CCR5

receptor de quimiocina C-C tipo 5, también conocido como CCR5 o CD195, es una proteína de la superficie de los glóbulos blancos que participa en el sistema inmunológico ya que actúa como receptor de quimiocinas.

En humanos, el gen CCR5 que codifica la proteína CCR5 se encuentra en el brazo corto (p) en la posición 21 del cromosoma 3. Ciertas poblaciones han heredado el Delta 32 mutación, que resulta en la eliminación genética de una porción del gen CCR5. Los portadores homocigotos de esta mutación son resistentes a las cepas M-trópicas de la infección por VIH-1.

Función

La proteína CCR5 pertenece a la familia de receptores de quimiocinas beta de proteínas integrales de membrana. Es un receptor acoplado a proteína G que funciona como receptor de quimiocinas en el grupo de quimiocinas CC.

Los ligandos afines de CCR5 incluyen CCL3, CCL4 (también conocidos como MIP 1α y 1β, respectivamente) y CCL3L1. Además, CCR5 interactúa con CCL5 (una proteína citocina quimiotáctica también conocida como RANTES).

CCR5 se expresa predominantemente en células T, macrófagos, células dendríticas, eosinófilos, microglía y una subpoblación de células cancerosas de mama o próstata. La expresión de CCR5 se induce selectivamente durante el proceso de transformación del cáncer y no se expresa en células epiteliales normales de mama o próstata. Aproximadamente el 50% del cáncer de mama humano expresaba CCR5, principalmente en el cáncer de mama triple negativo. Los inhibidores de CCR5 bloquearon la migración y la metástasis de células de cáncer de mama y próstata que expresaban CCR5, lo que sugiere que CCR5 puede funcionar como un nuevo objetivo terapéutico. Estudios recientes sugieren que CCR5 se expresa en un subconjunto de células cancerosas con características de células madre cancerosas, que se sabe que impulsan la resistencia a la terapia, y que los inhibidores de CCR5 aumentaron la cantidad de células destruidas por la quimioterapia actual. Es probable que CCR5 desempeñe un papel en las respuestas inflamatorias a la infección, aunque no está claro su papel exacto en la función inmune normal. Las regiones de esta proteína también son cruciales para la unión del ligando de quimiocinas, la respuesta funcional del receptor y la actividad del correceptor del VIH.

La modulación de la actividad de CCR5 contribuye a un curso no patógeno de la infección por el virus de la inmunodeficiencia de los simios (VIS) en varias especies de primates no humanos africanos que son huéspedes naturales a largo plazo del VIS y evitan la inmunodeficiencia tras la infección. Estos mecanismos reguladores incluyen: deleciones genéticas que anulan la expresión de CCR5 en la superficie celular, regulación negativa de CCR5 en la superficie de las células T CD4+, en particular en las células de memoria, y retraso en el inicio de la expresión de CCR5 en las células T CD4+ durante el desarrollo.

