina 8, che sono importanti per il richiamo delle cellule infiammatorie e per la loro extravasazione. Poi abbiamo i recettori per i prodotti di degradazione del complemento, come il recettore del frammento C5a. Si tratta di recettori estremamente importanti, perché mediano il richiamo dei neutrofili nella regione infiammata, dove appunto è attivo il complemento, mediano la reazione vascolare ed, inoltre, sono capaci di indurre la fagocitosi. Infine, abbiamo i recettori per i mediatori lipidici, come per esempio quello per la prostaglandina D2. Si tratta di una serie di recettori capaci di leggere la presenza delle prostaglandine e dei leucotrieni, molecole prodotte dalle cellule infiammatorie durante l'infiammazione, per richiamare altre cellule infiammatorie, per indurre la reazione vascolare e anche per mediare effetti più complessi, che vedremo nel video ad essi dedicato.
Abbiamo poi una serie di recettori di membrana per le opsonine. Questi recettori non sono recettori canonici, non rientrano nelle classi che abbiamo visto finora, sono abbastanza particolari. Sono principalmente questi due. Uno è il recettore del complemento CR1. Esso è in grado di legare il frammento C3b ed è capace, attraverso questo, di indurre l'attivazione delle cellule infiammatorie e la fagocitosi. Questo recettore è molto particolare: presenta un'elica transmembrana, una piccola regione intracitoplasmatica (infatti, non è ancora ben compreso attraverso quale sistema trasduca il segnale) e infine una serie di motivi ripetuti extracellulari ad ansa, nei quali si incastra il frammento C3b.
Abbiamo poi il recettore del frammento cristallizzabile gamma, FcγR1. Questo recettore è composto da una porzione extracellulare recettrice, appunto, e da un dimero transmembrana chiamato DAP12, che presenta due motivi ITAM (che sta per Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motifs), cioè rappresentano la porzione trasduttore. Questi due motivi ITAM si fosforilano a vicenda, richiamando in seguito una serie di chinasi che porteranno avanti il segnale. DAP12 e la porzione recettrice di FcγR1 non sono la stessa molecola, sono separati, sono uniti attraverso interazioni deboli. DAP12 rappresenta un sistema di trasduzione comune a molti recettori dell'infiammazione, come vedremo più avanti. Come dice il nome stesso, questo recettore è capace di legare il frammento cristallizzabile delle IgG. Il frammento cristallizzabile rappresenta la parte non variabile delle immunoglobuline, quindi, in ultima analisi, questo recettore è capace di legarsi ad anticorpi che, a loro volta, sono capaci di legarsi in maniera estremamente specifica al patogeno. Anch'esso è capace di indurre attivazione delle cellule infiammatorie e fagocitosi.
Abbiamo poi i recettori per le citochine, come il recettore per l'interferone gamma (da non confondere con gli interferoni di tipo 1). L'interferone gamma presenta un recettore di tipo JAK-STAT ad attività tirosin-chinasica estrinseca, quindi, e risponde al legame con l'interferone gamma inducendo l'attivazione di un vasto programma genetico che porterà all'attivazione dei macrofagi.
Abbiamo poi i recettori lectin, che si chiamano così perché assomigliano alle lectine che abbiamo visto quando abbiamo parlato delle prime linee di difesa. Abbiamo due tipi di recettori lectin. Uno si chiama recettore del mannosio. Questo recettore del mannosio presenta un'elica transmembrana e poi una serie di domini extracellulari, tutti con la loro specificità: abbiamo i domini lectin tipo C, abbiamo il dominio fibronectin-like 2 e poi abbiamo il dominio ricco in cisteina. Dall'altra parte abbiamo invece i recettori del mannosio-6-fosfato. Si tratta di due recettori. Il primo contiene gli stessi domini del recettore del mannosio, ma non presenta il dominio ricco in cisteina. Inoltre, i domini fibronectin-like 2 sono in posizione diversa. L'altro recettore del mannosio-6-fosfato, detto calcio-dipendente, possiede un solo dominio di tipo C-lectin e, perché la sua azione sia esplicata, c'è bisogno di una buona concentrazione di calcio nell'ambiente.
