Interferón gamma

Interferón gamma (IFNG o IFN-γ) es una citocina soluble dimerizada que es el único miembro de la clase de interferones tipo II. . La existencia de este interferón, que al principio de su historia se conoció como interferón inmunológico, fue descrita por E. F. Wheelock como un producto de leucocitos humanos estimulados con fitohemaglutinina, y por otros como un producto de linfocitos estimulados por antígenos. También se demostró que se produce en linfocitos humanos. o linfocitos peritoneales de ratón sensibilizados con tuberculina sometidos a prueba de Mantoux (PPD); Se demostró que los sobrenadantes resultantes inhibían el crecimiento del virus de la estomatitis vesicular. Esos informes también contenían la observación básica que subyace al ensayo de liberación de interferón gamma, ahora ampliamente utilizado, para detectar la tuberculosis. En los seres humanos, la proteína IFNG está codificada por el gen IFNG.

A través de la señalización celular, el interferón gamma desempeña un papel en la regulación de la respuesta inmune de su célula diana. Una vía de señalización clave que se activa con el IFN tipo II es la vía de señalización JAK-STAT. IFNG juega un papel importante tanto en la inmunidad innata como en la adaptativa. El IFN tipo II es secretado principalmente por células inmunitarias adaptativas, más específicamente por células CD4⁺ T colaboradoras 1 (Th1), células asesinas naturales (NK) y células T citotóxicas CD8⁺. . La expresión del IFN tipo II está regulada al alza y a la baja por citocinas. Al activar vías de señalización en células como macrófagos, células B y células T citotóxicas CD8+, es capaz de promover la inflamación, la actividad antiviral o antibacteriana y la proliferación y diferenciación celular. El IFN tipo II es serológicamente diferente del interferón tipo 1, se une a receptores diferentes y está codificado por un locus cromosómico separado. El IFN tipo II ha desempeñado un papel en el desarrollo de tratamientos de inmunoterapia contra el cáncer debido a su capacidad para prevenir el crecimiento tumoral.

Función

El IFNG, o el interferón tipo II, es un citoquina que es crítico para la inmunidad innata y adaptativa contra infecciones virales, bacterianas y protozoas. IFNG es un activor importante de macrófagos e inductor de la principal expresión de molécula de clase II compleja de histocompatibilidad. La expresión Aberrant IFNG se asocia con una serie de enfermedades autoinflamatorias y autoinmunes. La importancia de la IFNG en el sistema inmunitario se deriva en parte de su capacidad de inhibir la replicación viral directamente, y lo más importante de sus efectos inmunoestimuladores e inmunomoduladores. IFNG se produce predominantemente por células asesinas naturales (NK) y células T asesinas naturales (NKT) como parte de la respuesta inmunitaria innata, y por CD4 Th1 y CD8 linfocitos T citotóxicos (CTL) una vez que la inmunidad específica del antígeno se desarrolla como parte de la respuesta inmune adaptativa. El IFNG también es producido por células linfoides innatas no citotóxicas (ILC), una familia de células inmunitarias descubiertas por primera vez a principios de 2010.

Las células principales que secretan IFN tipo II son las células T colaboradoras 1 (Th1) CD4⁺, las células asesinas naturales (NK) y las células T citotóxicas CD8⁺. También puede ser secretado por células presentadoras de antígenos (APC), como las células dendríticas (DC), los macrófagos (MΦ) y las células B en menor grado. La expresión de IFN tipo II está regulada positivamente por la producción de citocinas interleucina, como IL-12, IL-15, IL-18, así como interferones tipo I (IFN-α e IFN-β). Mientras tanto, se sabe que la IL-4, la IL-10, el factor de crecimiento transformante beta (TGF-β]]) y los glucocorticoides regulan negativamente la expresión de IFN tipo II.