VIH

El VIH-1 utiliza con mayor frecuencia los receptores de quimiocinas CCR5 y/o CXCR4 como correceptores para ingresar a las células inmunológicas objetivo. Estos receptores están ubicados en la superficie de las células inmunes del huésped, por lo que proporcionan un método de entrada para que el virus VIH-1 infecte la célula. La estructura de la glicoproteína de la envoltura del VIH-1 es esencial para permitir la entrada viral del VIH-1 en una célula huésped objetivo. La estructura de la glicoproteína de la envoltura consta de dos subunidades proteicas escindidas de un precursor proteico Gp160 codificado por el gen env del VIH-1: la subunidad externa Gp120 y la subunidad transmembrana Gp41. Esta estructura de glicoproteína de envoltura está dispuesta en una estructura en forma de púa ubicada en la superficie del virión y consta de un trímero de heterodímeros Gp120-Gp41. La proteína de la envoltura Gp120 es un imitador de quimiocinas. Aunque carece de la estructura única de una quimiocina, todavía es capaz de unirse a los receptores de quimiocina CCR5 y CXCR4. Durante la infección por VIH-1, la subunidad de la glicoproteína de la envoltura Gp120 se une a una glicoproteína CD4 y a un correceptor del VIH-1 expresado en una célula diana, formando un complejo heterotrimérico. La formación de este complejo estimula la liberación de un péptido fusogénico, lo que hace que la membrana viral se fusione con la membrana de la célula huésped objetivo. Debido a que la unión a CD4 sola a veces puede resultar en la eliminación de gp120, a continuación gp120 debe unirse al correceptor CCR5 para que se produzca la fusión. El extremo amino tirosina sulfatado de este correceptor es el "determinante esencial" de unión a la glicoproteína gp120. El correceptor también reconoce la región V1-V2 de gp120 y la lámina puente (una lámina β antiparalela de 4 cadenas que conecta los dominios interno y externo de gp120). El tallo V1-V2 puede influir en el "uso del correceptor a través de su composición peptídica, así como por el grado de glicosilación ligada a N". Sin embargo, a diferencia de V1-V2, el bucle V3 es muy variable y, por tanto, es el determinante más importante de la especificidad del correceptor. Los ligandos normales de este receptor, RANTES, MIP-1β y MIP-1α, son capaces de suprimir la infección por VIH-1 in vitro. En individuos infectados con VIH, los virus que utilizan CCR5 son las especies predominantes aisladas durante las primeras etapas de la infección viral, lo que sugiere que estos virus pueden tener una ventaja selectiva durante la transmisión o la fase aguda de la enfermedad. Además, al menos la mitad de todos los individuos infectados albergan únicamente virus que utilizan CCR5 durante el curso de la infección.

CCR5 es el correceptor principal utilizado por gp120 secuencialmente con CD4. Esta unión da como resultado que gp41, el otro producto proteico de gp160, se libere de su conformación metaestable y se inserte en la membrana de la célula huésped. Aunque no se ha confirmado, la unión de gp120-CCR5 implica dos pasos cruciales: 1) El extremo amino tirosina sulfatado de este correceptor es un "determinante esencial" de unión a gp120 (como se indicó anteriormente) 2) Después del paso 1, debe haber una acción recíproca (sinergia, intercomunicación) entre gp120 y los dominios transmembrana CCR5.

CCR5 es esencial para la propagación de la cepa R5 del virus VIH-1. El conocimiento del mecanismo por el cual esta cepa de VIH-1 media la infección ha impulsado la investigación sobre el desarrollo de intervenciones terapéuticas para bloquear la función CCR5. Se han diseñado varios nuevos fármacos experimentales contra el VIH, llamados antagonistas del receptor CCR5, para interferir con la unión entre la proteína de la envoltura Gp120 y el correceptor CCR5 del VIH. Estos medicamentos experimentales incluyen PRO140 (CytoDyn), Vicriviroc (los ensayos de fase III se cancelaron en julio de 2010) (Schering Plough), Aplaviroc (GW-873140) (GlaxoSmithKline) y Maraviroc (UK-427857) (Pfizer). Maraviroc fue aprobado para su uso por la FDA en agosto de 2007. Es el único hasta ahora aprobado por la FDA para uso clínico, convirtiéndose así en el primer inhibidor de CCR5. Un problema de este enfoque es que, si bien CCR5 es el principal correceptor mediante el cual el VIH infecta las células, no es el único. Es posible que bajo presión selectiva el VIH evolucione para utilizar otro correceptor. Sin embargo, el examen de la resistencia viral a AD101, antagonista molecular de CCR5, indicó que los virus resistentes no cambiaron a otro correceptor (CXCR4), sino que persistieron en usar CCR5: se unieron a dominios alternativos de CCR5 o al receptor en un mayor afinidad. Sin embargo, debido a que todavía hay otro correceptor disponible, es probable que la falta del gen CCR5 no haga que uno sea inmune al virus; simplemente sería más difícil para el individuo contraerlo. Además, el virus todavía tiene acceso al CD4. A diferencia del CCR5, que no es necesario (como lo demuestran quienes llevan una vida sana incluso cuando carecen del gen como resultado de la mutación delta32), el CD4 es fundamental en el sistema de defensa inmunitario del cuerpo. Incluso sin la disponibilidad de cualquiera de los correceptores (incluso CCR5), el virus aún puede invadir células si gp41 sufriera una alteración (incluida su cola citoplasmática) que resultara en la independencia de CD4 sin la necesidad de CCR5 y/o CXCR4. como puerta de entrada.

