Biología Molecular e Inmunología. Apuntes Universidad de Granada. Federico Garrido Torres-Puchol Prof. Antonio Torres de Pinedo

Apuntes de la Facultad de Medicina, Universidad de Granada. Primer año de carrera:

BIOLOGÍA MOLECULAR E INMUNOLOGÍA
Prof. Federico Garrido Torres-Puchol Prof. Antonio Torres de Pinedo.
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TEMA 1……………..……………………………………………Generalidades del sistema inmunitario
TEMA 2………………………………………………………………….Componentes del sistema inmune
TEMA 3…………………………………………………………………………………….Las inmunoglobulinas
TEMA 4………………………………………….Los linfocitos B y su receptor para antígeno (BCR)
TEMA 5…………………………………………..Los linfocitos T y su receptor para antígeno (TCR)
TEMA 6…………….Complejo mayor de histocompatibilidad y presentación de antígeno
TEMA 7…………………………………………………………………………………………………Las citoquinas
TEMA 8…………………………………………………………………….Activación de los linfocitos B y T
TEMA 9.…………………………………………………………………………..Células NK y sus receptores
TEMA 10………………………………………………………………………………….Sistema complemento
TEMA 11…………………El sistema inmune contra las infecciones: respuesta inflamatoria
TEMA 12………………………………………………….Mecanismos de evasión al sistema inmune
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El sistema inmunitario o inmune es un sistema de defensa de múltiples funciones que surgió durante la evolución para proteger a los animales de la invasión de microorganismos patógenos y combatir las infecciones causadas por virus, bacterias, protozoos, hongos y helmintos.
Estos patógenos pueden ser responsables de infecciones intracelulares o extracelulares, para las cuales la respuesta inmune debe ser diferente. El sistema inmune ha desarrollado, por tanto, una enorme variedad de respuestas apropiadas para combatir cada tipo de patógeno mientras que el mismo tiempo mantiene la tolerancia a los componentes propios del organismo. Así pues, el sistema inmunitario es el que se encarga de discriminar lo propio de lo extraño y actuar en consecuencia.
Dado que la función del sistema inmune es la defensa frente a las infecciones, para eliminar un patógeno que haya establecido una infección (atravesando las barreras epiteliales o mecánicas), lo primero que debe de hacer el sistema inmune el reconocerlo y, posteriormente, desarrollar una respuesta adecuada para destruirlo. Para ello, el sistema inmune ha desarrollado dos tipos de mecanismos (la inmunidad innata y la inmunidad adaptativa), cuya principal diferencia reside en las estructuras de reconocimiento de los patógenos (los primeros menos específicos que los segundos), ya que los mecanismos efectores de destrucción son esencialmente similares.


 INMUNIDAD INNATA.
La inmunidad innata engloba a todos aquellos mecanismos que permiten reconocer de forma “inespecífica” al antígeno. De otra manera, la estrategia de la inmunidad innata no consiste en reconocer cada patógeno de forma particular, sino en reconocer un grupo de patrones moleculares altamente conservados que son comunes a un grupo o familia de patógenos.
Es capaz de combatir la infección desde el primer momento de su inicio y durante sus primeras fases (0-5 días) con gran eficacia. Si estos mecanismos no consiguen eliminar la infección, al menos la mantienen bajo control mientras que se desarrolla la inmunidad adaptativa (para lo que se requiere aproximadamente 1 semana).
La inmunidad innata se basa en la activación de:
– Moléculas preformadas como el complemento.
– Células con receptores innatos para múltiples patógenos, como los fagocitos (monocitos, macrófagos y neutrófilos) y los inflamocitos (mastocitos, basófilos y plaquetas).
– Otros mecanismos inducibles como respuesta a la infección, como las citoquinas y otros mediadores de la inflamación.
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 INMUNIDAD ADAPTATIVA.
Engloba a aquellos mecanismos gracias a los cuales el organismo puede reconocer patógenos con los que nunca había entrado en contacto. Los responsables principales de la inmunidad adaptativa son un tipo de leucocitos determinados, denominados linfocitos B y linfocitos T.
Estas células poseen unos receptores de reconocimiento del patógeno extremadamente específicos, los denominados BCR (B cell receptor) y TCR (T cell receptor).
Los linfocitos son capaces de reconocer a los patógenos tanto dentro (linfocitos T) como fuera (linfocitos B) de las células del organismo. La base del reconocimiento de los diferentes patógenos se basa en la gran variabilidad de linfocitos B y T diferentes que existen, cada uno de los cuales porta un receptor específico para una molécula diferente, lo que les permite reconocer prácticamente cualquier estructura molecular de forma específica.
Cabe decir que, sin embargo, la generación de tanta variabilidad de linfocitos tiene una desventaja: existen muy pocos linfocitos específicos para cada patógeno. Por ello, se hace necesario que los linfocitos se multipliquen antes de poder eliminar al patógeno. Este periodo de proliferación requiere aproximadamente de una semana para desarrollarse (durante la cual el control de la infección por los mecanismos innatos es esencial para la supervivencia del individuo).
Esta inmunidad adaptativa es la base de la memoria inmunológica.
El mecanismo para combatir a los patógenos es diferente según el tipo de linfocitos:
– Mecanismo de acción de los linfocitos B: para combatir a los patógenos extracelulares a sus productos, los linfocitos B secretan una forma soluble del receptor de membrana que reconoció al patógeno (BCR) denominado anticuerpo. Es necesario decir, que, en realidad, no todo el patógeno es reconocido por los anticuerpos, sino sólo ciertas estructuras que se denominan antígenos (y de ellas, ciertos grupos moleculares, los determinantes antigénicos o epítopos).
Es importante tener en cuenta que no son los anticuerpos los que eliminan a los patógenos sino que tan solo facilitan su destrucción por los mecanismos de la inmunidad innata (complemento y fagocitos).
– Mecanismo de acción de los linfocitos T: los linfocitos T no reconocen al antígeno en forma soluble, sino que reconocen pequeños fragmentos de ellos asociados a las denominadas moléculas de histocompatibilidad (MHC), también llamadas específicamente en humanos como HLA.
Según la naturaleza del antígeno reconocido se pueden activar diferentes subpoblaciones de linfocitos T:
 Linfocitos T helper (CD4): ayudan a los linfocitos B a producir anticuerpos y a los macrófagos a destruir patógenos.
 Linfocitos T citolíticos o citotóxicos (CD8): destruyen células infectadas por virus.
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TÉRMINOS DE INTERÉS. INMUNEGENICIDAD. ANTIGENICIDAD. EPÍTOPOS. HAPTENOS. ABYUVANTES.
Las moléculas emblemáticas del sistema inmunitario adaptativo son el anticuerpo y el receptor de la célula T (TCR).
– Los antígenos (o inmunógenos) sonsustancias capaces de inducir una respuesta inmunológica. Sin embargo, son sólo los epítopos o determinantes antigénicos los que son capaces de desencadenarla, ya que son las regiones con actividad inmunitaria de un inmunógeno (se unen a receptores de membrana específicos de antígeno, tanto en los anticuerpos como en los linfocitos).
– Los anticuerpos son proteínas de unión a epítopo que existen en dos formas, como constituyentes unidos a membrana de linfocitos B (BCR) o como moléculas solubles secretadas por células plasmáticas. Estos anticuerpos son los que confieren especificidad antigénica a las células B y son los que actúan como efectores de la inmunidad humoral (al buscar antígenos y marcarlos para su eliminación).
– La inmunogenicidad es la capacidad de inducir una respuesta inmunitaria humoral, celular o ambas. La antigenicidad es, en cambio, la capacidad de una molécula de combinarse específicamente con el producto final de esa respuesta (anticuerpos y receptores celulares).
– Si bien todas las moléculas que tienen inmunogenicidad también poseen antigenicidad, no siempre sucede lo contrario. Así, hay moléculas pequeñas, llamadas
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haptenos, que son antigénicas pero que son incapaces de inducir por sí mismas una reacción inmunitaria específica. Por ello, los haptenos suelen ser moléculas de bajo peso molecular que cuando se unen a moléculas de mayor peso (como proteínas), forman conjugados que ya si son capaces de desencadenar dicha respuesta.
– Por último, los adyuvantes son los “aditivos” que se usan para aumentar la respuesta a un inmunógeno dado. Consiste, sobre todo, en un aumento de la vida media biológica de los antígenos de las vacunas, en un aumento de la producción local de citoquinas inflamatorias, a la mejora del procesamiento y a la presentación del antígeno, etc.
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Para poder eliminar totalmente algunos patógenos es necesaria la participación integrada de todos los componentes del sistema inmune. La multitud de células, órganos y tejidos del sistema inmunitario se encuentran distribuidos por todo el cuerpo.
El sistema inmune de los vertebrados superiores está compuesto por una enorme variedad de células, morfológica y funcionalmente diferentes, las cuales se desarrollan a partir de células madre hematopoyéticas en la médula ósea. Todos los tipos celulares ejercen funciones diferentes, interaccionando constantemente entre sí. Estas interacciones pueden estar mediadas por contacto físico o bien pueden producirse a través de factores solubles que ejercen su función en células con receptores específicos.
Algunos leucocitos se organizan a su vez en tejido y órganos, estructuras que conforman el genérico sistema linfoide. Los tejidos y órganos linfoides se pueden dividir en primarios (centrales) y en secundarios (periféricos). En los primarios tiene lugar la leucopoyesis mientras que los secundarios son los lugares principales de interacción entre las distintas células del sistema inmunológico, y tienen como misión proveer un ambiente favorable para que estas interacciones desencadenen una respuesta inmunológica eficaz.
CÉLULAS DEL SISTEMA INMUNE
Como decimos, las células surgen a partir de la diferenciación de las células pluripotenciales, las células madre multipotentes, que se van a diferenciar en dos vías diferentes:
– Pueden dar lugar por una parte a células progenitoras mieloides, a partir de las cuales se van a desarrollar los eritrocitos y los leucocitos (eosinofilos, neutrófilos, basófilos, monocitos, mastocitos o células dendríticas).
– Pueden dar lugar por otra parte a células progenitoras linfoides, a partir de las cuales se desarrollan los linfocitos de diferentes tipos (B, T y NK – natural killer).
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La gestión celular de los antígenos difiere en los procesos de inmunidad innata y en la inmunidad adquirida. Es por ello, que podemos distinguir células propias de cada tipo de inmunidad.
CÉLULAS DE LA INMUNIDAD INNATA
Son capaces de unirse a los patógenos mediante los receptores innatos TLR (Toll like receptors) que reconocen patrones moleculares asociadios a patógenos, PAMPs, es decir, son unos receptores que se encargan de reconocer componentes asociados a la membrana de los patógenos (como ciertos azúcares o lipopotreínas). Es aquí donde radica el equivocado concepto de “inespecificidad”: la respuesta inmune no es específica en cuanto a que no se reconocen antígenos determinados, pero sin embargo, los receptores son específicos para una molécula concreta (aunque dicha molécula esté muy extendida entre los patógenos). También son capaces de unirse a ellos si estos están previamente opsonizados por el complemento.
Como células propias de la inmunidad innata podemos cifrar diferentes clases, en las que se agrupan diferentes tipos celulares:
 FAGOCITOS.
 Monocitos/Macrófagos (fagocitos mononucleares).
 Neutrófilos (fagocitos polimorfonucleares).
 OTROS GRANULOCITOS POLIMORFONUCLEARES.
 Eosinófilos.
 Basófilos.
 INFLAMOCITOS.
 Mastocitos.
 Basófilos.
 Plaquetas.
 CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO (APC).
 Células dendríticas.
 Linfocitos B.
 Fagocitos mononucleares.
 CÉLULAS NATURAL KILLER.
 FAGOCITOS
Los fagocitos son células encargadas de ingestar un patógeno y digerirlo. Todos los fagocitos pertenecen al linaje mieloide. Estos tienen receptores innatos TLRs para detectar a los patógenos. Estos recetores reconocen secuencias frecuentes en la superficie de los patógenos (como la manosa o los lipopolisacáridos que no suelen estar presentes en los tejidos propios) o bien poseen receptores para proteínas del complemento, las cuales se depositan de forma innata sobre agentes infecciosos.
Entre las células del sistema inmune con actividad fagocítica nos encontramos los macrófagos y los neutrófilos.
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– Los MACRÓFAGOS (o fagocitos mononucleares) con células que proceden de los monocitos, los cuales sufren un proceso de diferenciación hacia macrófagos. Estos pueden tener forma y función diferentes según el tejido en el que se encuentren. Los macrófagos son activados por gran variedad de estímulos en el curso de una reacción inmunitaria:
 Activación por el contacto de moléculas presentes en los patógenos microbianos.
 Activación por medio de citoquinas secretadas por linfocitos T helper o por mediadores de la respuesta inflamatoria.