El IFN tipo II es una citocina, lo que significa que funciona enviando señales a otras células del sistema inmunitario e influyendo en su respuesta inmunitaria. Hay muchas células inmunes sobre las que actúa el IFN tipo II. Algunas de sus funciones principales son inducir el cambio de isotipo IgG en las células B; regular positivamente la expresión del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) de clase II en las APC; inducir la diferenciación, activación y proliferación de células T citotóxicas CD8⁺; y activar los macrófagos. En los macrófagos, el IFN tipo II estimula la expresión de IL-12. La IL-12, a su vez, promueve la secreción de IFNG por las células NK y las células Th1, y envía señales a las células T auxiliares vírgenes (Th0) para que se diferencien en células Th1.

Estructura

El monómero IFNG consta de un núcleo de seis hélices α y una secuencia desplegada extendida en la región C-terminal. Esto se muestra en los modelos estructurales a continuación. Las hélices α en el núcleo de la estructura están numeradas del 1 al 6.

El dímero biológicamente activo se forma mediante el entrelazado antiparalelo de los dos monómeros como se muestra a continuación. En el modelo de dibujos animados, un monómero se muestra en rojo y el otro en azul.

Unión al receptor

Las respuestas celulares al IFNG se activan a través de su interacción con un receptor heterodimérico que consiste en el receptor 1 de interferón gamma (IFNGR1) y el receptor 2 de interferón gamma (IFNGR2). La unión de IFN-γ al receptor activa la vía JAK-STAT. La activación de la vía JAK-STAT induce una regulación positiva de los genes estimulados por interferón (ISG), incluido el MHC II. IFNG también se une al heparán sulfato (HS) de glicosaminoglicano en la superficie celular. Sin embargo, a diferencia de muchas otras proteínas de unión a heparán sulfato, donde la unión promueve la actividad biológica, la unión de IFNG a HS inhibe su actividad biológica.

Todos los modelos estructurales que se muestran en las figuras 1-3 para IFNG están acortados en sus extremos C terminales en 17 aminoácidos. El IFNG de longitud completa tiene 143 aminoácidos, los modelos tienen 126 aminoácidos. La afinidad por el heparán sulfato reside únicamente en la secuencia eliminada de 17 aminoácidos. Dentro de esta secuencia de 17 aminoácidos se encuentran dos grupos de aminoácidos básicos denominados D1 y D2, respectivamente. El sulfato de heparán interactúa con ambos grupos. En ausencia de sulfato de heparán, la presencia de la secuencia D1 aumenta la velocidad a la que se forman complejos de receptor de IFNG. Las interacciones entre el grupo de aminoácidos D1 y el receptor pueden ser el primer paso en la formación de complejos. Al unirse a D1, HS puede competir con el receptor y evitar que se formen complejos de receptores activos.

La importancia biológica de la interacción de los sulfatos de heparán con el IFNG no está clara; sin embargo, la unión del grupo D1 a HS puede protegerlo de la escisión proteolítica.

Señalización

IFNG se une al receptor de superficie celular tipo II, también conocido como receptor de IFN gamma (IFNGR), que forma parte de la familia de receptores de citocinas de clase II. El IFNGR está compuesto por dos subunidades: IFNGR1 e IFNGR2. IFNGR1 está asociado con JAK1 y IFNGR2 está asociado con JAK2. Cuando IFNG se une al receptor, IFNGR1 e IFNGR2 experimentan cambios conformacionales que resultan en la autofosforilación y activación de JAK1 y JAK2. Esto conduce a una cascada de señalización y, finalmente, a la transcripción de genes diana. La expresión de 236 genes diferentes se ha relacionado con la señalización mediada por IFN tipo II. Las proteínas expresadas por la señalización mediada por IFN tipo II participan principalmente en la promoción de respuestas inmunitarias inflamatorias y en la regulación de otras respuestas inmunitarias mediadas por células, como la apoptosis, el tráfico intracelular de IgG, la señalización y producción de citoquinas, la hematopoyesis y la proliferación y diferenciación celular.

