Un estudio ayuda a entender cómo combaten a las bacterias las células de defensa

Científicos sugieren que distintos tipos de inflamasomas –los complejos proteicos que se encargan de iniciar la respuesta inflamatoria en los macrófagos– pueden autorregularse para amplificar la señal de la infección

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Cuando las células de defensa que patrullan el organismo humano se deparan con una bacteria potencialmente peligrosa, se activan determinados complejos proteicos intracelulares conocidos como inflamasomas.

Esta activación resulta esencial para desencadenar un proceso inflamatorio capaz de atraer hacia el sitio de la confrontación a un verdadero ejército de células inmunitarias, a los efectos de detener el avance de la infección.

La comprensión precisa de cómo funcionan estos mecanismos de defensa es el objetivo de un Proyecto Temático que cuenta con el apoyo de la FAPESP y que está coordinado por el profesor Dario Simões Zamboni en la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto, perteneciente a la Universidad de São Paulo (FMRP-USP).

Resultados recientes del mismo salieron publicados en julio en la revista Cell Reports. Este trabajo se desarrolla en el ámbito del Centro de Investigación de Enfermedades Inflamatorias (CRID), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) de la FAPESP.

“Este tipo de conocimiento básico puede ayudar en el futuro a desarrollar nuevos métodos, tanto para combatir infecciones como para evitar que ocurra una inflamación exacerbada y perjudicial para el organismo, tal como es el caso de la sepsis”, declaró Simões Zamboni a Agência FAPESP.

En el trabajo más reciente, el grupo investigó la interacción entre tres tipos distintos de inflamasomas que pueden activarse en los macrófagos, las células que integran la línea de frente del sistema inmunológico y que se encargan de fagocitar (ingerir) potenciales invasores.

Uno tipo de éstos se activa cuando determinadas moléculas –que pueden ser o no ser componentes microbianos– atraviesan la membrana del macrófago y provocan la salida de potasio del medio intracelular, lo que redunda en la activación de una proteína conocida como NLRP3.

El segundo tipo de inflamasoma entra en acción cuando las células de defensa detectan en su citoplasma la presencia de ADN de microbios invasores y activan la proteína AIM2.

En tanto, el tercer tipo es inducido por la presencia en el citoplasma del macrófago de un componente bacteriano denominado LPS (lipopolisacárido bacteriano), existente en especies de bacterias gramnegativas, al cual pertenecen diversos agentes causantes de enfermedades en humanos, tales como la Escherichia coli, la Shigella, la Salmonella, la Pseudomonas y la Legionella pneumophila. En este tercer caso, el proceso inflamatorio se inicia debido a la activación de la proteína caspasa-11.

Si bien son mediados por proteínas distintas, los tres tipos de inflamasomas, cuando se activan, llevan a la producción de moléculas proinflamatorias tales como la interleucina-1 beta (IL-1β) y la interleucina-18 (IL-18). Estas citocinas son las que alertan al sistema inmunológico acerca de la necesidad de enviar al sitio en cuestión a su ejército, compuesto por neutrófilos, monocitos inflamatorios, linfocitos y otros tipos de leucocitos. Cuando esto sucede efectivamente, surgen los síntomas típicos de la inflamación: dolor, calor, enrojecimiento y edema.

“Hasta ahora predominaba la idea de que esos inflamasomas funcionaban en forma independiente unos de otros. Pero estamos demostrando que unos pueden regular la activación de los otros, de manera tal de amplificar la señal de la infección e inducir una respuesta inflamatoria más potente”, comentó Zamboni.

Metodología

Los experimentos que permitieron arribar a esta conclusión se realizaron in vitro, con cultivos de macrófagos de ratones, y también in vivo, con infecciones en los pulmones de los ratones. Como modelo de infección se utilizó la bacteria Legionella pneumophila, agente causal de la neumonía y capaz de activar múltiples inflamasomas en los macrófagos.

“Observamos in vitro que, cuando la cantidad de ADN bacteriano existente en el interior de las células de defensa es muy pequeña, el estímulo no es suficiente como para que la proteína AIM2 logre partir [romper las uniones peptídicas] a otra proteína llamada caspasa-1, y así activar el inflamasoma de la AIM2. Sin embargo, la AIM2 logra dejar a la caspasa-1 en su forma activa, y juntas, ambas proteínas actúan de manera tal de horadar la membrana del macrófago y activar el inflamasoma de NLRP3”, explicó el investigador.

Según Zamboni, estudios anteriores ya habían sugerido que la proteína caspasa-11, al reconocer al LPS en el citoplasma del macrófago, también induce un daño en la membrana que resulta en la activación del inflamasoma de NLRP3.

“Ahora hemos demostrado que también el inflamasoma de AIM2 logra amplificar las señales de la infección y accionar al inflamasoma de NLRP3 de manera no convencional”, añadió.

Al repetir el experimento en células modificadas para no expresar las proteínas AIM2 y caspasa-11, los investigadores observaron que no se concretaba la activación del inflamasoma de NLRP3 en presencia de la bacteria en el medio de cultivo y la célula se volvía completamente incapaz de orquestar una respuesta inflamatoria.

“Cuando dejábamos una de las dos vías funcionando –AIM2 o caspasa-11– la respuesta ocurría, pero en forma menos eficiente que en la célula silvestre”, comentó Zamboni.

Luego se realizaron experimentos con ratones, a los efectos de confirmar si se observaría un efecto similar in vivo, una situación en la cual existe una interacción entre diversos factores inmunológicos.

Uno de los grupos de estudio estaba formado por animales “silvestres”, es decir, sin alteraciones genéticas. El otro lo integraban roedores modificados para no producir las proteínas AIM2 y caspasa-11.

“Cuando un ratón silvestre respira la bacteria, todas las vías de activación de inflamasomas se accionan, articulando una respuesta eficiente, y así se controla la infección. En tanto, en los animales con déficit de AIM2 y caspasa-11, durante los primeros dos días de la infección la bacteria logra replicarse entre de 5 y 10 veces más en los pulmones de los ratones”, dijo el investigador.

A juicio de Zamboni, existen evidencias de que, en el transcurso de la evolución, el sistema inmunológico de los mamíferos fue desarrollando múltiples mecanismos tendientes a reconocer distintos elementos de microbios patogénicos para activar el inflamasoma de NLRP3, asegurándose así la inducción de una respuesta inflamatoria.

“El reconocimiento de un microbio con potencial para causar un daño es el primero y uno de los más importantes procesos que deben efectuar las células de defensa. Estamos en contacto con miles de microorganismos permanentemente, de los cuales la mayoría no constituye una amenaza. Es importante orquestar una respuesta inflamatoria contra los microbios patogénicos, pero esto es algo que le resulta costoso al organismo. Es necesario que valga la pena”, afirmó Zamboni.

Puede leerse el artículo intitulado AIM2 Engages Active but Unprocesed Caspase-1 to Induce Noncanonical Activation of the NLRP3 Inflammasome, destacado en la portada de la edición de julio de la revista Cell Reports, en el siguiente enlace: cell.com/cell-reports/abstract/S2211-1247(17)30934-8.