Cáncer

La expresión de CCR5 se induce en células epiteliales de mama y próstata tras la transformación. La inducción de la expresión de CCR5 promueve la invasión, migración y metástasis celular. La inducción de metástasis implica dirigirse al sitio metastásico. Se ha demostrado que los inhibidores de CCR5, incluidos maraviroc y leronlimab, bloquean la metástasis pulmonar de líneas celulares de cáncer de mama humano. En estudios preclínicos en ratones inmunocompetentes, los inhibidores de CCR5 bloquearon la metástasis en los huesos y el cerebro. Los inhibidores de CCR5 también reducen la infiltración de macrófagos asociados a tumores. Un estudio clínico de fase 1 de un inhibidor de CCR5 en pacientes con cáncer de colon metastásico previamente tratados demostró una respuesta clínica objetiva y una reducción de la carga tumoral metastásica.

Cerebro

Los niveles elevados de CCR5 son parte de la respuesta inflamatoria al accidente cerebrovascular y la muerte. El bloqueo del CCR5 con Maraviroc (un medicamento aprobado para el VIH) puede mejorar la recuperación después de un accidente cerebrovascular.

En el cerebro en desarrollo, los receptores de quimiocinas como el CCR5 influyen en la migración y la conexión neuronal. Después de un accidente cerebrovascular, parecen disminuir la cantidad de sitios de conexión en las neuronas cercanas al daño.

CCR5-Δ32

CCR5-Δ32 (o CCR5-D32 o CCR5 delta 32) es un alelo de CCR5.

CCR5 Δ32 es una deleción de 32 pares de bases que introduce un codón de parada prematuro en el locus del receptor CCR5, lo que da como resultado un receptor no funcional. Se requiere CCR5 para la entrada del virus VIH-1 con trópico M. Los individuos homocigotos (denominados Δ32/Δ32) para CCR5 Δ32 no expresan receptores CCR5 funcionales en sus superficies celulares y son resistentes a la infección por VIH-1, a pesar de múltiples exposiciones de alto riesgo. Los individuos heterocigotos (+/Δ32) para el alelo mutante tienen una reducción superior al 50 % en los receptores CCR5 funcionales en sus superficies celulares debido a la dimerización entre los receptores mutantes y de tipo salvaje que interfiere con el transporte de CCR5 a la superficie celular. Los portadores heterocigotos son resistentes a la infección por VIH-1 en comparación con los tipos salvajes y, cuando se infectan, los heterocigotos presentan cargas virales reducidas y una progresión hacia el SIDA de 2 a 3 años más lenta en comparación con los tipos salvajes. También se ha demostrado que la heterocigosidad para este alelo mutante mejora la respuesta virológica al tratamiento antirretroviral. CCR5 Δ32 tiene una frecuencia de alelos (heterocigotos) del 9% en Europa y una frecuencia de homocigotos del 1%.

Investigaciones recientes indican que CCR5 Δ32 mejora la cognición y la memoria. En 2016, los investigadores demostraron que la eliminación del gen CCR5 de ratones mejoraba significativamente su memoria. CCR5 es un potente supresor de la plasticidad neuronal, el aprendizaje y la memoria; La sobreactivación de CCR5 por parte de proteínas virales puede contribuir a los déficits cognitivos asociados al VIH.

Historia evolutiva y edad del alelo

El alelo CCR5 Δ32 se destaca por su origen reciente, su frecuencia inesperadamente alta y su distribución geográfica distinta, lo que en conjunto sugiere que (a) surgió de una única mutación y (b) históricamente estuvo sujeto a selección positiva.