Cuando se activan, presentan una mayor actividad fagocítica, una mayor potencialidad para destruir los patógenos ingeridos y una mayor capacidad para secretar mediadores inflamatorios o para activar a linfocitos T (y es que, después de haber fagocitado y digerido el patógeno, se hace necesario que “avisen” a otras moléculas para que colaboren en el proceso).
No sólo digieren patógenos microbianos sino también células infectadas por virus, células tumorales y células hospedadoras lesionadas o muertas.
– Los NEUTRÓFILOS (o fagocitos polimorfonucleares), a diferencia de los macrófagos, tienen un núcleo multilobular y gránulos muy abundantes en el citosol. Viven en la sangre, de donde sólo salen si un macrófago o el complemento les avisa. Por tanto, responden a factores quimiotácticos y son capaces de adherirse a las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos. Posteriormente, se deslizan entre ellas y salen de los vasos hacia el tejido infectado (extravasión).
Según reaccionen sus gránulos frente a colorantes histológicos se distinguen distintos tipos: neutrófilos, eosinófilos y basófilos, de los cuales, sólo los neutrófilos son “fagocitos profesionales”.
De hecho, los neutrófilos constituyen el 90% de los granulocitos. Responden a una gran variedad de agentes quimiotácticos y son capaces de fagocitar y destruir directamente diversos patógenos (bacterias, virus y hongos). También pueden liberar el contenido de sus gránulos al exterior celular y así causar la inflamación. Esto es lo que hacen, por ejemplo, cuando el patógeno es tan grande que no cabe dentro del fagocito (de manera que éste opta por verter al exterior el contenido de sus vesículas).
Por tanto, cabe establecer cuáles son las principales diferencias entre los macrófagos y los neutrófilos, ambos fagocitos profesionales.
Macrófagos
Neutrófilos
Localización
Tejidos
Sangre (pueden extravasarse)
Efectividad
Más eficaces (fagocitan y realizan la presentación antigénica)
Menos eficaces (sólo fagocitan y liberan el contenido de sus gránulos)
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 OTROS GRANULOCITOS POLIMORFONUCLEARES
– Los EOSINÓFILOS son células eminentemente tisulares, al igual que los macrófagos, por lo que su concentración en la sangre suele ser baja y sólo aumenta bajo determinadas circunstancias, como en los procesos alérgicos. Responde a agentes quimiotácticos y tienen cierta capacidad fagocítica, aunque lo que normalmente hacen es liberar el contenido de sus gránulos en respuesta a parásitos que no pueden fagocitarse.
– Los BASÓFILOS son granulocitos no fagocíticos cuya función es liberar sustancias con un papel importante en las reacciones inflamatorias.
 INFLAMOCITOS
Los inflamocitos son conocidos por su papel en reacciones alérgicas, pero en realidad son imprescindibles para la consecución de la respuesta inmune. Al igual que sucede con los fagocitos, poseen receptores innatos para detectar a los patógenos.
– Los MASTOCITOS son inflamocitos tisulares profesionales que “organizan” inflamaciones de emergencia en los tejidos (mientras que los basófilos realizan algo parecido en la sangre) y que también se denominan células cebadas.
Se localizan próximos a los vasos sanguíneos, lo que les permite regular localmente la permeabilidad vascular. Cuando el patógeno los activa (uniéndose a la IgE de membrana), comienza a liberar grandes cantidades de mediadores inflamatorios preformados (como la histamina).
– Las PLAQUETAS son elementos formes que participan en la inflamación y en la posterior reparación del tejido dañado.
 CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO
Todas las células nucleadas del organismo expresan moléculas MHC de clase I en su membrana y son, por tanto, susceptibles de presentar péptidos a los linfocitos Tc (CD8) cuando son infectadas por virus o por otros patógenos intracelulares.
Sin embargo, sólo unos pocos tipos celulares son capaces de expresar moléculas MHC de clase II en su superficie. Estas células serán las únicas capaces de presentar péptidos a los linfocitos Th (CD4), por lo que se las conoce como células presentadoras de antígeno “profesionales” (APC).
– Las CÉLULAS DENDRÍTICAS poseen largas extensiones de membrana y aunque entre ellas existan varios tipos, todas se dedican a captar patógenos y antígenos y llevarlos a los ganglios para presentarlos a los linfocitos T.
Son células móviles con capacidad de migración, sobre todo por los vasos linfáticos, por lo que pueden llegar a los ganglios y realizar la presentación antigénica a los linfocitos T.
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 NATURAL KILLERS
Los linfocitos NK son células citolíticas o citotóxicas naturales innatas que no maduran en el timo (a diferencia de los linfocitos Tc – linfocitos T citotóxicos).
Son parte del sistema inmunitario innato y no poseen receptores TCR o inmunoglobulinas incorporadas a sus membranas plasmáticas. Estas células poseen receptores innatos capaces de detectar la ausencia de moléculas de histocompatibilidad (MHC), lo que suele ser muy común en células infectadas por virus. También reconocen antígenos de superficie poco comunes que poseen algunas células tumorales.
Estas NK expresan un receptor de membrana, el CD16, que es capaz de unirse a unos anticuerpos específicos para destruir las células “blanco”. Es lo que se conoce como citotoxicidad celular dependiente de anticuerpo (ADCC).
CÉLULAS DE LA INMUNIDAD ADQUIRIDA
A este grupo pertenecen los linfocitos, los cuales son células del linaje linfoide y se diferencian en los tejidos linfoides primarios. Son los responsables de desencadenar la respuesta inmune de tipo específico. Existen fundamentalmente dos tipos de linfocitos, los T y los B, y ambos poseen en su membrana receptores capaces de reconocer al antígeno de una forma específica:
– Los LINFOCITOS B poseen el receptor BCR (B cell receptor), del cual forman parte las inmunoglobulinas específicas que estos producen. Los linfocitos B son capaces de activarse con el antígeno nativo (es decir, en su forma más o menos original) o bien gracias a la representación del antígeno por parte de células dendríticas en los ganglios.
SON LOS RESPONSABLES DE LA INMUNIDAD HUMORAL.
– Los LINFOCITOS T poseen el receptor TCR (T cell receptor) y para reconocer al antígeno necesitan que éste sufra una serie de modificaciones:
 Las proteínas antigénicas deben ser degradadas (los TCR sólo reconocen péptidos cortos).
 Los péptidos deben estar unidos a unas moléculas del sistema principal de histocompatibilidad (MHC o HLA). Por eso se dice que las moléculas HLA “presentan” los péptidos a los linfocitos T. cabe decir que esta molécula HLA se encuentra en células tales como los macrófagos o los dendrocitos.
SON LOS RESPONSABLES DE LA INMUNIDAD CELULAR.
Cabe decir, además, que podemos encontrar distintos tipos de linfocitos T:
o Los linfocitos T citolíticos (Tc): son aquellos que portan la molécula CD8 en su membrana, por lo que son también denominados “linfocitos CD8”. Éstos detectan los péptidos presentados por las moléculas MHC de tipo I y lisan a las células que presentan los péptidos extraños al organismo.
o Los linfocitos T helper (Th): son aquellos que expresan la molécula CD4 en su membrana, por lo que son denominados “linfocitos CD4”. Éstos
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reconocen a los péptidos que están unidos a moléculas MHC de clase II y ayudan a los linfocitos CD8, a los linfocitos B y a los fagocitos a que realicen correctamente sus funciones.
ÓRGANOS Y TEJIDOS DEL SISTEMA INMUNE
Las células que forman parte del sistema inmune se organizan en órganos y tejido. Estas estructuras reciben genéricamente el nombre de sistema linfoide y tienen diversas funciones en la génesis de las respuestas inmunitarias. Desde el punto de vista funcional pueden clasificarse en 2 grupos principales.
ÓRGANOS LINFOIDES PRIMARIOS
Son aquellos que proporcionan microambientes apropiados para el desarrollo (leucopoyesis) y maduración de los leucocitos. Es decir, donde estos adquieren la capacidad de reconocer antígenos.
Son la médula ósea y el timo.
La inmunocompetencia la adquieren lo linfocitos maduros cuando se forman los genes funcionales para el receptor del antígeno por medio de un proceso conocido como reordenamiento de los segmentos genéticos, que son: fragmento V, fragmento D, fragmento J, fragmento C.
Se combinan así genes productivos que codifican para las cadenas pesadas y ligeras de las inmunoglobulinas que constituyen el BCR, o las proteínas α/β ó ϒ/δ que constituyen los TCR.
Cabe decir que mientras que los linfocitos B se originan y desarrollan en la médula ósea, los linfocitos T también se generan en ellas, pero se desarrollan en el timo.
 La MÉDULA ÓSEA.
Es el sitio de origen y desarrollo de las células B. Las células estromales interactúan con las células B secretando unas citoquinas necesarias para el desarrollo. Es importante señalar que los linfocitos B de la médula ósea son la fuente de alrededor del 90% de las IgG e IgA del
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plasma. En la médula ósea tiene lugar la selección positiva y la selección negativa de los linfocitos B.
 El TIMO.
Es el sitio de maduración de los linfocitos T. es un órganos encapsulado, situado por encima del corazón, que está dividido en dos lóbulos, cada uno de los cuales se encuentra dividido en lobulillos. Cada uno posee dos compartimentos:
– La corteza: ocupara por las células T inmaduras –llamadas timocitos.
– La médula.
En él existe una gran cantidad de células estromales que interactúan con los timocitos en desarrollo, seleccionando así un repertorio de células T que protegerán al cuerpo de infecciones. En el timo tiene lugar el reordenamiento génico que da lugar a la producción de numerosos receptores TCR distintos, que son capaces de reconocer a complejos de antígeno y MHC. También en el timo tiene lugar esa selección positiva y negativa que ocurre en la médula.
ÓRGANOS LINFOIDES SECUNDARIOS
En ellos coexisten diversos leucocitos y en ellos se dan las condiciones microambientales para que los linfocitos B y T puedan interaccionar con otra células, para reconocer el antígeno de forma adecuada.
Son el bazo, los ganglios linfáticos y las agrupaciones de tejido linfoide asociadas a mucosas (MALT).
Cada órgano se especializa en la respuesta regional a patógeno, dependiendo de su vía de acceso al organismo.
El reconocimiento de patógenos se produce por medio de los receptores de membrana, que han de transmitir esa información al interior celular, señalización en la que participan motivos intracitoplasmáticos de los propios receptores y enzimas citosólicas (ITAMs/ITIMs).
 Los GANGLIOS LINFÁTICOS.
Los ganglios linfáticos son los sitios en los que se activan las reacciones inmunitarias como consecuencia de los antígenos presentes en la linfa.
Son estructuras encapsuladas con una configuración en la que se localizan linfocitos, macrófagos y células dendríticas. Representan la primera
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estructura que encuentran los antígenos que logran penetrar los espacios tisulares. De esta manera, a medida que se filtra la linfa, cualquier antígeno queda atrapado por una red celular de fagocitos y dendrocitos.
Un ganglio linfático puede dividirse en tres regiones más o menos concéntricas, cada una de las cuales da soporte a un microambiente distinto:
– La corteza: es la estructura más externa. Es una zona de acumulación de linfocitos B procedentes de la médula ósea. Encontramos dos tipos de estructuras en su interior:
 Folículos linfoides primarios: son acumulaciones de linfocitos B que no han sufrido todavía contacto con ningún antígeno.
 Folículos linfoides secundarios: son acumulaciones que se forman una vez que se ha producido el contacto con el antígeno. Se distingue a su vez:
o La corona o manto: lugar donde se disponen los linfocitos B de memoria y las células plasmáticas (como resultado de la activación de los linfocitos).
o El centro germinal: en cuyo interior se produce la activación del linfocito B.
– La paracorteza: está poblada por linfocitos T y por células dendríticas. Estas últimas expresan moléculas HLA de tipo II, que son necesarias para presentar el antígeno.
– La médula: la mayoría de las células que la ocupan son células plasmáticas que secretan de forma activa moléculas de anticuerpo.
 El BAZO.
El bazo, situado en la parte alta de la cavidad abdominal, es un órgano ovoide que tiene un papel principal en el desarrollo de reacciones inmunitarias a antígenos en el torrente sanguíneo. Mientras que los ganglios linfáticos están especializados para atrapar antígenos de tejidos locales, el bazo filtra la sangre y atrapa antígenos de origen sanguíneo (lo que le permite reaccionar ante infecciones sistémicas).
El mecanismo de funcionamiento es similar al de los ganglios linfáticos, los antígenos penetran en el bazo, son reconocidos y procesados por las células dendríticas y son presentados mediante moléculas de HLA de tipo II a las células T CD4. Una vez activas, los folículos primarios se transforman en secundarios…
 Los TEJIDOS LINFOIDES ASOCIADOS A MUCOSAS (MALT).