Il recettore del mannosio è capace di legare, come dice il nome stesso, il monosaccaride mannosio. In realtà, ha una certa specificità anche per carboidrati che vi somigliano. Inoltre, il recettore del mannosio è capace di legare anche il mannosio-6-fosfato, mentre la stessa cosa non si può dire per i recettori del mannosio-6-fosfato, che possono legare solo il mannosio-6-fosfato, ma non altri tipi di carboidrati. Il dominio fibronectin-like 2 è capace di legare il collagene degradato, questo perché questo recettore dovrà attivarsi appunto quando esiste un danno tissutale. Inoltre, il dominio cistein-rich è capace di legare glicoproteine complesse, come abbiamo già detto. Invece, i recettori del mannosio-6-fosfato sono capaci di legare solo il mannosio-6-fosfato. Inoltre, a livello del dominio fibronectin-like 2, sono capaci di legare l'IGF2, il fattore di crescita insulino-simile 2.
Qual è il significato di questi recettori? In ultima analisi, legare il mannosio significa essere in grado di legare i glicopeptidi microbici, poiché il mannosio negli eucarioti non è molto utilizzato. I batteri, invece, lo usano per costituire la loro parete cellulare, come abbiamo visto in precedenza. Ma, come ho già detto, non è che gli eucarioti non lo utilizzino; non lo usano per ricoprirsi, ma usano il mannosio-6-fosfato per guidare la differenziazione dei lisosomi. Come detto nel video sull'autofagia, le proteine che diventeranno gli enzimi lisosomiali all'interno del Golgi sono marcate col mannosio-6-fosfato, vengono accumulate tutte in un punto, dopodiché questo punto gemma e diventa un lisosoma. Per cui, la presenza di mannosio-6-fosfato nell'ambiente extracellulare significa che sono stati aperti dei lisosomi nell'ambiente extracellulare. Può voler dire che una cellula è esplosa, può voler dire che delle cellule immunitarie stanno riversando il contenuto dei loro lisosomi all'esterno. Si tratta appunto di un segnale di danno. Per questo, un recettore del mannosio-6-fosfato è estremamente importante, perché permette di capire che ci si trova in una fase infiammatoria che non è necessariamente legata ai batteri.
Per quanto riguarda la trasduzione, i recettori del mannosio-6-fosfato legano molte molecole, ma una molto particolare è la CD-AP, attraverso cui legano la clatrina e inducono la fagocitosi dell'oggetto a cui sono legati. Invece, il recettore del mannosio non si conosce bene per quanto riguarda la sua trasduzione. Si pensa che, però, sia in grado di accoppiarsi con dei Toll-like receptors per trasdurre.
Abbiamo poi un altro recettore lectin molto caratteristico che presenta un dominio lectin all'esterno e un dominio ITAM per la trasduzione. Questo recettore si chiama Dectin-1 ed è capace di legare alcuni carboidrati della parete fungina, nello specifico il beta-1,3-glucano, carboidrato che gli eucarioti non utilizzano mai.
Parliamo ora dei recettori scavenger. Scavenger significa sciacallo, ma più correttamente animale spazzino, viene infatti utilizzato per indicare gli avvoltoi, ad esempio. Tale nome è stato assegnato a una serie di recettori di membrana dell'infiammazione che sono capaci di rimuovere le lipoproteine alterate, in un certo senso i rifiuti delle lipoproteine. Le lipoproteine non sono altro che complessi lipidici e proteici. La parte lipidica rappresenta ciò che viene trasportato, la parte proteica rappresenta la gestione della lipoproteina e il modo attraverso cui questa può essere spostata. La parte proteica contiene enzimi per gestire i lipidi. Tuttavia, le lipoproteine sono complessi altamente instabili e tendono, soprattutto durante i fenomeni infiammatori o in caso di assunzione di particolari sostanze tossiche, a degradarsi. La degradazione più comune è l'ossidazione, che colpisce soprattutto le LDL. Più rara, ma comunque presente, è l'acetilazione delle LDL. Queste molecole non possono circolare normalmente nei tessuti, poiché richiamerebbero una forte componente infiammatoria. Per questo devono essere rimosse e, come già anticipato, a farlo ci pensano i recettori scavenger.