Dos estudios han utilizado el análisis de ligamiento para estimar la edad de la deleción de CCR5 Δ32, asumiendo que la cantidad de recombinación y mutación observada en las regiones genómicas que rodean la deleción de CCR5 Δ32 sería proporcional a la edad de la deleción. Utilizando una muestra de 4000 individuos de 38 poblaciones étnicas, Stephens et al. estimó que la eliminación de CCR5-Δ32 ocurrió hace 700 años (275-1875, intervalo de confianza del 95%). Otro grupo, Libert et al. (1998), utilizaron mutaciones de microsatélites para estimar la edad de la mutación CCR5 Δ32 en 2100 años (700-4800, intervalo de confianza del 95%). Sobre la base de los eventos de recombinación observados, estimaron que la edad de la mutación era de 2250 años (900-4700, intervalo de confianza del 95%). Una tercera hipótesis se basa en el gradiente de frecuencia de alelos de norte a sur en Europa, que muestra que la frecuencia de alelos más alta se produjo en los países nórdicos y la frecuencia de alelos más baja en el sur de Europa. Debido a que los vikingos históricamente ocuparon estos países, es posible que el alelo se extendiera por toda Europa debido a la dispersión vikinga en los siglos VIII al X. Posteriormente, los vikingos fueron reemplazados por los varangianos en Rusia, lo que puede haber contribuido a la clina observada de frecuencia alélica de este a oeste.

El VIH-1 se transmitió inicialmente de chimpancés (Pan troglodytes) a humanos a principios del siglo XX en el sureste de Camerún, África, a través de la exposición a sangre y fluidos corporales infectados mientras se sacrificaba carne de animales silvestres. Sin embargo, el VIH-1 estuvo efectivamente ausente en Europa hasta la década de 1980. Por lo tanto, dada la edad promedio de aproximadamente 1000 años para el alelo CCR5-Δ32, se puede establecer que el VIH-1 no ejerció presión de selección sobre la población humana durante el tiempo suficiente para alcanzar las frecuencias actuales. Por lo tanto, se han sugerido otros patógenos como agentes de selección positiva para CCR5 Δ32, incluida la peste bubónica (Yersinia pestis) y la viruela (Variola major). Otros datos sugieren que la frecuencia de los alelos experimentó una presión de selección negativa como resultado de patógenos que se generalizaron durante la expansión romana. La idea de que la selección negativa jugó un papel en la baja frecuencia del alelo también está respaldada por experimentos con ratones knockout e influenza A, que demostraron que la presencia del receptor CCR5 es importante para una respuesta eficiente a un patógeno.

Evidencia de una única mutación

Varias líneas de evidencia sugieren que el alelo CCR5 Δ32 evolucionó solo una vez. En primer lugar, CCR5 Δ32 tiene una frecuencia relativamente alta en varias poblaciones europeas diferentes, pero está comparativamente ausente en las poblaciones asiáticas, de Oriente Medio y de los indios americanos, lo que sugiere que se produjo una única mutación después de la divergencia de los europeos con respecto a sus ancestros africanos. En segundo lugar, el análisis de ligamiento genético indica que la mutación se produce en un contexto genético homogéneo, lo que implica que la herencia de la mutación se produjo a partir de un ancestro común. Esto se demostró al mostrar que el alelo CCR5 Δ32 está en fuerte desequilibrio de ligamiento con microsatélites altamente polimórficos. Más del 95% de los cromosomas CCR5 Δ32 también portaban el alelo IRI3.1-0, mientras que el 88% portaban el alelo IRI3.2. Por el contrario, los marcadores microsatélite IRI3.1-0 e IRI3.2-0 se encontraron en sólo 2 o 1,5% de los cromosomas que portaban un alelo CCR5 de tipo salvaje. Esta evidencia de desequilibrio de ligamiento respalda la hipótesis de que la mayoría, si no todos, los alelos CCR5 Δ32 surgieron de un solo evento mutacional. Finalmente, el alelo CCR5 Δ32 tiene una distribución geográfica única que indica un único origen norteño seguido de migración. Un estudio que midió las frecuencias alélicas en 18 poblaciones europeas encontró un gradiente de norte a sur, con las frecuencias alélicas más altas en las poblaciones finlandesas y mordvinas (16%) y las más bajas en Cerdeña (4%).

Selección positiva

En ausencia de selección, una sola mutación tardaría aproximadamente 127.500 años en alcanzar una frecuencia poblacional del 10%. Las estimaciones basadas en recombinación genética y tasas de mutación sitúan la edad del alelo entre 1000 y 2000 años. Esta discrepancia es una firma de selección positiva.