Las mucosas que recubren los aparatos digestivo, respiratorio y urogenital son los principales sitios de entrada de la mayor parte de los patógenos. Entre estos tejido se encuentran el apéndice, las placas de Peyer (recubrimiento intestinal) y las amígdalas. Estas estructuras constan de tejidos linfoides organizados que poseen una población considerable de células plasmáticas que producen anticuerpos, asimismo como poseen importantes cantidades de linfocito intraepiteliales.
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El reconocimiento del antígeno es la base sobre la que se asienta la respuesta inmune específica. Las inmunoglobulinas (Igs) son las moléculas específicas para antígeno producidas por linfocitos B. constituyen un grupo amplio de proteínas que pueden encontrarse en forma soluble (anticuerpos) o ancladas a la membrana de los linfocitos B (BCR – receptor para antígeno).
LOS ANTICUERPOS
Cuando se empezó a secuenciar la estructura de los anticuerpos surgió un problema: cuando se realizaba la electroforesis de la fracción gammaglobulina sérica constaba de un espectro heterogéneo de anticuerpos, es decir, había muchos tipos distintos de anticuerpos y cada uno presente en pequeñas cantidades. Incluso si se realizaba una inmunización con un conjugado hapteno-portador, la población de anticuerpos creados era heterogénea, puesta que se sintetizan múltiples anticuerpos que reconocen a diferentes epítopos del hapteno.
Esto no era útil ya que para analizar una estructura y secuencia de una proteína se requiere una muestra pura de la molécula en estudio. Este obstáculo fue superado mediante el uso e inmunoglobulinas de pacientes con mieloma múltiple, un cáncer de células plasmáticas que secretan una especie molecular de anticuerpo única. Así, una persona con mieloma múltiple tendrá células tumorales que (sin ninguna activación por antígeno) secreten un anticuerpo homogéneo desde el punto de vista molecular. Por tanto se superaba así el obstáculo y se lograba extraer una muestra homogénea que permitiera analizar la estructura.
(Cada linfocito B produce un tipo de anticuerpos, y como en un mieloma múltiple hay un crecimiento anormal de un tipo de dichos linfocitos, cada tipo de mieloma da lugar a un pico de las gammaglobulinas)
ESTRUCTURA BÁSICA
Se pudo descubrir que todas las moléculas de anticuerpo comparten el mismo patrón estructural y que poseen características físico-químicas muy similares.
Cada molécula de anticuerpo es un tetrámero con forma de Y, es decir, está formada por cuatro cadenas polipeptídicas, iguales dos a dos:
– Dos cadenas pesadas (cadenas H – heavy): son de mayor tamaño, iguales entre sí y están unidas por puentes disulfuro.
– Dos cadenas ligeras (cadenas L – light): son de menos tamaño, iguales entre sí y están unidas a las cadenas pesadas por puentes disulfuro.
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Las cadenas pesadas y las cadenas ligeras se agrupan de tal manera que existe una proximidad espacial entre los cuatro extremos amino por una parte y los cuatro extremos carboxilo por la otra parte.
Por otra parte, es posible tratar los anticuerpos con enzimas específicas que provocan su fraccionamiento. De esta manera, mediante la acción de proteasas específicas como la papaína, las cadenas pesadas se rompen específicamente, lo que nos permite distinguir la existencia de dos fragmentos proteicos diferentes, que son estructuralmente y funcionalmente distintos:
– La región Fab (antigen binding fragment): es aquella que posee la capacidad de interaccionar específicamente con el antígeno. Corresponde con la porción amino-terminal.
– La región Fc (crystallizable fragment): es una fracción constante que posee funciones efectoras asociadas al isotipo de anticuerpo, ya que en ella reside la actividad biológica. Corresponde con la porción carboxilo-terminal.
Es necesario especificar que en un anticuerpo podemos distinguir además otras dos regiones: una región variable y una constante, debido a que en una zona predominan los dominios variables (V) mientras que en la otra predominan los dominios constantes (C):
– Región variable: se corresponde con la región amino-terminal. Está formada por un dominio variable de las cadenas ligeras (VL) y por un dominio variable en las cadenas pesadas (VH).
En realidad, esta variabilidad no es uniforme, existen zonas hipervariables (CDRs) seguidos por otras zonas algo más conservadas. Cuando la cadena se pliega en el espacio las regiones CDR se aproximan proyectándose hacia el exterior de la molécula generando la superficie de interacción con el antígeno. Cabe decir que la unión con el antígeno induce cambios conformacionales en el anticuerpo o en el antígeno o en ambos.
– Región constante: se corresponde con el extremo carboxilo-terminal. Es una parte formada por fragmentos o dominios altamente conservados. Existe un dominio contante en las cadenas ligeras (CL) y tres dominios en las cadenas pesadas (CH).
– Región bisagra o flexible: en algunos tipos de anticuerpos, como la IgA, la IgD y la IgG, existe una región globular entre el primer y segundo dominio constante de las cadenas pesadas. Esta porción permite al anticuerpo usar más de un sitio de unión al antígeno, lo que incrementa la fuerza de unión antígeno-anticuerpo.
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TIPOS Y SUBTIPOS
Existen pequeñas variaciones en la secuencia de aminoácidos de las regiones constantes de las cadenas ligeras y pesadas que implican variaciones de tamaño, carga y/o solubilidad de dichas cadenas. Así:
– Se conocen cinco isotipos principales de cadenas pesadas: α, ϒ, δ, ε, μ.
– Se conocen dos isotipos de cadenas ligeras: κ (kappa), λ (lambda).
Así, cada uno de los cinco isotipos (tipos) de cadenas pesadas que forman el anticuerpo, puede tener dos versiones dependiendo de cuál cadena ligera posea.
Mientras que las cadenas pesadas son funcionalmente diferentes entre sí, las cadenas ligeras son funcionalmente idénticas entre sí (de tal manera que todos los anticuerpos pueden contener cualquiera de los dos tipos de cadenas ligeras). Así pues, será la existencia de una cadena pesada particular la que dé lugar a los diferentes tipos de anticuerpos que existen:
o IgA: presenta la cadena α.
o IgG: presenta la cadena Ƴ.
o IgM: presenta la cadena μ.
o IgD: presenta la cadena δ.
o IgE: presenta la cadena ε.
Cabe decir que mientras que las inmunoglobulinas G, D y A tienen tres dominios constantes en su cadena pesada, las M y E presentan cuatro dominios constantes en la cadena pesada.
Igualmente es necesario señalar que los diferentes isotipos de inmunoglobulinas se pueden encontrar anclados a la membrana de los linfocitos B o pueden ser secretadas al suero y a los fluidos tisulares. Cuando están ancladas a las membrana siempre se encuentra en forma monomérica, sin embargo, las formas solubles de la IgM y de la IgA pueden polimerizarse.
Así, la IgM se encuentra en el plasma en forma de pentámeros mientras que en las secreciones mucosas la IgA se encuentra en forma de dímeros. Esta formación de polímeros se produce gracias a la asociación de una proteína denominada cadena J, que mantiene unida la estructura polimérica mediante puentes disulfuro.
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UNIÓN AL ANTÍGENO Y FUNCIONES DE LAS INMUNOGLOBULINAS
Como ya sabemos, la función principal de los anticuerpos es unirse de forma específica a un determinado antígeno y facilitar su eliminación. También sabemos que en realidad el anticuerpo sólo se una a ciertas regiones del antígeno, denominadas epítopos o determinantes antigénicos. En cualquier caso, los Ac reconocen a los Ag en su forma nativa, lo cual es destacable, puesto que otras células del sistema inmune no son capaces de hacerlo. Cabe añadir que existen múltiples determinantes antigénicos por antígeno y que cada uno de ellos puede ser reconocido por un anticuerpo distinto.
La zona de interacción del Ac con el Ag se encuentra, como ya hemos dicho, en la región variable y en concreto en las regiones hipervariables de las cadenas pesadas y ligeras (los CDRs) que quedan expuestas en la superficie molecular. La unión se lleva a cabo por múltiples contactos no covalentes (puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, fuerzas Van der Waals…).
Además, aunque la especificidad del anticuerpo por el antígeno reside a nivel de su región variable, es la región constante de cada isotipo la que indica al sistema inmune “qué hacer” con el Ag. De este modo, Ac con la misma especificidad pero con distinto isotipo pueden encontrarse implicado en la activación de funciones efectoras diferentes (es decir, Ac que sean específicos para el mismo Ag pero que pertenezcan a familias distintas realizarán distintas funciones).
Así, además de fijar el Ag, los Ac participan en otras actividades biológicas, puesto que la los Ac no destruyen o eliminan a los patógenos con sólo unirse a ellos. Deben activar funciones efectoras que tengan como resultado la eliminación del Ag y la muerte del patógeno. Son las cadenas pesadas las que llevan a cabo las interacciones que dan como resultado las funciones efectoras de la respuesta humoral, de tal manera, dichas funciones efectoras pueden ser:
 Los Ac promueven la opsonización.
La opsonización es la “preparación para la fagocitosis”. Para que se produzca la fagocitosis es necesario que la célula fagocítica entre en contacto con el patógeno; así, los fagocitos expresan en su membrana receptores Fc (es decir, receptores que pueden unirse a las región constante de los Ac). Una vez que el inmunocomplejo es reconocido por el fagocito, se produce la fagocitosis.
 Los Ac activan el complemento.
Ciertas Igs son capaces de activar, a través de una serie de vías, a un conjunto de proteínas séricas que forman el sistema del complemento. Este sistema lleva a cabo varias funciones:
 Potencia la respuesta inflamatoria (anafilotoxinas).
 Neutraliza los virus (se impide la fijación de los virus a la célula hospedadora).
 Facilita la fagocitosis (interviene en la opsonización de patógenos).
 Provoca la lisis de las células invasoras (rompe su membrana plasmática – citotoxicidad mediada por el complemento).
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 Citotoxicidad dependiente de anticuerpo (ADCC).
Es un mecanismo indirecto por el cual células como las NK, los eosinófilo, etc. interactúan con el Ag por medio de “puentes” de Ac previamente unidos a receptores Fc de dichas células.
 En primer lugar se forma el inmunocomplejo (es decir, la célula enferma/parásito recubierto de Ac).
 La célula citotóxica se une con los Ac por medio de los receptores Fc, por lo que es capaz de interaccionar con la célula/parásito.
 La célula citotóxica libera por exocitosis los productos tóxicos que tienden a matar a la célula enferma/parásito.
 Neutralización del Ag.
Los Ac recubren físicamente al patógeno, de tal manera que la unión Ag-Ac bloquea la actividad de dicho agente patógeno (ocurre sobre todo con virus).
 Inmunidad de las mucosas.
 Inmunidad prenatal/neonatal.
Es conferida por ciertos Ac que son capaces de atravesar la placenta, de tal manera que llevan a cabo un proceso de inmunización pasiva, es decir, el feto adquiere inmunidad por recepción de Ac preformados en vex de producirlo activamente tras la exposición a un Ag.
Las funciones particulares de cada isotipo de Ig son:
IgM
Es un intravascular y posee poca movilidad por lo que no es capaz de atravesar barreras biológicas
Es responsable de la respuesta inmune primaria (es el primer tipo de Ac que aparece ante un determinante antigénico)
Lleva a cabo la activación del complemento por la vía clásica
Produce la neutralización de patógenos
IgG
Se localiza en la sangre y en los fluidos extracelulares
Es responsable de la respuesta inmune secundaria (es el Ac que se sintetiza tras la 2ª exposición al Ag): se produce en mayor cantidad y su respuesta es más rápida y potente
Lleva a cabo la activación del complemento por la vía clásica
Produce la neutralización de patógenos
Posee un papel importante en la opsonización
Es responsable de la inmunización pasiva (se transfiere de la madre al feto a través de la placenta)
Está implicada en alguno procesos de autoinhibición de la respuesta inmune
IgA
Aparece en las secreciones (saliva, lágrimas, etc)
Es responsable de las inmunidad de las mucosas (las protege del ataque de patógeno externos)
A nivel sérico posee una actividad antiiflamatoria
IgD
Es bastante desconocida
Se cree que realiza el reconocimiento del Ag desde la membrana del linfocito B (transducción de la señal al interior celular)
IgE
Se localiza en la sangre
Es muy importante en la defensa frente a parásitos intestinales
Es muy conocida por mediar las reacciones de hipersensibilidad inmediata
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ISOTIPO – ALOTIPO – IDIOTIPO
Es conveniente tener presente el significado de estos conceptos:
– ISOTIPO: hace referencia al tipo de inmunoglobulina, asemejándose al concepto de “clase”. Es consecuencia de las variaciones en las regiones constantes de las cadenas pesadas y ligeras, que nos permiten distinguir cinco isotipo de cadenas pesadas y dos isotipos de cadenas ligeras. Todos los miembros de una misma especie llevan los mismos genes de región constante (por lo que sintetiza cinco isotipos o clases de Ig).