Vía JAK-STAT

Una vía clave desencadenada por la unión de IFNG a los IFNGR es la vía Janus Kinasa y el transductor de señal y activador de la transcripción, más comúnmente conocida como vía JAK-STAT. En la vía JAK-STAT, las proteínas JAK1 y JAK2 activadas regulan la fosforilación de tirosina en los factores de transcripción STAT1. Las tirosinas se fosforilan en una ubicación muy específica, lo que permite que las proteínas STAT1 activadas interactúen entre sí y se unan para formar homodímeros STAT1-STAT1. Los homodímeros STAT1-STAT1 pueden luego ingresar al núcleo celular. Luego inician la transcripción uniéndose a elementos del sitio de activación del interferón gamma (GAS), que se encuentran en la región promotora de genes estimulados por interferón (ISG) que expresan proteínas efectoras antivirales, así como reguladores positivos y negativos de la señalización de IFN tipo II. caminos.

Las proteínas JAK también conducen a la activación de la fosfatidilinositol 3-quinasa (PI3K). PI3K conduce a la activación de la proteína quinasa C tipo delta (PKC-δ) que fosforila el aminoácido serina en los factores de transcripción STAT1. La fosforilación de la serina en los homodímeros STAT1-STAT1 es esencial para que se produzca el proceso de transcripción completo.

Otras vías de señalización

Otras vías de señalización activadas por IFNG son la vía de señalización mTOR, la vía de señalización MAPK y la vía de señalización PI3K/AKT.

Actividad biológica

El IFNG es secretado por células T colaboradoras (específicamente, células T_h1), células T citotóxicas (células T_C), macrófagos, células epiteliales de las mucosas y células NK. . IFNG es tanto una señal autocrina importante para las APC profesionales en la respuesta inmune innata temprana como una señal paracrina importante en la respuesta inmune adaptativa. La expresión de IFNG es inducida por las citocinas IL-12, IL-15, IL-18 e IFN tipo I. IFNG es el único interferón de tipo II y es serológicamente distinto de los interferones de tipo I; es lábil al ácido, mientras que las variantes de tipo I son estables al ácido.

IFNG tiene propiedades antivirales, inmunooregulatorias y antitumor. altera la transcripción en hasta 30 genes produciendo una variedad de respuestas fisiológicas y celulares. Entre los efectos están:

• Promueve la actividad celular NK
• Aumenta la presentación del antígeno y la actividad lisoso de los macrófagos.
• Activa sintasa de óxido nítrico inducible (iNOS)
• Induce la producción de IgG2a e IgG3 de células plasmáticas B activadas
• Causa células normales para aumentar la expresión de moléculas de MHC de clase I, así como MHC de clase II en células que representan el antígeno, para ser específicas, a través de la inducción de genes de procesamiento de antígenos, incluyendo subunidades del inmunoproteasome (MECL1, LMP2, LMP7), así como TAP y ERAAP, además posiblemente a la subregulación directa de MHC pesada cadenas y Bbul2
• Promueve la adhesión y la obligatoriedad necesarias para la migración de leucocitos
• Induce la expresión de factores intrínsecos de defensa, por ejemplo, con respecto a los retrovirus, los genes relevantes incluyen TRIM5alpha, APOBEC y Tetherin, representando directamente efectos antivirales
• Primes macrófagos alveolares contra infecciones bacterianas secundarias.

IFNG es la citoquina principal que define las células T_h1: las células T_h1 secretan IFNG, lo que a su vez causa más células CD4⁺ células (células Th0) para diferenciarse en células T_h1, lo que representa un circuito de retroalimentación positiva, al tiempo que suprime la diferenciación de las células T_h2. (Las citocinas definitorias equivalentes para otras células incluyen IL-4 para las células T_h2 e IL-17 para las células Th17).

Las células NK y las células T citotóxicas CD8+ también producen IFNG. IFNG suprime la formación de osteoclastos al degradar rápidamente la proteína adaptadora RANK TRAF6 en la vía de señalización RANK-RANKL, que de otro modo estimula la producción de NF-κB.