Questi recettori si dividono in varie classi. La classe A, per esempio, presenta una serie di domini molto particolari. Il recettore SR-A1 presenta una porzione intracellulare che entra in contatto con una chinasi per la trasduzione, un motivo coiled-coil, un motivo collagenico e infine tre motivi ricchi in cisteina. Esso è capace di legare le LDL ossidate e quelle acetilate. Abbiamo poi MARCO, il recettore scavenger macrofago, capace di legare le stesse molecole di SR-A1, però è caratteristico il suo collo più corto legato a una porzione collagenica più breve. Abbiamo poi SRCL, i motivi ricchi in cisteina, ed è capace anch'esso di legare queste LDL alterate. Abbiamo infine SCRL, capace anch'esso di legare le stesse LDL alterate, che però presenta un lungo motivo coiled-coil, un corto motivo collagenico e nella sua parte terminale non presenta domini in cisteina, ma domini lectinici tipo C, esattamente come se fosse un recettore per il mannosio.
La classe B è rappresentata da una serie di recettori formati da due porzioni transmembrana uniti da una lunga regione recettiva extramembranaria. Questi recettori sono molto presenti nelle cavie e mediano i processi di fagocitosi. Come si può facilmente immaginare, CD36 è capace di legare le LDL ossidate, ma oltre a questi, anche alcuni peptidi derivati dai microbi. Molti batteri presentano infatti sulla loro superficie una serie di lipoproteine estremamente diverse da quelle umane e molto simili alle LDL alterate. SR-A1 invece è capace di legare LDL ossidate, LDL fisiologiche e HDL fisiologiche, essendo quindi un recettore che non ha solo un ruolo di tipo spazzino, ma anche un ruolo nella normale gestione delle LDL non alterate. Alla classe E dei recettori spazzini appartiene LOX-1, il quale presenta solo un lungo motivo coiled-coil e tre motivi cistein-simili. Questo recettore è capace di legare da solo i lipopeptidi batterici, le proteine che si accumulano come le amiloidosi e numerosi DAMPs tra quelli che abbiamo visto in passato. Infine, gli scavenger di classe F sono formati da una serie di domini EGF ed EGF-simili. Questi domini sono chiamati in questo modo perché assomigliano al fattore di crescita epidermico EGF. ESTER-1 ed ESTER-2 sono capaci di legare le proteine che si accumulano come le amiloidi, lipopeptidi fungini. Si sono infatti osservati aumenti in questi tre tipi di infezioni nei topi in cui questi recettori venivano inespressi.
Ma parliamo ora dei recettori più conosciuti quando si parla di recettori dell'immunità innata: i Toll-like receptors. Si tratta di una serie di recettori molto particolari. Presentano un dominio extracellulare lectin-like incurvato, un dominio ricco in cisteina e poi presentano una lunga regione transmembrana che termina all'interno della cellula con un dominio TIR (Toll-Interleukin-1 Receptor homology Domain). Questo dominio, come dice il nome stesso, è condiviso dai recettori Toll e dai recettori dell'interleuchina-1, poiché, dal momento che sia i Toll che i recettori dell'interleuchina-1 intervengono nelle prime fasi dell'infiammazione, è ragionevole che i due segnali siano simili. Probabilmente il recettore dell'interleuchina è derivato dai recettori Toll.
I Toll-like receptors sono estremamente noti per una serie di loro capacità incredibili. Essi, infatti, sono capaci di trasdurre il segnale in singolo o in maniera più forte dimerizzando. Si conoscono poche coppie eterodimeriche che queste acquisiscono quando sono in coppia specificità che normalmente non hanno quando sono in singolo. Inoltre, sono spesso associati a proteine trasduttrici di inviare segnali sia dal punto di vista dell'attivazione cellulare, sia dal punto di vista della proliferazione cellulare e, parallelamente, sono in grado di attivare i sistemi di difesa delle cellule, anche di quelle non specializzate.