– ALOTIPO: hace referencia a las variaciones en las regiones constantes de las cadenas pesadas y ligeras que sólo están presentes en ciertos individuos: son resultado de las variantes alélicas existentes dentro de una misma clase de Ig. Aunque todos los miembros de una misma especie heredan el mismo conjunto de genes de isotipo, existen múltiples alelos para algunos de los genes. En función de los alelos que se hereden, se pueden distinguir unos isotipos de otros. Así, generalmente lo alotipos son sólo pequeñas variaciones en la secuencia de aminoácidos en la región constante (de cadenas pesadas y ligeras) de los Ac.
– IDIOTIPO: hace referencia a las variaciones en las regiones variables de los Ac. Por tanto, son el conjunto de determinante antigénicos situados en las regiones variables de las cadenas pesadas y ligeras que son específicos de un Ac de un individuo en concreto. Los distintos clones de linfocitos B producen idiotipos distintos entre sí (puesto que estos también son resultado de la genética de las Igs).
RECEPTORES FC
Son aquellos receptores que poseen los macrófagos, los fagocitos, los neutrófilos, etc. por medio de los cuales se produce la interacción de las Igs con las células efectoras del sistema inmune.
Esto se debe a que los Ac no destruyen al Ag sino que median su destrucción por medio de la interacción con otras células o por medio de la activación del complemento (que finalmente activará a las células efectoras).
Estos receptores son específicos para la región Fc del Ac, y por tanto, específicos para un inmunocomplejo: cuando un Ac se une a Ag, se producen una serie de cambios en su extremo Fc que hacen que adquiera la propiedad de unirse a los receptores Fc.
Al producirse la interacción entre el fagocito y el inmunocomplejo, los macrófagos se activan (ya que se dispara una señal intracelular en la célula efectora) iniciándose el proceso de fagocitosis y la subsiguiente destrucción de los complejos Ag-Ac.
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GENÉTICA DE LAS INMUNOGLOBULINAS
Unas de las características más notables del sistema inmunitario es su capacidad de reaccionar a un conjunto al parecer ilimitado de Ag extraños. Casi sin excepción, cada molécula de Ac contiene una secuencia única de aminoácidos en su región variable y secuencias que no varían en su región constante.
La explicación de que se sintetices millones de Ac distintos a partir de un material genético ilimitado reside en que existe un número grande de genes con la información para al síntesis de las diferentes partes de las moléculas de la Ig, genes que se reordenan de forma aleatoria en el momento de su síntesis para producir dichas variantes.
Hoy sabemos que la organización de los genes que codifican las Igs es característica y asegura la generación de la diversidad de Ac necesaria para responder a casi cualquier Ag:
– La síntesis de las cadenas ligeras y pesadas está regulada por genes que se encuentran en cromosomas distintos.
– Los genes que codifican para cada una de las cadenas de las Igs están compuestos por muchos segmentos génicos internos diferentes, de manera que en los procesos de maduración del linfocito B, se recombinan y reordenan los segmentos génicos de manera aleatoria, de tal forma que dan lugar a distintas Igs que existen.
– Estos segmentos codifican por separado las distintas regiones de las Igs: la parte variable (segmentos V y D), la parte constante (segmento C) y la parte bisagra
(segmento J).
 SEGMENTOS GÉNICOS DE LAS CADENAS PESADAS. Los segmentos génicos que codifican las cadenas pesadas se encuentran en el cromosoma 14. Existen:
 Tres segmentos génicos para la región variable (VH):
 Segmento V (variable).
 Segmento D (diversidad).
 Segmento J (unión).
 Nueve segmentos génicos para la región constante (VH):
 Segmentos C (constante).
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 SEGMENTOS GENICOS DE LAS CADENAS LIGERAS. Según se trate de la cadena kappa o lambda los genes se encontrarán en el cromosoma 2 (kappa) o en el 22 (lambda). Existen:
 Dos segmentos génicos para la región variable (VL):
 Segmento V (variable).
 Segmento J (unión).
 Dos segmentos génicos para la región constante (VH):
 Segmentos C (constantes).
Los segmentos génicos que codifican las regiones variables de las Igs se encuentran muy separados en el genoma. Por eso, durante el proceso de maduración de los linfocitos B se produce un reagrupamiento o aproximación de los segmentos génicos para que se iniciar la síntesis de las cadenas ligeras y pesadas. Posteriormente, tiene lugar por un proceso de recombinación entre los diferentes segmentos génicos denominado recombinación somática (intracromosómica).
– Primero los segmentos V, D y J cambian de sitio en el cromosoma, de tal manera que se colocan juntos.
– Posteriormente este conjunto V/D/J se reagrupa con el segmento C correspondiente, quedando constituido un gen con toda la información de la cadena.
– Cuando el linfocito B es maduro, posee reagrupados los genes correspondientes a sus cadenas ligeras y pesadas y sólo podrá producir un determinado tipo de Ac.
El proceso concreto de reordenación de los genes se produce de la siguiente manera:
1. Reordenamiento de las cadenas pesadas.
En las cadenas pesadas se producen varias etapas de recombinación en los que intervienen los segmentos V, D, J y C.
– Primero se produce la recombinación entre un segmento D y un segmento J.
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– El conjunto D/J se recombina con un segmento V.
– El complejo V/D/J se recombina con un segmento C.
2. Reordenamiento de las cadenas ligeras.
En las cadenas ligeras no hay genes D para la parte variable.
– Primero tiene lugar un acoplamiento entre un segmento V y un segmento J.
– Posteriormente dicho conjunto V/J se recombina con un segmento C.
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En el proceso, el linfocito B escogerá los fragmentos génicos correspondientes a las cadenas pesadas y también los segmentos génicos correspondientes a las cadenas ligeras, generándose así un BCR/Ac característico.
En general, el reordenamiento de las cadenas pesadas precede al de las cadenas ligeras.
OTROS MECANISMOS DE GENERACIÓN DE DIVERSIDAD
Existen varios procesos por los cuales se producen, junto con la recombinación somática, la gran variabilidad y diversidad de Igs, estos son:
 Imprecisión en la unión.
Muchas veces las unión de las secuencias de codificación es imprecisa, es decir, aunque se eligieran los mismos segmentos génicos, las uniones entre los exones no son siempre iguales, los que va a dar lugar a Igs diferentes.
 Exclusión alélica.
Cada célula productora de Ac sólo expresa un tipo de cadena pesada y otro de cadena ligera. Así, cada célula B presenta un tipo de BCR y de Ac. Esta “uniformidad” se debe a que, si bien existen dos juegos de genes para cada cadena pesada y ligera de la Ig (es decir, los dos juegos genes que codifican paras las cadenas ligeras y pesadas que se encuentran en los dos cromosomas homólogos) sólo una de las copias es expresada.
Este fenómeno, que es conocido como exclusión alélica, se debe a que sólo los genes de uno de los cromosomas se reordenan de forma productiva, y por tanto sólo uno se expresa. Esto implica que una vez que se ha producido una unión productiva V/D/J, los procesos de recombinación son bruscamente detenidos en el otro cromosoma, de manera que son se puede dar lugar a una segunda Ig.
Por tanto, la exclusión alélica es responsable de la monoespecificidad a la hora del reconocimiento del Ag por el linfocito B.
 Hipermutación somática.
Los linfocitos B maduros son capaces de incrementar su diversidad mediante la mutación de las regiones variables de un Ig en un mecanismo que se conoce como hipermutación somática.
Mientras todos los mecanismos descritos hasta el momento generaban diversidad en el momento del reordenamiento génico, este mecanismo actúa en los órganos linfoides secundarios (una vez que el linfocito B se ha activado en respuesta a un Ag). Tiene lugar en la región variable de las cadenas pesadas y ligeras y se produce al azar en el momento en que la célula B responde al Ag (obviamente sólo se produce hipermutación somática en el cromosoma que ha reordenado sus genes para las Igs de forma productiva). Los cambios pueden ser:
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– Mutaciones productivas: introducen modificaciones en la secuencia proteica de las regiones codificantes para los CDRs. Como resultado puede aumentar, disminuir o quedar igual la afinidad de la Ig por el Ag.
– Mutaciones silenciosas: introducen cambios a nivel de las regiones no codificantes.
CAMBIO DE ISOTIPO DE LAS INMUNOGLOBULINAS
Como sabemos, en un locus determinado del cromosoma 14 se encuentran los segmentos génicos de la recombinación de la región variable de la cadena pesada, pero también se encuentran los segmentos que codifican para la región constante de esa misma cadena pesada.
El gen más cercano al segmento variable es el que gen que codifica para la cadena μ, seguido de aquel que codifica para δ, de ahí que estos sean los primeros isotipos en aparecer. Además, ésta es también la razón por la cual los linfocitos inmaduros presentan IgM, IgD o ambas en su superficie. A este hecho se le llamara coexpresión de IgM e IgD.
El hecho de que frente a un mismo Ag, cuando se produce una respuesta primaria, actúe fundamentalmente la IgM y cuando se produce un segundo contacto actúe la IgG indica que las células B tienen la capacidad de poder cambiar el isotipo de las Igs que producen. Así:
– Los linfocitos B vírgenes (que no han interactuado con el Ag) coexpresan en su membrana IgM e IgD.
– Cuando los linfocitos B son activados por el Ag, se diferencian a células plasmáticas que tienen capacidad para producir Igs, que son en su mayoría IgM.
– Cuando tiene lugar un nuevo contacto con el Ag, las células plasmáticas comienzan a producir IgG, Ig y IgE (que llevarán a cabo la respuesta secundaria).
El cambio de isotipo, por tanto, sólo puede tener lugar en células B que hayan sido activadas por el Ag. Además, este cambio está regulado por los linfocitos T helper (Th1 y Th2), ya sea por contacto directo a través de las moléculas CD40 y CD40L o bien a través de factores solubles, las citoquinas.
PROCESO MADURATIVO DE LOS LINFOCITOS B
Para que los linfocitos B puedan responder a los estímulos dados por los Ac tienen que haber sufrido un proceso madurativo que en el adulto ocurre en la médula ósea. Este proceso de maduración es lo que se conoce como linfopoyesis B. Los diferentes estados en los que se pueden encontrar a la célula B se diferencian entre sí por la expresión de distintas moléculas o Ag de superficie (conocidos como CDs – cluster of diferentation).
La linfopoyesis ocurre de la siguiente manera:
1. A partir de las células madre hematopoyéticas se generan progenitores linfoides B.
2. A partir de los progenitores linfoides B se generan las células B más primitivas, las células pro-B. Estas células pro-B no producen Igs pero sí expresan ya moléculas de superficie propias de la estirpe B como la CD19.
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3. Una vez que se produce la recombinación de segmentos génicos V/D/J, se generan las células pre-B, las cuales ya pueden sintetizar la cadena pesada μ (que queda intracitoplasmática).
4. Se generan posteriormente los linfocitos B inmaduros en los que se reordenan completamente los genes, de manera que ya se producen las cadenas ligeras y se forma la IgM completa (que migra y se expresa en la membrana).
5. A partir de esto, se forman los linfocitos B maduros que coexpresan IgM e IgD en su membrana funcionando como BCRs. Ambas Igs tienen las mismas regiones variables y por tanto son específicas para el mismo Ag.
 Clon de linfocitos: grupo de linfocitos con la misma especificidad antigénica.
6. Los BCRs son capaces de reconocer al Ag para el que son específicos y una vez que se han unido las células B se activan y se diferencian a linfocitos B de memoria o hacia células plasmáticas productoras de Ac.
 Selección clonal: los Ags sólo estimulan a aquellas células que poseen un receptor específico para ellas.
Es importante notar que no todas las células B inmaduras llegan a madurar, puesto que algunas son eliminadas o inactivadas si interaccionan con Ags propios. Este proceso es lo que se conoce como selección negativa, y como consecuencia sólo salen de la médula ósea hacia la sangre periférica aquellas células B que no hayan reaccionado con Ags propios.
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La respuesta inmune adaptativa humoral está mediada por los linfocitos B. Estas células son capaces de reconocer Ag solubles y sintetizar Ac específicos, para lo que se valen de una estructura de membrana, su receptor antigénico BCR.
ESTRUCTURA
El BCR (B cell receptor) es un complejo que consta de varias cadenas y que difiere de unos linfocitos a otros. Está formado por:
 Una inmunoglobulina (ligeramente modificada) anclada en la membrana. Es la que media el reconocimiento y la unión con el Ag. Es la porción variable de esta Ig la que hace que el BCR de cada linfocito sea único. Además, según el isotipo de la Ig podemos agrupar a los linfocitos B en distintas categorías (ya que será también ese isotipo el que lo linfocitos B podrán sintetizar).