Actividad en la formación de granulomas

Un granuloma es la forma que tiene el cuerpo de lidiar con una sustancia que no puede eliminar ni esterilizar. Las causas infecciosas de los granulomas (las infecciones suelen ser la causa más común de los granulomas) incluyen tuberculosis, lepra, histoplasmosis, criptococosis, coccidioidomicosis, blastomicosis y toxoplasmosis. Ejemplos de enfermedades granulomatosas no infecciosas son la sarcoidosis, la enfermedad de Crohn, la beriliosis, la arteritis de células gigantes, la granulomatosis con poliangeítis, la granulomatosis eosinofílica con poliangeítis, los nódulos reumatoides pulmonares y la aspiración de alimentos y otras partículas al pulmón. Aquí se analiza principalmente la fisiopatología infecciosa de los granulomas.

La asociación clave entre IFNG y granulomas es que IFNG activa los macrófagos para que se vuelvan más poderosos a la hora de matar organismos intracelulares. La activación de los macrófagos por el IFNG de las células auxiliares T_h1 en las infecciones por micobacterias permite a los macrófagos superar la inhibición de la maduración del fagolisosoma causada por las micobacterias (para mantenerse vivos dentro de los macrófagos). Los primeros pasos en la formación de granuloma inducida por IFNG son la activación de las células auxiliares Th1 por macrófagos que liberan IL-1 e IL-12 en presencia de patógenos intracelulares y la presentación de antígenos de esos patógenos. A continuación, las células auxiliares T_h1 se agregan alrededor de los macrófagos y liberan IFNG, que activa los macrófagos. Una mayor activación de los macrófagos provoca un ciclo de mayor destrucción de bacterias intracelulares y una mayor presentación de antígenos a las células auxiliares T_h1 con una mayor liberación de IFNG. Finalmente, los macrófagos rodean las células auxiliares T_h1 y se convierten en células similares a fibroblastos que protegen la infección.

Actividad durante el embarazo

Las células asesinas naturales (NK) uterinas secretan altos niveles de quimioatrayentes, como el IFNG en ratones. IFNG dilata y adelgaza las paredes de las arterias espirales maternas para mejorar el flujo sanguíneo al sitio de implantación. Esta remodelación ayuda al desarrollo de la placenta a medida que invade el útero en su búsqueda de nutrientes. Los ratones knockout para IFNG no logran iniciar la modificación normal de las arterias deciduales inducida por el embarazo. Estos modelos muestran cantidades anormalmente bajas de células o necrosis de la decidua.

En humanos, los niveles elevados de IFN gamma se han asociado con un mayor riesgo de aborto espontáneo. Los estudios de correlación han observado niveles altos de IFNG en mujeres con antecedentes de aborto espontáneo, en comparación con mujeres sin antecedentes de aborto espontáneo. Además, los niveles bajos de IFNG se asocian con mujeres que llegan a término con éxito. Es posible que el IFNG sea citotóxico para los trofoblastos, lo que provoca un aborto espontáneo. Sin embargo, no se han realizado investigaciones causales sobre la relación entre IFNG y el aborto espontáneo debido a limitaciones éticas.

Producción

El IFNG humano recombinante, como un biofarmacéutico costoso, se ha expresado en diferentes sistemas de expresión que incluyen células procarióticas, protozoarias, fúngicas (levaduras), vegetales, insectos y mamíferos. El IFNG humano se expresa comúnmente en Escherichia coli, comercializado como ACTIMMUNE®; sin embargo, el producto resultante del sistema de expresión procariótico no está glicosilado y tiene una vida media corta en el torrente sanguíneo después de la inyección; El proceso de purificación del sistema de expresión bacteriana también es muy costoso. Otros sistemas de expresión como Pichia pastoris no mostraron resultados satisfactorios en términos de rendimiento.

Uso terapéutico

El interferón gamma 1b está aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. para tratar la enfermedad granulomatosa crónica (CGD) y la osteopetrosis. El mecanismo por el cual IFNG beneficia a la CGD es mediante la mejora de la eficacia de los neutrófilos contra las bacterias catalasa positivas al corregir la función de los pacientes. Metabolismo oxidativo.