Ci si potrebbe chiedere: da dove deriva il nome Toll? Ebbene, i Toll-like receptors vengono chiamati in questo modo perché sono simili ai recettori Toll presenti nella Drosophila. Toll, tuttavia, non è il nome dello scopritore. Toll in tedesco significa "meraviglioso", perché tali recettori furono scoperti da uno scienziato tedesco, il quale, quando si rese conto della grande varietà di effetti che poteva essere mediata da queste proteine, esclamò: "Das ist toll!", che si potrebbe tradurre con "Questo è davvero figo! Questo è meraviglioso!" ed è da qui che deriva il loro nome.
Cominciamo quindi la nostra rassegna partendo dal Toll-like receptor 1, che è capace di legare il triacil-lipopeptide ripetuto, una struttura che si trova in molte lipoproteine della capsula batterica, e trasduce attraverso l'adattatore molecolare MyD88.
Abbiamo poi il Toll-like receptor 2, che è capace di legare i lipopeptidi e le lipoproteine e i glicopeptidi ripetuti, che sono strutture molto caratteristiche delle capsule batteriche, poiché una capsula batterica è formata da un'estrema ripetizione di carboidrati, lipidi e proteine. E poi sono capaci di legare l'acido lipoteicoico, un lipide tipicamente presente nelle pareti dei Gram-positivi. Inoltre, sono in grado di legare anche alcuni ligandi endogeni, come le heat shock proteins 70 (indice che c'è stata la morte di cellule che sono andate in shock da proteine mal ripiegate, poiché HSP70 viene prodotta in caso di questo tipo di stress) e anche l'HMGB1, di cui abbiamo parlato quando abbiamo discusso i DAMPs. Anche questo recettore trasduce attraverso MyD88.
Poi abbiamo il Toll-like receptor 3, che è ancora un recettore di membrana, ma non è un recettore della membrana esterna, è espresso sulla membrana degli endosomi. Gli endosomi sono vescicole che si formano quando il liquido extracellulare viene fagocitato per micropinocitosi e i fagosomi derivanti da questo processo vengono fusi in un unico corpo. Il Toll-like receptor 3 ha un'estrema specificità per RNA virale a doppio filamento, dico virale perché negli eucarioti è rarissimo avere forme di RNA a doppio filamento e se ci sono si tratta solo di forme transitorie. Questo Toll-like receptor trasduce attraverso TRIF, perché è in grado di indurre una risposta diversa, una risposta di tipo antivirale. Quindi, vediamo che, nonostante stiamo parlando di recettori dell'immunità innata, esista comunque una certa specificità d'azione.
Abbiamo poi il Toll-like receptor 4, probabilmente il più conosciuto, poiché lega il lipopolisaccaride, che è una delle molecole più conosciute della parete dei batteri Gram-negativi, perché esso è capace di indurre lo shock tossico. Il lipopolisaccaride è un complesso lipopolisaccaridico estremamente specifico. Questo Toll-like receptor è infatti vitale nella risposta contro i Gram-negativi. Tuttavia, lega anche molte altre molecole diverse: heat shock proteins, per esempio, o anche fibrinogeno e paransolfato e acido ialuronico degradati, che abbiamo visto essere DAMPs di tipo inducibile, l'HMGB1, ma anche il nichel e alcuni oppioidi. Sebbene possa sembrare assurdo che un recettore dell'immunità innata leghi gli oppioidi, esso è un dato di fatto e, anche se si sta ancora cercando di comprendere il motivo per cui questo accada, si suppone che in realtà il Toll-like receptor 4 sia in grado di legare queste molecole e di smettere di produrre trasduzione del segnale. Gli oppioidi rappresenterebbero quindi un sistema per regolare la risposta immunitaria e questo potrebbe fornire la risposta alla domanda su quale sia la funzione della produzione periferica di oppioidi. Questo Toll-like receptor trasduce sia attraverso MyD88 che attraverso TRIF.