 Dos cadenas invariables llamadas CD79. Son las que median la transducción de la señal hacia el núcleo celular (proceso conocido como signling). Estas dos cadenas son:
o Ig-α: es específica de cada isotipo.
o Ig-β: es común para todas las Igs de superficie.
Además del BCR, en la membrana de la célula B podemos encontrar otras moléculas que también son copartícipes de la activación del linfocito B y que son:
– Moléculas accesorias: son una serie de moléculas de membrana que están implicadas en el reconocimiento de ciertos ligando y que ayudan, pues, al linfocito B a activarse. Entre ellas cabe destacar a las moléculas CD19, CD21 y CD81.
– Receptores de citoquinas: en la membrana de los linfocitos B encontramos múltiples receptores de citoquinas (que son necesarias para una parte de la activación mediada por linfocitos T).
– Otras moléculas coestimuladoras: destaca entre ellas la moléculas CD40, que se una específicamente al ligando CD40L que expresan los linfocitos T en su membrana y cuya unión produce la activación del linfocito
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FUNCIÓN DEL BCR
Intervengan las moléculas que intervengan, en cualquier caso, la cascada de transducción que se inicia tras la activación del BCR conduce a una modificación en los perfiles de expresión de varios genes celulares (genes de las Igs, de las citoquinas…), lo que permite al linfocito B desarrollar sus funciones efectoras. Estas son, fundamentalmente dos:
– Actuar como una célula productora de Ac.
– Actuar como una célula presentadora de Ag. Esta función es la clave ya que, una vez que se produce la interacción con el Ag, la célula B presenta dicho Ag a un linfocito T, para que así pueda activarse “al máximo” el linfocito B y poner en marcha una respuesta inmune humoral.
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Los linfocitos T son aquellos que se desarrollan en el timo. Constituyen un heterogéneo conjunto de células que comparten una manera peculiar de reconocer Ag y un receptor para antígeno común (TCR). Sin embargo, existe una gran variedad fenotípica y funcional entre los subtipos de linfocitos T. No obstante, su papel en la respuesta inmune adaptativa es fundamental, ya que en este tipo celular reside el control de los linfocitos B, y por tanto, de las Igs o Ac.
ESTRUCTURA DEL TCR
Los linfocitos T son los más abundantes en la sangre de los mamíferos. Todos los linfocitos T expresan en su membrana un agregado de proteínas denominado receptor para antígeno del linfocito T (complejo TCR), que está formado por varias cadenas.
Existen dos versiones de TCR: TCRαβ y TCRϒδ (aunque cada linfocito T expresa sólo una de ellas). Por tanto, existen dos tipos de linfocitos T si atendemos a su complejo TCR, los linfocitos Tαβ y los linfocitos Tϒδ. Estos últimos son minoritarios en los humanos y no se conoce bien su función. Sin embargo, se sabe que un grupo de proteínas, las denominadas CD3, forman parte de ambas versiones del complejo (por lo que el CD3 se convierte en un marcador para identificar a cualquier linfocito T).
Además, posee ITAMs, que son residuos de tirosina que capacitan la fosforilación de proteínas del linfocito. Lo activan, gracias a que permiten transmitir el mensaje al núcleo, y hacen que se multiplique policlonalmente y que secrete interleuquinas a las células diana. Por otro lado, los ITIMs provocan la desfosforilación de los sustratos y la inactivación del linfocito.
Las cadenas que conforman el complejo TCR son:
 Dos cadenas variables o TCR: son las cadenas que dan nombre al complejo. Son las únicas que se dedican al reconocimiento de fragmentos antigénicos y son diferentes
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en cada clon de linfocito T (por eso cada célula B puede reconocer un fragmento antigénico único). Una de las cadenas es α y la otra es β, están unidas entre sí por puentes disulfuro y poseen una parte variable y otra constante.
 Varias cadenas invariables: son aquellas iguales en todos los linfocitos T. su función es la transducción de señales, por lo que constan de grandes dominios intracitoplasmáticos con secuencias conservadas, las ITAMs. Estas cadenas constantes se parecen mucho a los dominios constantes de las Igs, por lo que pertenecen a la familia de las alfaglobulinas.
Entre estas cadenas invariables encontramos:
 CD3: son tres cadenas invariables muy parecidas entre sí (CD3ϒ, CD3δ y CD3ε) (1 ITAM).
 Cadena zeta (ε): se asocia al complejo TCR en forma de dímero (3 ITAMs).
Sin embargo, además del complejo TCR, los linfocitos T también poseen otras moléculas de membrana. De hecho, son estas la que nos permiten diferenciar los diferentes tipos de linfocitos T.
Nos referimos a la expresión a la expresión de las moléculas CD4 y CD8. Esto nos permite diferenciar a dos tipos fundamentales de linfocitos, que tienen funciones biológicas totalmente distintas:
– Linfocitos Tαβ CD4 (CD4). Son los llamados linfocitos T cooperadores (T helper).
– Linfocitos Tϒδ CD8 (CD8). Son los llamados linfocitos Y citotóxicos (linfocitos asesinos).
Por último, además de estas, existen otra serie de proteínas de membrana, menos consideradas, denominadas moléculas accesorias, que sirven para estabilizar la unión de los linfocitos con la célula (ya sea la célula que van a matar o la célula presentadora de antígenos). Son “moléculas de adhesión” y también “moléculas de activación” (las últimas sólo se expresan una vez que se han activado los linfocitos T).
Cabe decir que existe un virus, el virus del VIH (virus de la inmunodeficiencia humana) o SIDA, que infecta únicamente a los linfocitos CD4. De esta manera, los que se produce es una inmunodeficiencia, es decir, en el organismo que padece el virus, va disminuyendo paulatinamente el número de linfocitos CD4, de manera que finalmente el individuo no es capaz de reaccionar ante enfermedades comunes como podría ser un resfriado y acaba muriendo.
Una de las características fundamentales de los TCR es que no reconoce a los péptidos en su forma activa, es decir, estos han de sufrir un procesamiento previo para poder ser reconocidos
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por los linfocitos T. además, los péptidos tienen que ser presentados a los linfocitos T por las moléculas de histocompatibilidad (aparecen unidos a ellas en la superficie de las APC). Es por ello que el TCR además de unirse al antígeno, tiene que establecer una interacción con las moléculas HLA (ya sean de clase I o de clase II – linfocitos CD8 y CD4 respectivamente). Además, las moléculas HLA deben ser del propio individuo, no pueden ser de otro diferente. Esta propiedad es lo que se conoce como restricción MHC.
ORIGEN Y DIFERENCIACIÓN DE LOS LINFOCITOS T
La generación del repertorio de linfocitos T se produce durante la maduración de los linfocitos T en el timo por recombinación al azar de cada una de las versiones de los diferentes segmentos génicos que constituyen las regiones variables y las regiones constantes de cada una de sus cadenas.
GENÉTICA DEL TCR
Al igual que sucede en la síntesis de las Igs, los genes que codifican las cadenas α y β del TCR están formadas a partir de la recombinación de segmentos génicos que hace que se genere una enorme diversidad de receptores.
Así, el gen que codifica la cadena TCRα es la consecuencia de la organización de un segmento génico que codifica la parte constante (C) y los segmentos de genes J y V (que codifican la parte variable de la cadena).
El gen que codifica la cadena TCRβ está formado por dos genes constantes (Cβ1 y Cβ2) y diversos segmentos V, D y J (que codifican para la parte variable de la cadena). Así, la generación de la diversidad genética del TCRαβ interviene:
– La combinación aleatoria de los múltiples segmentos de múltiples segmentos de genes de ambas cadenas.
– Las uniones imprecisas entre los distintos segmentos génicos en el proceso de la recombinación de los mismos.
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Sin embargo, este proceso es estocástico, es decir, se van a generar muchas moléculas cuyo TCR no es útil, bien porque es incapaz de reconocer a las moléculas MHC propias o bien porque reconoce péptidos derivados de antígenos propios. Por tanto, en realidad, los linfocitos Tαβ maduros son tan sólo una pequeña parte del repertorio total de linfocitos T que en un principio genera. Esto es así porque tienen lugar dos procesos de selección, una selección positiva y una selección negativa.
MADURACIÓN Y SELECCIÓN TÍMICA
Los precursores de los linfocitos T (o timocitos) provienen de la médula ósea, donde comienza el proceso de linfopoyesis T, por el cual las células T van a pasar por diferentes estadíos:
1. A partir de una célula madre hematopoyética de la médula ósea se genera el precursor linfoide T = célula T progenitora = célula Pro-T. Esta es una célula doble negativa (ya que no va a expresar los marcadores de membrana CD4 ni CD8). Además, tampoco expresa TCR.
2. Estas células llegan al timo. Comienza a producirse entonces la reordenación génica. Como resultado, se generan las células Pre-T que siguen siendo células dobles negativas que no expresan todavía el TCR.
3. Entonces tiene lugar el proceso de selección positiva. Esta ocurre en la corteza tímica y en ella los timocitos interaccionan con las células estromales (células epiteliales, dendríticas y macrófagos), que expresan en su superficie moléculas HLA de clase I y clase II, moléculas accesorias y que producen citoquinas. Así, los linfocitos que “pasen” esta fase selectiva serán únicamente aquellos que reciban señales de activación a través de su complejo TCR/CD3 (que previamente ha sido ensamblado) o lo que se unan a las moléculas HLA. Aquellos que no sean útiles sufrirán un proceso de apoptosis. Además, la selección positiva determinará el linaje de las células T: antes de la selección positiva, los linfocitos T expresan CD4 y CD8 simultáneamente. En función de que linfocito T sea afín a las moléculas HLA tipo I o tipo II, se convertirán en linfocitos CD8 o CD4 respectivamente (dejando de expresar la otra molécula).
4. Posteriormente tiene lugar la selección negativa. Ocurre en la médula tímica y en ella entre los linfocitos que han sido rescatados en el proceso de selección positiva existen algunos que tienen gran afinidad por los péptidos provenientes de proteínas propias (tales como la albúmina o la hemoglobina). Por ello, el organismo no puede tolerar que estos timocitos se desarrollen, porque son dañinos, de manera que por el proceso de selección negativa se eliminan los timocitos autorreactivos. Los péptidos que sobrevivan a esta selección abandonan el timo en forma de linfocitos T maduros vírgenes, para circular por la sangre y órganos linfoides en busca del péptido específico de su receptor.
Por tanto, es en el timo donde van a aprender a reconocer los péptidos presentados por las moléculas de histocompatibilidad del individuo que se desarrolla, donde van a generar los receptores TCR. Sin embargo, tan sólo un 5% de los linfocitos T que se produce sobreviven a todo el proceso y se convierten en linfocitos T maduros y funcionales.
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Las moléculas de histocompatibilidad fueron inicialmente descubiertas al demostrarse que estaban relacionadas con las reacciones de rechazo de tejidos y órganos trasplantados entre individuos de la misma especie. Sin embargo, hoy se conoce cuál es su papel esencial en la respuesta inmunológica.
Algunos patógenos se “ocultan” de los Ac, los fagocitos o el complemento, introduciéndose en el interior de nuestras células. Las moléculas de histocompatibilidad están diseñadas para “delatar” la presencia de esos patógenos intracelulares a los linfocitos T. Así, su función biológica consiste en presentar péptidos en la superficie de las células, péptidos que se derivan de las proteínas intracelulares. Las moléculas de histocompatibilidad (junto con los péptidos que éstas presentan) son reconocidas por los linfocitos T a través de su receptor antigénico (TCR).
 En una célula normal (sana, no infectada), los péptidos que las moléculas de histocompatibilidad presenten derivarán exclusivamente de proteínas propias, por lo que no se producirá respuesta contra lo propio (fenómeno conocido como tolerancia).
 Sin embargo, cuando existan patógenos en el interior de la célula (es decir, esta esté infectada), la presentación de péptidos extraños por las moléculas de histocompatibilidad desencadenará una respuesta inmune.
En el ser humano las moléculas de histocompatibilidad se denominan HLA (Human Leucocyte Antigens) y una de sus principales características es su extraordinario polimorfismo, esto es, que cada uno de los genes que las codifican pueden expresarse de múltiples maneras. Los loci genéticos reguladores de la síntesis de estas moléculas se agrupan en una región denominada complejo mayor de histocompatibilidad (MHC), que está situado en el cromosoma 6. Su polimorfismo es el responsable de la diversidad biológica de la especie humana (ya que cada individuo presenta moléculas de histocompatibilidad diferentes).
ESTRUCTURA Y TIPOS DE MOLÉCULAS DE HISTOCOMPATIBILIDAD
Según su estructura, las moléculas de histocompatibilidad se dividen en dos grandes grupos: las moléculas de clase I y las moléculas de clase II, aunque también existen otras moléculas de clase III (con funciones diferentes).