No fue aprobado para tratar la fibrosis pulmonar idiopática (FPI). En 2002, el fabricante InterMune emitió un comunicado de prensa diciendo que los datos de la fase III demostraron un beneficio de supervivencia en la FPI y redujeron la mortalidad en un 70% en pacientes con enfermedad leve a moderada. El Departamento de Justicia de Estados Unidos acusó que la publicación contenía declaraciones falsas y engañosas. El director ejecutivo de InterMune, Scott Harkonen, fue acusado de manipular los datos del juicio, declarado culpable en 2009 de fraude electrónico y sentenciado a multas y servicios comunitarios. Harkonen apeló su condena ante el Tribunal de Apelaciones del Noveno Circuito de Estados Unidos y perdió. A Harkonen se le concedió el indulto total el 20 de enero de 2021.

La investigación preliminar sobre el papel del IFNG en el tratamiento de la ataxia de Friedreich (FA) realizada por el Hospital Infantil de Filadelfia no ha encontrado efectos beneficiosos en el tratamiento a corto plazo (<6 meses). Sin embargo, investigadores en Turquía han descubierto mejoras significativas en la salud de los pacientes. marcha y postura después de 6 meses de tratamiento.

Aunque no está aprobado oficialmente, el interferón gamma también ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de pacientes con dermatitis atópica de moderada a grave. Específicamente, la terapia con IFNG recombinante se ha mostrado prometedora en pacientes con expresión reducida de IFNG, como aquellos con predisposición al virus del herpes simple, y pacientes pediátricos.

Uso potencial en inmunoterapia

La IFNG aumenta un estado antiproliferativo en las células cancerosas, mientras que la regulación de la expresión MHC I y MHC II, lo que aumenta la inmunorecognición y la eliminación de las células patógenas. El IFNG también reduce la metástasis en los tumores mediante la fibronectina reordenada, que afecta negativamente la arquitectura tumoral. El aumento de los niveles de IFNG mRNA en tumores al diagnóstico se ha asociado a mejores respuestas a la inmunoterapia.

Inmunoterapia contra el cáncer

El objetivo de la inmunoterapia contra el cáncer es desencadenar una respuesta inmunitaria de las células inmunitarias del paciente para atacar y destruir las células tumorales malignas (que causan cáncer). La deficiencia de IFN tipo II se ha relacionado con varios tipos de cáncer, incluido el linfoma de células B y el cáncer de pulmón. Además, se ha descubierto que los pacientes que recibieron el fármaco durvalumab para tratar el carcinoma de pulmón de células no pequeñas y el carcinoma de células de transición tuvieron tasas de respuesta más altas al fármaco, y el fármaco frenó la progresión de ambos tipos de cáncer durante un período de tiempo más prolongado. . Por lo tanto, se ha demostrado que promover la regulación positiva del IFN tipo II es una parte crucial en la creación de tratamientos eficaces de inmunoterapia contra el cáncer.

IFNG aún no está aprobado para el tratamiento de ninguna inmunoterapia contra el cáncer. Sin embargo, se observó una mejor supervivencia cuando se administró IFNG a pacientes con carcinoma de vejiga y melanoma. El resultado más prometedor se logró en pacientes con carcinoma de ovario en estadios 2 y 3. Por el contrario, se destacó: "El interferón-γ secretado por los linfocitos CD8 positivos regula positivamente el PD-L1 en las células de cáncer de ovario y promueve el crecimiento tumoral". El estudio in vitro del IFNG en células cancerosas es más extenso y los resultados indican una actividad antiproliferativa del IFNG que conduce a la inhibición del crecimiento o la muerte celular, generalmente inducida por apoptosis pero a veces por autofagia. Además, se ha informado que la glicosilación en mamíferos del IFNG humano recombinante, expresado en HEK293, mejora su eficacia terapéutica en comparación con la forma no glicosilada que se expresa en E. coli.