Se estima que el VIH-1 entró en la población humana de África a principios del siglo XX, pero no se informaron infecciones sintomáticas hasta los años ochenta. Por lo tanto, la epidemia de VIH-1 es demasiado joven para ser la fuente de selección positiva que impulsó la frecuencia de CCR5 Δ32 de cero a 10% en 2000 años. Stephens, et al. (1998), sugieren que la peste bubónica (Yersinia pestis) había ejercido una presión selectiva positiva sobre CCR5 Δ32. Esta hipótesis se basó en el momento y la gravedad de la pandemia de la peste negra, que mató al 30% de la población europea de todas las edades entre 1346 y 1352. Después de la peste negra, hubo epidemias intermitentes menos graves. Las ciudades individuales experimentaron una alta mortalidad, pero la mortalidad general en Europa fue sólo de un pequeño porcentaje. En 1655-1656 se produjo una segunda pandemia llamada "Gran Peste" Mató entre el 15 y el 20% de la población de Londres. Es importante destacar que las epidemias de peste fueron intermitentes. La peste bubónica es una enfermedad zoonótica que infecta principalmente a roedores, se transmite por pulgas y sólo ocasionalmente infecta a humanos. La infección de persona a persona de la peste bubónica no ocurre, aunque puede ocurrir en la peste neumónica, que infecta los pulmones. Sólo cuando la densidad de roedores es baja, las pulgas infectadas se ven obligadas a alimentarse de huéspedes alternativos, como los humanos, y en estas circunstancias puede producirse una epidemia humana. Basándose en modelos genéticos poblacionales, Galvani y Slatkin (2003) sostienen que la naturaleza intermitente de las epidemias de peste no generó una fuerza selectiva lo suficientemente fuerte como para impulsar la frecuencia alélica de CCR5 Δ32 al 10% en Europa.

Para probar esta hipótesis, Galvani y Slatkin (2003) modelaron las presiones de selección históricas producidas por la peste y la viruela. La peste se modeló según relatos históricos, mientras que la mortalidad por viruela por edades se dedujo de la distribución por edades de los entierros de viruela en York (Inglaterra) entre 1770 y 1812. La viruela infecta preferentemente a miembros jóvenes pre-reproductivos de la población, ya que son los únicos personas que no están inmunizadas o que han muerto por infecciones pasadas. Como la viruela mata preferentemente a los miembros pre-reproductivos de una población, genera una presión selectiva más fuerte que la peste. A diferencia de la peste, la viruela no tiene reservorio animal y sólo se transmite de persona a persona. Los autores calcularon que si la peste seleccionara CCR5 Δ32, la frecuencia del alelo seguiría siendo inferior al 1%, mientras que la viruela ha ejercido una fuerza selectiva suficiente para alcanzar el 10%.

La hipótesis de que la viruela ejerció una selección positiva para CCR5 Δ32 también es biológicamente plausible, ya que los poxvirus, como el VIH, ingresan a los glóbulos blancos mediante receptores de quimiocinas. Por el contrario, Yersinia pestis es una bacteria con una biología muy diferente.

Aunque los europeos son el único grupo que tiene subpoblaciones con una alta frecuencia de CCR5 Δ32, no son la única población que ha sido objeto de selección por la viruela, que tenía una distribución mundial antes de que fuera declarada erradicada en 1980. Los primeros Descripciones inequívocas de la viruela aparecen en el siglo V d.C. en China, el siglo VII d.C. en la India y el Mediterráneo, y el siglo X d.C. en el suroeste de Asia. Por el contrario, la mutación CCR5 Δ32 se encuentra sólo en poblaciones de Europa, Asia occidental y África del Norte. La frecuencia anormalmente alta de CCR5 Δ32 en estas poblaciones parece requerir tanto un origen único en el norte de Europa como una selección posterior por viruela.

Costos potenciales

CCR5 Δ32 puede ser beneficioso para el huésped en algunas infecciones (p. ej., VIH-1, posiblemente viruela), pero perjudicial en otras (p. ej., encefalitis transmitida por garrapatas, virus del Nilo Occidental). Si la función CCR5 es útil o perjudicial en el contexto de una infección determinada depende de una interacción compleja entre el sistema inmunológico y el patógeno.