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1. MOLÉCULAS DE HISTOCOMPATIBILIDAD CLASE I.
Son heterodímeros, es decir, están constituidas por dos cadenas polipeptídicas unidas entre sí por medio de interacciones no covalentes.
 Una cadena pesada transmembrana (α), de gran tamaño. Esta es una cadena altamente variable, siendo la responsable del polimorfismo antigénico de las HLA I. Está formada por:
o Una región transmembrana.
o Una región intracitoplasmática.
o Una región extracelular, que se encuentra formada a su vez por tres dominios: α1, α2, α3. Generalmente, los dos primeros son bastante variables mientras que el tercero es bastante constante.
 Una cadena ligera, la β-2-micoglobulina, que está unida de forma no covalente al dominio α3.
Entre los dominios extracelulares α1 y α2 se forma una cavidad donde se alberga un péptido. Es la hendidura peptídica o “peptide binding groove”, que se caracteriza por ser una región hipervariable en su secuencia de aminoácidos.
Interactúan con los linfocitos CD8 citotóxicos y el péptido que presentan posee 9 aminoácidos.
2. MOLÉCULAS DE HISTOCOMPATIBILIDAD CLASE II.
Su estructura es muy similar a la de las moléculas de clase I. También están formadas por dos cadenas polipeptídicas (α y β) unidas entre sí por interacciones no covalentes. Sin embargo, éstas son del mismo tamaño y están formadas cada una por:
 Dos dominios extracelulares: α1, α2 y β1, β2 respectivamente.
 Un dominio transmembrana.
 Un pequeño dominio intracitoplasmático.
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Las moléculas de clase II suelen tener una hendidura más abierta, que les permite albergar péptidos de mayor longitud (de entre 12 a 14 aminoácidos).
Interactúan con los linfocitos CD4.
3. MOLÉCULAS DE HISTOCOMPATIBILIDAD CLASE III.
Esta clase está constituida por una serie de proteínas secretadas que desempeñan funciones inmunitarias:
– Componentes del sistema complemento (C2, C4…).
– Moléculas relacionadas con la inflamación (citoquinas).
– Proteínas de choque térmico.
La clase III tiene, por tanto, una función completamente distinta a la de las clases I y II, pero los genes que las codifican están situados entre los genes se las otras dos clases en el brazo corto del cromosoma 6, por lo que frecuentemente son descritas en conjunto.
DISTRIBUCIÓN TISULAR DE LAS MOLÉCULAS CLASE I Y II
Todas las células del organismo, excepto los eritrocitos, las glándulas de Brunner duodenales o algunas neuronas del sistema nervioso, expresan moléculas HLA de clase I.
Sin embargo, la expresión de las moléculas de clase II se encuentra fundamentalmente restringida macrófagos (en sus diversas localizaciones), monocitos, células dendríticas, linfocitos B, linfocitos T y NK (estos dos últimos únicamente cuando están activados). Por tanto, las moléculas de clase II tan solo expresan células presentadoras de Ag (APC).
POLIMORFISMO Y POLIGENISMO HLA
La presentación de péptidos derivados de un patógeno por las moléculas de histocompatibilidad lleva siempre la destrucción del mismo. Por ello, existe una gran presión
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evolutiva para que el patógeno mute sus genes y evite así ser presentado por las moléculas HLA (y ser reconocido por el sistema inmune).
Para evitar que un patógeno pueda evadir la presentación antigénica, las moléculas de histocompatibilidad (tanto de clase I como de clase II) son poligénicas y polimórficas.
POLIGENISMO HLA
El que sean poligénicas implica que existen diferentes “versiones” para cada clase de moléculas de histocompatibilidad y esto es posible porque cada versión está codificada por un gen diferente.
Los genes se encuentran ubicados en el MHC, que está situado en el cromosoma 6, así:
 Las versiones de las moléculas de clase I son:
 HLA-A.
 HLA-B.
 HLA-C.
Estas versiones se corresponden con los genes que codifican las cadenas alfa (puesto que la β-2-micoglobulina se encuentra codificada por genes que no se encuentran en el HMC).
 Las versiones de las moléculas de clase II (las cuales se corresponden con los pares de genes que codifican las cadenas alfa y beta) son:
 HLA-DR.
 HLA-DQ.
 HLA-DP.
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Además de introducir el concepto de poligenismo, debemos introducir también el de codominancia y el de haplotipo.
En el caso del MHC, se expresan de forma simultánea los genes homólogos de ambos cromosomas, es decir, los dos cromosomas se expresan por igual siempre, no hay un cromosoma que predomine. Así, al ser codominantes los genes HLA en una célula, pueden detectarse dos haplotipos, uno de cada parental.
Como consecuencia de esto, en una célula se expresan dos moléculas por cada locus: 2 HLA-A, 2 HLA-B, etc. Así, cada persona podrá expresar hasta 6 moléculas distintas de clase I (tres versiones maternas y tres versiones paternas) y hasta 6 de clase II.
POLIMORFISMO HLA
Dentro de cada clase, estas moléculas tienen una estructura idéntica. Las diferencias entre ellas se encuentran localizadas en la hendidura peptídica (ya que serán los cambios en la secuencia de aminoácidos los que determinen que las diferentes moléculas de histocompatibilidad unan péptidos distintos).
Por tanto, se si comparan las moléculas de clase I o clase II en diferentes individuos de la población, se observa que existe un gran número de variantes o alotipos, es decir, existen un polimorfismo HLA.
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En el caso de las moléculas de histocompatibilidad se conocen ciertos variantes y además, cada una de las variantes está en una frecuencia relativamente alta en la población. Esto hace muy improbable que dos individuos elegidos al azar compartan los mismos alotipos.
Dado que las diferencias entre las distintas variantes están concentradas en los aminoácidos que forman la hendidura peptídica, cada variante de molécula de histocompatibilidad presenta distintos péptidos. Así, el tipo de péptidos que presenta cada individuo depende de su fenotipo HLA y, por tanto, varía de unas personas a otras.
Este hecho se traduce en que la capacidad de respuesta del sistema inmunológico frente a un mismo Ag varía de unos individuos a otros: existirán individuos que posean mejores defensas que otros contra un mismo patógeno, si las moléculas HLA que han heredado son capaces de presentar con mayor eficacia los péptidos de dicho patógeno (pero no implica directamente una menor supervivencia en aquellos individuos que sean homocigóticos).
La principal ventaja de que las moléculas HLA sean poligénicas y polimórficas refleja una estrategia contra la evasión del sistema inmune. Si todos los individuos tuviéramos un mismo tipo de moléculas HLA, los microorganismos podrían acumular mutaciones y así evadir la respuesta inmune. La variabilidad provoca que cada individuo se enfrente de una manera diferente a los microorganismos y así se asegura que “siempre” haya individuos capaces de luchar (reconocer) a un microorganismo concreto.
Sin embargo, esta variabilidad que es tan útil para luchar contra los microorganismos, supone una barrera para los trasplantes de órganos o tejidos. Es la consecuencia de la conocida restricción inmune del HMC, que consiste en que los linfocitos T de un individuo concreto sólo pueden reconocer un péptido si es presentado por la moléculas HLA propia (es decir, del mismo individuo). Esto se debe a que cada linfocito T reconoce tanto residuos del péptido presentado como residuos de la molécula HLA que lo presenta, de tal manera que si ésta no es del propio individuo, la reconocerá como extraña (propiedad que adquieren los linfocitos T durante el proceso de maduración y selección que tiene lugar en el timo, cuando “aprenden” a reconocer las moléculas HLA propias).
Así, el que cada individuo porte moléculas HLA diferentes supone que lo injertos de órgano porten en su superficie estas moléculas, que serán reconocidas como antígenos extraños por el receptor y destruidos. Esto es lo que se conoce como rechazo. Por tanto, las moléculas HLA poseen algunas zonas que actúan como determinantes antigénicos, de tal manera que en el individuo en el que se introduzcan se generarán Ac contra esos Ag, los llamados aloanticuerpos (gracias a los cuales se descubrieron las moléculas HLA).
Además, también hay que precisar que algunos alelos HLA se encuentran asociados con enfermedades autoinmunes. Este es el papel que juega el HLA en la predisposición a la
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enfermedad: por ejemplo, la espondilitis anquilosante, que es una enfermedad que se encuentra asociada al HLA B27 en más de un 94% de los casos.
En resumen, podemos decir que el HLA posee varios significados:
 Clínico:
o Papel en los trasplantes.
 Biológico:
o Papel en la respuesta inmunológica (presentación del Ag).
o Predisposición a sufrir enfermedades (enfermedades autoinmunes).
FUNCIONES DE LAS MOLÉCULAS DE HISTOCOMPATIBILIDAD. PRESENTACION DE ANTÍGENOS
A diferencia de los linfocitos B, que son capaces de reconocer los Ag en su forma nativa (gracias a las Igs), los linfocitos T no son capaces de hacerlo. Necesitan que los Ag sean degradados/procesados, puesto que sólo pueden reconocer péptidos aislados. Así, el papel biológico de las moléculas de histocompatibilidad es la presentación de péptidos a los linfocitos Tαβ, previo procesamiento de los Ags. Las moléculas HLA nunca se encuentran “vacías” en la superficie de las células, sino que siempre presentan péptidos de diferentes compartimentos celulares.
El TCR de los linfocitos T maduros es capaz de reconocer la hendidura peptídica tanto de las moléculas HLA de clase I como de clase II. Sin embargo, la unión TCR-HLA es débil salvo que se estabilice mediante la unión de una segunda molécula, que serán las CD4 o las CD8. La especificidad de unión por las moléculas HLA varía entre ambos correceptores, de manera que:
– La molécula CD8 se une al dominio α3 de las HLA de clase I.
– La molécula CD4 se une al dominio β2 de las HLA de clase II.
Cabe decir que además del tamaño de los péptidos que se unen a las moléculas de clase I y de clase II (que es distinto), también es diferente el origen de dichos péptidos. Así:
– Los péptidos que se unen a moléculas de clase I provienen de proteínas sintetizadas por la propia célula (proteínas citosólicas).
– Los péptidos que se unen a las moléculas de clase II suelen tener su origen en proteínas exógenas.
Esta diferencia en el origen de los péptidos queda explicada por la existencia de dos rutas intracelulares para la generación del complejo péptido-proteínaMCH, es decir, dos rutas diferentes para el procesamiento de los antígenos por parte de las moléculas HLA.
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a. El procesamiento de Ag por moléculas HLA de clase I viene determinado por una vía intracelular (citosólica).
b. El procesamiento de Ag por moléculas HLA de clase II viene determinado por una vía extracelular (exógena).
VÍA INTRACELULAR (CITOSÓLICA)
Las moléculas HLA de clase I presentan diferentes tipos de péptidos:
 Péptidos propios: derivados de proteínas que han terminado su ciclo vital, de proteínas dañadas o de proteínas mal esambladas.
 Péptidos derivados de virus y bacterias intracelulares, que utilizan la maquinaria celular para replicarse.
 Péptidos derivados de Ag tumorales.
El procesamiento del péptido tiene lugar en los siguientes pasos:
1) En el citoplasma tiene lugar la ruptura del Ag por parte del proteosoma (o proteasoma). El proteosoma es una organela celular, con forma cilíndrica hueca constituida por diferentes subunidades LMP que están codificadas por genes del MCH. De esta manera, cuando los Ag son captados por el proteosoma, quedan rotos en diferentes péptidos de unos 8 a 10 aminoácidos.
2) Una vez han sido hidrolizados los Ag en péptidos, estos pueden introducirse en el interior del RE gracias a un sistema transportador de péptidos formado, entre otras, por las proteínas TAP (que también están codificadas por los genes del MHC). En este paso, la célula consume energía.
3) En el RE se forma una pool de péptidos y además, existen una serie de moléculas proteicas que actúan como check points, es decir, como puntos de control que permiten que todo el proceso tenga lugar de forma adecuada. Son:
 La clanexina: que estabiliza a la cadena pesada de la HLA.
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 La calrreticulina: que estabiliza la unión entre la cadena pesada y la cadena ligera de la HLA.
 La tapasina: que estabiliza la unión péptido-HLA.
4) En algún momento, un péptido determinado se une específicamente con la hendidura peptídica de alguna molécula HLA concreta (para la que es específica). De esta manera, una vez que se haya unido el complejo péptido-HLA sale del RE en dirección al aparato del Golgi, donde sufrirá una glicosilación.
5) Una vez que el complejo ha sido glicosilado, las moléculas HLA de clase I quedan expuestas en la membrana y presentan el péptido que han procesado.
Si el péptido procede de una proteína propia, no será reconocido específicamente por ningún linfocito T y no se formará un clon específico (los linfocitos T autorreactivos son destruidos en el timo). Sin embargo, si el péptido es anómalo (porque procede de un virus o de una bacteria) será reconocido por los linfocitos T, que producirán un clon de linfocitos que destruya a la célula que está alterada.