Il legame con lipopolisaccaride merita un discorso a sé. Infatti, il Toll-like receptor 4 non è capace di legare direttamente il lipopolisaccaride, ma è capace di legarlo quando questo è complessato con la proteina legante il lipopolisaccaride (LBP), che è una molecola presente nel plasma, la quale si associa con il CD14, molecola che è associata alla membrana cellulare attraverso un'ancora di fosfatidilinositolo glicano A. E tutto il complesso che viene riconosciuto dal Toll-like receptor, non il semplice lipopolisaccaride. A onor del vero, va detto anche che il complesso lipopolisaccaride-LBP può essere intercettato da una forma solubile della del CD14, che non è legata alle membrane, e anche questo è capace di essere letto dal Toll-like receptor 4.
Abbiamo poi il Toll-like receptor 5, che abbiamo incontrato in passato parlando della piroptosi. Esso è capace di legare la flagellina presente nei flagelli, appunto, di alcuni batteri, nonché la profilina, una molecola espressa da alcuni parassiti come il Toxoplasma gondii. Questo recettore trasduce attraverso MyD88.
Poi abbiamo il Toll-like receptor 6, il quale è capace di leggere la presenza del diacil-lipopeptide ripetuto, molecola espressa da alcuni tipi particolari di batteri come i micoplasmi, e trasduce utilizzando MyD88.
Quando parliamo di Toll-like receptor 7, torniamo nel compartimento endosomiale. Anche questo è un recettore di membrana, ma intracellulare, ed è capace di legare l'RNA a singolo filamento con una maggiore specificità per quello virale e le imidazochinoline e gli analoghi delle basi, che invece sono composti sintetici, alcuni chemioterapici rispondono a questa nomenclatura. Non si sa come faccia questo recettore a distinguere l'RNA singolo filamento eucariotico da quello procariotico e virale. Probabilmente reagisce ad alterati capping e poliadenilazione, che nelle altre forme di vita sono diverse rispetto agli eucarioti. Esso trasduce attraverso MyD88.
Abbiamo poi il Toll-like receptor 8, capace di legare l'RNA singolo filamento virale, ma anche l'RNA singolo filamento batterico, il quale certamente manca di tutti i fenomeni di editing che invece caratterizzano quello eucariotico. Esso trasduce attraverso MyD88.
L'ultimo dei Toll-like receptors più noti è il Toll-like receptor 9, capace di legare il DNA doppio filamento che presenta isole CpG non metilate. Come abbiamo spiegato più volte in passato, le isole CpG del DNA eucariotico sono metilate, mentre le isole CpG del DNA batterico e virale non lo sono. Questo permette di distinguere gli acidi nucleici eucariotici da quelli non eucariotici. Tuttavia, va detto che non tutte le isole CpG del DNA eucariotico sono metilate, per questo è possibile che questo recettore dia un fenomeno di autoreattività e si suppone che abbia un ruolo nella patogenesi del lupus eritematoso sistemico, ma ne riparleremo. Anche questo recettore riutilizza MyD88 per trasdurre.
Abbiamo poi il Toll-like receptor 10, che è endosomiale, ma di cui non si conosce il ligando. E infine, abbiamo il Toll-like receptor 11, il cui ligando sembrerebbe essere la profilina e che sembra trasdurre attraverso MyD88.
Abbiamo parlato in precedenza di come i Toll-like receptors possano eterodimerizzare, tra Toll-like receptor 1 e Toll-like receptor 2, complesso che diventa estremamente reattivo allo zimosano, una molecola presente nella capsula dei lieviti. Altro esempio è l'interazione tra Toll-like receptor 2 e Toll-like receptor 6, che permette alle cellule di leggere la presenza del peptidoglicano dei batteri Gram-positivi.
E con questo abbiamo concluso il discorso sui recettori di membrana. Nel prossimo video discuteremo invece i recettori citoplasmatici.