En general, las investigaciones sugieren que la mutación CCR5 Δ32 puede desempeñar un papel perjudicial en los procesos inflamatorios posteriores a la infección, que pueden dañar el tejido y crear más patología. La mejor evidencia de esta pleiotropía antagonista propuesta se encuentra en las infecciones por flavivirus. En general, muchas infecciones virales son asintomáticas o producen sólo síntomas leves en la gran mayoría de la población. Sin embargo, algunos individuos desafortunados experimentan un curso clínico particularmente destructivo, que por lo demás es inexplicable pero parece estar mediado genéticamente. Se descubrió que los pacientes homocigotos para CCR5 Δ32 tenían mayor riesgo de sufrir una forma neuroinvasiva de encefalitis transmitida por garrapatas (un flavivirus). Además, es posible que se requiera CCR5 funcional para prevenir enfermedades sintomáticas después de la infección por el virus del Nilo Occidental, otro flavivirus; CCR5 Δ32 se asoció con el desarrollo temprano de síntomas y manifestaciones clínicas más pronunciadas después de la infección por el virus del Nilo Occidental.

Este hallazgo en humanos confirmó un experimento observado previamente en un modelo animal de homocigosidad CCR5 Δ32. Después de la infección con el virus del Nilo Occidental, los ratones CCR5 Δ32 tuvieron títulos virales notablemente aumentados en el sistema nervioso central y tuvieron una mayor mortalidad en comparación con la de los ratones de tipo salvaje, lo que sugiere que la expresión de CCR5 era necesaria para montar una fuerte defensa del huésped contra el virus del Nilo Occidental. .

Aplicaciones médicas

Se ha propuesto un enfoque genético que involucra intracuerpos que bloquean la expresión de CCR5 como tratamiento para personas infectadas por VIH-1. Cuando las células T modificadas para que ya no expresen CCR5 se mezclaron con células T no modificadas que expresan CCR5 y luego se expusieron a una infección con VIH-1, las células T modificadas que no expresan CCR5 finalmente se apoderan del cultivo, como VIH-1. mata las células T no modificadas. Este mismo método podría usarse in vivo para establecer un conjunto de células resistentes al virus en individuos infectados.

Esta hipótesis se probó en un paciente con SIDA que también había desarrollado leucemia mieloide y fue tratado con quimioterapia para suprimir el cáncer. Luego se utilizó un trasplante de médula ósea que contenía células madre de un donante compatible para restaurar el sistema inmunológico. Sin embargo, el trasplante se realizó a partir de un donante con 2 copias del gen de mutación CCR5-Δ32. Después de 600 días, el paciente estaba sano y tenía niveles indetectables de VIH en la sangre y en los tejidos cerebrales y rectales examinados. Antes del trasplante también se detectaron niveles bajos de VIH X4, que no utiliza el receptor CCR5. Sin embargo, tras el trasplante tampoco se detectó este tipo de VIH. Sin embargo, este resultado es consistente con la observación de que las células que expresan la proteína variante CCR5-Δ32 carecen de los receptores CCR5 y CXCR4 en sus superficies, lo que confiere resistencia a una amplia gama de variantes del VIH, incluido el VIHX4. Después de más de seis años, el paciente ha mantenido la resistencia al VIH y se ha declarado curado de la infección por VIH.

En 2009 se inició la inscripción de pacientes VIH positivos en un ensayo clínico en el que los pacientes & #39; Las células se modificaron genéticamente con una nucleasa de dedo de zinc para portar el rasgo CCR5-Δ32 y luego se reintrodujeron en el cuerpo como un posible tratamiento contra el VIH. Los resultados informados en 2014 fueron prometedores.

Inspirado por la primera persona curada del VIH, el Paciente de Berlín, StemCyte comenzó a colaborar con bancos de sangre de cordón umbilical de todo el mundo para examinar sistemáticamente muestras de sangre de cordón umbilical en busca de la mutación CCR5 a partir de 2011.

En noviembre de 2018, Jiankui He anunció que había editado dos embriones humanos para intentar desactivar el gen CCR5, que codifica un receptor que el VIH utiliza para ingresar a las células. Dijo que las gemelas, Lulu y Nana, habían nacido unas semanas antes, y que las niñas todavía portaban copias funcionales de CCR5 junto con CCR5 discapacitado (mosaicismo), por lo que todavía eran vulnerables al VIH. El trabajo fue ampliamente condenado por ser poco ético, peligroso y prematuro.