VÍA EXTRACELULAR (EXÓGENA)
Las moléculas de HLA de clase II son capaces de unir péptidos procedentes de proteínas extracelulares, generalmente de patógenos que son fagocitados o endocitados por dendrocitos o linfocitos B.
El procesamiento del antígeno tiene lugar de la siguiente manera:
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1) El patógeno (Ag) se encuentra en el interior de una vesícula de endocitosis, que se une a lisosomas para convertirse en un endosoma. El endosoma tiene capacidad para hidrolizar los patógenos en péptidos pequeños
2) Por su parte, las moléculas de HLA son sintetizadas en el RE. Sin embargo, estas moléculas de clase II se asocian en el RE a una proteína conocida como cadena invariante. Esta unión se encuentra “taponando” la hendidura peptídica, de tal manera que evita que las moléculas HLA de clase II puedan unirse a péptidos propios presentes en el RE.
3) Las moléculas de clase II unidas a la cadena invariante sales del RE en vesículas de exocitosis y se dirigen a un compartimento conocido como CPL (que no son más que endosomas evolucionados).
4) En el CPL las moléculas HLA quedan separadas de la cadena invariante, que comienza a ser degradada al mismo tiempo que los péptidos antigénicos se unen a la hendidura peptídica.
5) Finalmente, las moléculas HLA de clase II quedan integradas en la membrana presentando los péptidos que podrán ser reconocidos por linfocitos T CD4.
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Todas las células del sistema inmune necesitan estar comunicadas entre sí con otras células del organismo, para poder así elaborar una respuesta inmune conjunta y ordenada. Las células del sistema inmunológico disponen de dos posibles formas de interacción para llevar a cabo su función
 Interacción célula – célula: contacto directo por medio de las distintas moléculas de membrana.
 Citoquinas – Factores solubles: el contacto se produce por medio de distintas moléculas solubles que producen las propias células (como consecuencia de la activación de las mismas) y que difunden por el medio hasta llegar a su célula diana, que ha de poseer un receptor específico para ellas, de esta forma, se “informan” de que hay una respuesta inmune en marcha.
CARACTERÍSTICAS DE LAS CITOQUINAS
Como hemos dicho, las citoquinas engloban a un enorme número de moléculas diferentes que, sin embargo, poseen unas características comunes que son las siguientes:
 Son moléculas proteicas de bajo peso molecular, generalmente monoméricas.
 Cabe decir que dentro de la denominación de citoquinas, se agrupan a otras proteínas (linfoquinas, monoquinas, quimioquinas, interlequinas, interferones…), que no hacen más que la referencia a las células que le han dado origen o a su función.
 Las células productoras de citoquinas fundamentalmente son:
 Los macrófagos y los linfocitos T, que actúan como los principales reguladores de las respuestas inmunes innata y adaptativa, respectivamente.
 Otras células activadas, como las células endoteliales, los mastocitos o los hepatocitos.
 Son productos de novo cuando se produce la activación celular, es decir, no son sustancias que se encuentran almacenadas en gránulos o vesículas (como sucede por ejemplo en los granulocitos con las sustancias que estos liberan), sino que se sintetizan cuando se induce la activación de los genes que codifican para ellas, lo cual sólo sucede cuando la célula productora es estimulada (se sintetizan como respuesta a los patógenos o a sus productos).
 Tienen una vida media muy limitada.
 Son liberadas al medio pero únicamente puede ejercer su acción uniéndose a receptores específicos de membrana; sólo pueden estimular a aquellas células que posean receptores para ellas. Esa estimulación puede traducirse en diferentes actuaciones, pero suele desencadenar siempre una producción de nuevas citoquinas en esa célula receptora.
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 Los receptores son de elevada afinidad.
 Inducen cambios en la expresión de muchos genes, regulando no sólo la respuesta inmune, sino procesos como la angiogénesis, el crecimiento tumoral, la metástasis, etc.
 Pueden ejercer su acción de forma diversa.
o Acción autocrina: la misma célula que produce la citoquina expresa el receptor específico para dicha citoquina, de manera que lo que se logra es la autoestimulación de la célula productora, para conseguir una expresión clonal de la citoquina en cuestión.
o Acción paracrina: la citoquina estimula a las células cercanas.
o Acción endocrina: no es muy común.
EFECTOS DE LAS CITOQUINAS
Las citoquinas presentan diferentes atributos, que es importante tener en cuenta para comprender la complejidad y el funcionamiento interrelacionado de estas sustancias.
 Atributo de pleitropía: hace referencia al hecho de que una misma citoquina puede ejercer varios efectos biológicos distintos en células diana diferentes.
 Atributo de redundancia: en cuando a que varias citoquinas producen la misma acción (o acciones muy parecidas).
 Atributo de sinergismo: la acción combinada de dos citoquinas en la actividad celular es mayor (o diferente) de los efectos de las citoquinas individuales.
 Atributo de antagonismo: es posible que las citoquinas muestren efectos antagonistas, es decir, los efectos de una citoquina inhiben o neutralizan las acciones de otras citoquinas.
 Atributo de la inducción en cascada: la acción de una citoquina en una célula diana induce a dicha célula a liberar una o más citoquinas distintas, que a su ve pueden inducir a otras células diana a producir nuevas citoquinas.
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FUNCIONES FUNDAMENTALES DE LAS CITOQUINAS
Cuando una célula se activa en respuesta a ciertos estímulos comienza a sintetizar citoquinas para advertir de los que está sucediendo al resto de las células del sistema inmune. Cuando son reconocidas por el receptor, generan en la célula una cascada de reacciones bioquímicas que median las actividades biológicas de las citoquinas. Estas llevan a cabo numerosas funciones muy variadas, pero se pueden recoger en las siguientes:
 Activación de los mecanismos de la inmunidad innata:
 Activación de macrófagos y otros fagocitos.
 Activación de células NK.
 Activación de los eosinófilos.
 Inducción de las proteínas de fase aguda en el hígado.
 Regulan la proliferación y diferenciación de los linfocitos, a nivel central y periférico.
 Regulan la hematopoyesis en la médula ósea.
 Regulan el tipo de respuesta (celular o humoral) en la inmunidad adaptativa.
 Regulan la respuesta inflamatoria.
CLASIFICACIÓN FUNCIONAL DE LAS CITOQUINAS
Las citoquinas se intentan agrupar según se encuentren implicadas funcionalmente en alguno de los siguientes procesos:
– Respuesta inmune innata.
– Respuesta inmune adaptativa.
– Procesos inmunosupresores.
– Regulación de la hematopoyesis (desarrollo de células inmunocomplejas).
– Quimioquinas.
CITOQUINAS DE LA RESPUESTA INNATA
Estas citoquinas se producen de forma inmediata tras el contacto de las células implicadas en las respuestas inmunes innatas con un agente extraño (contacto que tiene lugar por medio de la interacción de los microorganismo con los TLR – Toll like receptor – que poseen estas células).
 Son producidas fundamentalmente por macrófagos activados y por monocitos. Secundariamente, pueden ser producidas por linfocitos activados y otras células no pertenecientes al sistema inmune (células endoteliales, fibroblastos…).
 Son estimuladas, pues, por productos bacterianos o virales.
 Suelen tener un carácter proinflamatorio: ayudan a formar el foco inflamatorio (aumento de la vasodilatación, etc).
 Provocan la activación del endotelio (expresión por parte de los mismos de las moléculas de adhesión, para favorecer que otras células del sistema inmune puedan unirse específicamente al endotelio).
 Incrementan el número de leucocitos polimorfonucleares y monocitos.
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 Son las principales inductoras de la síntesis de proteínas de la fase aguda (proteínas C reactiva, fibrinógeno, etc) por parte del hígado.
 Son necesarias para establecer la respuesta inmune adaptativa.
 Las más importantes son: IL-1, TNFα, IL-6, IL.12, CXCL8, IFN tipo I.
CITOQUINAS COMO RESPUESTA A INFECCIONES BACTERIANAS
Las funciones de estas citoquinas son:
IL-1
Induce la liberación de histamina
Se genera vasodilatación y aumento de la permeabilidad vascular en el lugar de la inflamación
Provoca la producción de prostaglandinas, por lo que induce la fiebre
Promueve la síntesis de proteínas de la fase aguda
IL-12
Activa las células NK
Induce la diferenciación de los linfocitos T CD4 hacia los linfocitos Th1
IL-6
Promueve la síntesis de proteínas de la fase aguda
Desarrollo de los precursores hematopoyéticos
Promueve la diferenciación de linfocitos B hacia células plasmáticas (induciendo la producción de inmunoglobulinas)
Provoca el aumento de la temperatura corporal
TNF-α
Provoca la activación de leucocitos
Induce la liberación de quimioquinas
Expresión de moléculas de adhesión por parte de los epitelios
Aumentos de la permeabilidad vascular, lo que permite una mayor entrada de Igs, complemento y otras células
Si se produce en gran cantidad, puede provocar el shock séptico
CXC8
Recluta neutrófilos, basófilos y linfocitos T al lugar de la infección
Cabe decir que las tres primeras citoquinas tienen efectos muy parecidos y casi redundantes, que van a ser ejercidos sobre distintos órganos o tejidos.
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Es necesario hacer notar que los efectos que puede tener el TNF según la cantidad en que se produzca son:
– Si se produce en cantidades bajas: provoca inflamación local y activación del endotelio.
– Si se produce en cantidades moderadas: provoca fiebre (efecto sistémico) y disminución de la producción de albúmina a costa de proteínas de la fase aguda.
– Si se produce en cantidades altas: provoca vasodilatación generalizada, lo que da lugar a una disminución del rendimiento del corazón (porque no le llega volumen suficiente de sangre y no tiene fuerza para bombear). Además provoca la activación de las plaquetas de manera que aumenta el riesgo de trombosis.
¿QUÉ SON LAS PROTEÍNAS DE LA FASE AGUDA?
Las proteínas de la fase aguda son unas proteínas que el hígado produce como respuesta a varios estímulos (que están representados por citoquinas que son liberadas por los fagocitos cuando estos se ponen en contacto con bacterias). Estas proteínas llevan a cabo las siguientes funciones:
 Funcionan como opsoninas: se unen a microorganismos patógenos, de manera que cuando estos se ponen en contacto con los macrófagos, se facilita la fagocitosis.
 Secundariamente pueden tener acción sobre los vasos sanguíneos.
CITOQUINAS COMO RESPUESTA A INFECCIONES VÍRICAS
Las funciones de estas citoquinas son:
IFN-1
Actuación contra los virus: inducen resistencia a la replicación viral en las células huésped
Aumentan la expresión de moléculas HLA-1 y la presentación antigénica (para que el virus sea mejor presentado a las células T)
Activan a las células NK (que lisan células infectadas por virus)
CITOQUINAS DE LA RESPUESTA INMUNE ADAPTATIVA
En respuesta al reconocimiento antigénico, los linfocitos T se activan, proliferan, y se diferencian hacia células efectoras específicas. Estas células ejercen sus funciones produciendo una serie de moléculas solubles (citoquinas) que son las verdaderas artífices de los mecanismos efectores de la respuesta inmune adaptativa. Así pues estas citoquinas:
 Regulan la activación de células de la inmunidad innata (macrófagos y eosinófilos).
 Producen cambios en la expresión de moléculas de adhesión y receptores de quimioquinas.
 Suelen tener efectos locales.
 En función del patrón de citoquinas que produzcan como consecuencia de la estimulación antigénica, los linfocitos Th se diferencian hacia Th1 (implicados en la respuesta celular) o Th2 (implicados en la respuesta inmune humoral).
 Las más importantes son: IL-2, IL-4, IFN-ϒ, IL-12, TGF-β.
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IL-2
Efecto autocrino: proliferación de células B, T y NK
Desarrollo de las respuestas inflamatorias crónicas
I
L-4
Inhibe la activación de macrófagos
Favorece la diferenciación Th2 e inhibe la diferenciación Th1
Determina el cambio de isotipo a IgE (lo que induce el aumento del IgE y, por tanto, la desgranulación de mastocitos y la activación de los eosinófilos)
Promueve el desarrollo de las respuestas humorales, ya que induce el crecimiento y diferenciación de linfocitos B
IFN-ϒ
Activa a los macrófagos para que sean más efectivos en la fagocitosis y en la lisis
Favorece la diferenciación Th1 e inhibe la diferenciación Th1
Determina el cambio de isotipo a IgG
Estimula la expresión de moléculas HLA de clase I y II
Actúa sobre las células NK que lo producen, aumentando su actividad citolítica (importante efecto antiviral)
IL-10
Inhibe la producción de IL-12 por los macrófagos
Inhibe la expresión de HLA de clase II
TGF-β
Efectos inmunomoduladores
Inhibe la proliferación de los linfocitos T
La función de los linfocitos T CD4 colaboradores (Th) consiste en activar a otras células inmunitarias: activación de los fagocitos (macrófagos), activación de los linfocitos B, activación y proliferación de los linfocitos T CD8. Para ello, los linfocitos Th han debido ser activados (activación que se produce tras la presentación antigénica por medio de moléculas HLA-II de las APC profesionales).