Implicación en la inmunidad antitumoral

El IFN tipo II mejora las actividades de las células Th1, las células T citotóxicas y las APC, lo que da como resultado una respuesta inmune mejorada contra las células tumorales malignas, lo que conduce a la apoptosis y necroptosis (muerte celular) de las células tumorales. Además, el IFN tipo II suprime la actividad de las células T reguladoras, que son responsables de silenciar las respuestas inmunes contra patógenos, evitando la desactivación de las células inmunes involucradas en la muerte de las células tumorales. El IFN tipo II previene la división de las células tumorales al actuar directamente sobre las células tumorales, lo que da como resultado una mayor expresión de proteínas que inhiben que las células tumorales continúen a través del ciclo celular (es decir, detención del ciclo celular). El IFN tipo II también puede prevenir el crecimiento tumoral al actuar indirectamente sobre las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos cercanos al sitio del tumor, cortando el flujo sanguíneo a las células tumorales y, por tanto, el suministro de los recursos necesarios para la supervivencia y proliferación de las células tumorales.

Barreras

Se ha reconocido la importancia del IFN tipo II en la inmunoterapia contra el cáncer; La investigación actual está estudiando los efectos del IFN tipo II sobre el cáncer, tanto como forma de tratamiento individual como como forma de tratamiento para administrar junto con otros medicamentos contra el cáncer. Pero el IFN tipo II no ha sido aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) para tratar el cáncer, excepto la osteoporosis maligna. Lo más probable es que esto se deba al hecho de que, si bien el IFN tipo II participa en la inmunidad antitumoral, algunas de sus funciones pueden mejorar la progresión de un cáncer. Cuando el IFN tipo II actúa sobre las células tumorales, puede inducir la expresión de una proteína transmembrana conocida como ligando de muerte programada 1 (PDL1), que permite a las células tumorales evadir un ataque de las células inmunitarias. La señalización mediada por IFN tipo II también puede promover la angiogénesis (formación de nuevos vasos sanguíneos en el sitio del tumor) y la proliferación de células tumorales.

Interacciones

Se ha demostrado que el interferón gamma interactúa con el receptor 1 de interferón gamma y el receptor 2 de interferón gamma.

Enfermedades

Se ha demostrado que el interferón gamma desempeña un papel crucial en la respuesta inmunitaria contra algunos patógenos intracelulares, incluido el de la enfermedad de Chagas. También se ha identificado su papel en la dermatitis seborreica.

IFNG tiene un efecto antiviral significativo en la infección por el virus del herpes simple I (VHS). IFNG compromete los microtúbulos de los que depende el HSV para su transporte al núcleo de una célula infectada, inhibiendo la capacidad de replicación del HSV. Los estudios en ratones con herpes resistente al aciclovir han demostrado que el tratamiento con IFNG puede reducir significativamente la carga viral del herpes. El mecanismo por el cual el IFNG inhibe la reproducción del herpes es independiente de las células T, lo que significa que el IFNG puede ser un tratamiento eficaz en personas con niveles bajos de células T.

La infección por clamidia se ve afectada por el IFNG en las células huésped. En las células epiteliales humanas, el IFNG regula positivamente la expresión de la indoleamina 2,3-dioxigenasa, que a su vez agota el triptófano en los huéspedes e impide la reproducción de la clamidia. Además, en las células epiteliales de roedores, el IFNG regula positivamente una GTPasa que inhibe la proliferación de clamidia. Tanto en el sistema humano como en el de los roedores, la clamidia ha desarrollado mecanismos para evitar los efectos negativos del comportamiento de la célula huésped.

Reglamento

Existe evidencia de que la expresión del interferón gamma está regulada por un elemento pseudoanudado en su extremo 5' UTR. También hay evidencia de que el interferón gamma está regulado directa o indirectamente por los microARN: miR-29. Además, existe evidencia de que la expresión de interferón gamma está regulada por GAPDH en las células T. Esta interacción tiene lugar en la 3'UTR, donde la unión de GAPDH impide la traducción de la secuencia de ARNm.