Los linfocitos Th (helper o colaboradores) vírgenes en función del estímulo antigénico que reciban pueden diferenciarse hacia diferentes linajes celulares, que se distinguen por el patrón de citoquinas que producen. Estos linajes son: Th1, Th2 y Th-reg. También, entre sí en otros aspectos, como por ejemplo en los factores de transcripción de se expresan en ellos.
 DIFERENCIACIÓN HACIA TH1 – INMUNIDAD CELULAR.
La diferenciación hacia Th1 suele suceder cuando el linfocito Th virgen (Th0) recibe estímulos procedentes de un patógeno intracelular.
– Los antígenos del patógeno son presentados por un macrófago o una célula dendrítica al linfocito Th0.
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– Además de la presentación antigénica, las APC producen unas citoquinas específicas, sobre todo, la IL-12. Ésta es determinante en la diferenciación de Th0 a Th1.
– Una vez que se ha activado, la célula Th1 produce:
o IFN-ϒ , que:
 Activa a los macrófagos (más todavía).
 Sirve como autoestimulante para estas células T.
 Estimula a las células B para que produzcan Ac (destinados sobre todo a llevar a cabo la opsonización para que aumente la fagocitosis).
o IL-2, que:
 Activa a las NK.
 Activa a los linfocitos T citotóxicos.
 DIFERENCIACIÓN HACIA TH2 – INMUNIDAD HUMORAL.
La diferenciación hacia Th2 suele ocurrir cuando el linfocito Th virgen recibe un estímulo procedente de un patógeno extracelular.
– A la célula Thh0 se le presenta un antígeno extracelular (siendo el ambiente rico el IL-4).
– Se produce la diferenciación desde T virgen hacia Th2.
– Una vez activado, el linfocito Th2 produce:
o IL-4, que:
 Estimula a las células B para que se transformen a células plasmáticas y comiencen a producir Ac en gran cantidad.
 Inhibe ligeramente a los macrófagos.
o IL-5, que:
 Produce la activación y diferenciación de los eosinófilos (sobre todo, ante una infección provocada por helmintos).
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Cabe decir que la diferenciación hacia una de las estirpes celulares inhibe la activación del otro linaje: el IFM inhibe la diferenciación hacia Th2 mientras que la IL-4 inhibe la diferenciación hacia Th1.
 DIFERENCIACIÓN HACIA THREG (REGULADORAS).
Recientemente se ha comprobado la existencia de una subpoblación de células T diferentes: las células T reguladoras. Como sucedía con las subpoblaciones Th1 y Th2, esta nueva estirpe es idéntica a las otras dos, es decir, no posee marcadores de membrana que los caractericen. Por tanto, únicamente se caracteriza por poseer un factor de transcripción específico y por producir citoquinas supresoras tales como TGF o IL-10.
La diferenciación desde una célula T virgen hasta una célula T reguladora puede producirse de dos maneras y en dos momentos distintos:
– Células T reguladoras naturales: son aquellas que nacen directamente en el timo como células reguladoras.
– Células T reguladoras inducidas: son aquellas que se diferencian hacia este subtipo periféricamente.
La misión fundamental de este tipo de células es llevar a cabo un feed-back, es decir, intentar controlar que la respuesta sea adecuada y no desmesurada.
CITOQUINAS CON ACTIVIDAD INMUNOSUPRESORA
La citoquinas con actividad inmunosupresora son aquellas que inhiben el crecimiento celular o suprimen la secreción de otras citoquinas. Entre ellas se encuentran la IL-4, IL-13 y la IL-10, siendo esta última la citoquina inmunosupresora por excelencia.
También se puede incluir en este grupo al TGF-β, que inhibe el crecimiento y la funcionalidad de muchos tipos celulares, así como la actividad citotóxica natural y específica.
Por último podríamos incluir a los TNF-1, que tienen capacidad antiproliferativa.
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CITOQUINAS QUE REGULAN LA HEMATOPOYESIS
Las citoquinas que regulan la hematopoyesis (es decir el proceso de formación de los elementos formes de la sangre) suelen ser producidas por el estroma celular y por los propios leucocitos.
Su función consiste en regular la diferenciación (en diferentes linajes celulares) y crecimiento de los progenitores que van a dar lugar a los elementos formes sanguíneos.
QUIMIOQUINAS
Las quimioquinas son una citoquinas peculiares que funcionan como factores quimiotácticos. Juegan un papel importante en distinto procesos:
– Algunas se producen de forma basal, regulando el tráfico de linfocitos en ausencia de inflamación y dirigiéndolos hacia los órganos linfoides y los tejidos extralinfáticos.
– Se inducen tras la interacción de los microorganismos con receptores Toll (que reconocen los patrones moleculares propios de los patógenos – PAMPs):
o Los receptores Toll se sitúan, sobre todo, en las membranas de los mcrófagos y los mastocitos.
o Cuando se une un receptor Toll y un PAMP, las células comienzan a producir citoquinas (quimioquinas) que son liberadas al medio.
o Estas citoquinas estimulan al endotelio (para cumplir la función que se describe a continuación).
– Tienen una acción pro-inflamatoria:
o Regulan la quimiotaxis para aumentar la adhesión de otras moléculas al endotelio vascular. Intentan que el endotelio tenga más capacidad de atracción sobre células como los neutrófilos, que circulan por la sangre. Para ello, el endotelio comienza a expresar ciertas moléculas, que son ligando de otras moléculas que se expresan en la superficie de los neutrófilos. De esta manera, cundo lo neutrófilos circulan cerca del endotelio, son capaces de reconocer al ligando y pueden extravasarse y unirse al epitelio. Esto lo hacen en colaboración con otras citoquinas como la TNF o la IL-10.
o Regulan la migración de lo fagocito hacia el foco de infección a través de un gradiente químico.
o También los linfocitos activados son atraídos por estímulos quimiotácticos hacia la zona del foco infeccioso.
– Pueden regular los procesos angiogénicos y morfogenéticos, así como las metástasis tumorales.
– Los receptores de quimioquinas y las moléculas de adhesión se expresan de forma diferencial en los distintos tejidos. Este hecho es el que permite que cuando un linfocito es activado (cundo sufre la presentación de una célula dendrítica), cambien sus receptores y puedan ser atraídos por las moléculas de adhesión que se expresan en el tejido concreto en el que se ha producido la infección.
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RECEPTORES DE LAS CITOQUINAS
Para ejercer su función las citoquinas necesitan unirse a receptores de membrana en las células diana. Estos receptores son glucoproteínas de membrana compuestos normalmente por varias subunidades, cuya función es transmitir las señales de activación al interior celular.
Según su estructura, podemos clasificar los receptores en distintos tipos de familias:
a. Receptores de citoquinas de tipo I (hematopoyética). Son heterodímeros. Tienen una función de proliferación y diferenciación de las células del sistema inmune (tanto innata como adaptativa). Es el receptor de GM-CSF y de IL-2, IL-9.
b. Receptores de citoquinas de tipo II (interferón – IFN). Poseen una región extracelular con péptidos de cisteína (intervienen en la inmunorregulación y en la respuesta antiviral). Son receptores de los 3 tipos de IFN: α, β y ϒ.
c. Receptores del factor de necrosis tumoral (TNF). Tienen 4 dominios. Se une al TNF (producido por los macrófagos). Tienen un papel importante en la inflamación y en la apoptosis.
d. Receptores de las quimioquinas. Están unidos a proteína G, muchas quimioquinas se unen al mismo receptor, siendo dianas para la entrada de determinados virus.
e. Receptores de la superfamilia de las inmunoglobulinas. Poseen varios dominios extracelulares parecidos a los dominios constantes de las Igs. Es típicamente el receptor de IL-1. Está involucrado en la inflamación.
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Una vez que los linfocitos reconocen el antígeno mediante sus receptores de membrana, se inicia el proceso de activación de los mismos. Este proceso implica una serie de eventos en cadena que se inician en la membrana celular, prosiguen en el citoplasma y terminan en el núcleo.
ACTIVACIÓN DE LINFOCITOS T
Existen varias señales que son necesarias para la activación de un linfocito T.
1. SEÑAL DE ACTIVACIÓN – RECONOCIMIENTO DEL FRAGMENTO ANTIGÉNICO.
Como sabemos, a diferencia de las células B, los linfocitos T no son capaces de reconocer a los Ag en su forma nativa, sino que es estos tienen que ser procesados por una célula presentadora de Ag, que posteriormente se los tienen que presentar en su membrana, unidos a un molécula HLA, ya sea de tipo I o de tipo II.
Por tanto, es necesario que el TCR reconozca al péptido y que interaccione con las moléculas HLA. Esa interacción siempre obedece la regla CD8 – HLA1 y CD4- HLA2.
Una vez que se han reconocido estas estructuras, el CD3 transmite la señal activadora al interior celular.
2. SEÑALES DE COESTIMULACIÓN Y MOLÉCULAS DE ADHESIÓN.
La unión del Ag con el TCR no es suficiente para la activación eficaz de los linfocitos T. Para que esta respuesta se lleve a cabo se requiere la participación de una serie de moléculas (conocidas como moléculas accesorias). Estas moléculas van a facilitar la interacción y la adhesión celular y también van a potenciar la transmisión de señales estimulatorias al interior celular.
La mayoría de ellas son comunes a los dos tipos de linfocitos T y no intervienen en el reconocimiento del Ag.
Entre estas moléculas, las más importantes son: CD4, CD8, CD28, ZAP-10, CTLA-4, familia B7, etc.
Todas estas señales se transmiten al interior celular, donde dan lugar a la activación de factores de transcripción específicos, que permiten que se lleven a cabo las acciones efectoras pertinentes.
Cabe especificar que, durante la activación de los linfocitos T, se forma los que se denomina sinapsis inmunológica, que parece ser que cuando tiene lugar la activación, las balsas de
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lípidos que constituyen la membrana hacen que, poco a poco, los TCR vayan coincidiendo en el mismo punto de la membrana (y que las moléculas de adhesión queden en la periferia) para posibilitar que así el reconocimiento del péptido sea lo más potente posible.
ACTIVACIÓN DE LINFOCITOS B
Los linfocitos B maduros pueden reconocer al Ag por su receptor BCR, sin embargo, al igual que sucedía con el linfocito T, necesitan de otras señales.
1. RECONOCIMIENTO DEL AG POR EL BCR Y TRANSMISIÓN DE SEÑALES AL INTERIOR CELULAR.
El BCR está constituido por una Ig de membrana, que puede ser IgM o IgG.
Sin embargo, dado que las colas de las Igs son muy cortas, no pueden transmitir la señal al interior celular. Necesitamos pues la presencia de una molécula que cumpla con esta función: es el CD79, que como sucedía en los linfocitos T con el CD3, transmite la señal intracelularmente.
2. ACTIVACION DEPENDIENTE DE LINFOCITOS T.
Para la activación de la mayoría de linfocitos B, además del reconocimiento de un Ag por el complejo BCR es necesaria la presencia de interacción del linfocito B con el linfocito T, que constituyen una segunda señal necesaria para la óptima activación de los mimos (aunque es necesario saber que en ciertas circunstancias los linfocitos B puede activarse en ausencia de linfocito T – activación independiente de linfocitos T).
La interacción B – T se produce de la siguiente manera:
a. La célula B reconoce su Ag por el BCR.
b. El Ag es endocitado por el linfocito B, que lo procesa y lo presenta al linfocito T.
c. Se produce una interacción entre moléculas y receptores de las células B y T, siendo el más importante el reconocimiento CD40 – CD40L.
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d. Una vez que se ha producido el reconocimiento, ambas células se activan mutuamente: el linfocito T comienza a producir citoquinas (INF, IL-4, otras) que provocan la activación del linfocito B.
Si los linfocitos T no produjeran estas citoquinas, las células B no podrían diferenciarse hasta células plasmáticas y no se podría producir el cambio de isotipo. De hecho, son las citoquinas secretadas las que indican al linfocito B que inmunoglobulina tiene que producir (IFN-IgG, IL-4, IgE, IgA).
3. SEÑALES COESTIMULADORAS.
Es necesaria otra señal de activación para lograr el efecto deseado. Esta señal puede venir dad por varios procesos, entre otros, por un factor del complemento.
Gracias a que existen receptores para el complemento (denominados CD21) en la membrana de las células B, algunos factores del complemento puede quedar unidos al linfocito B, con la particularidad de que esos factores del complemento estaban previamente anclados en la membrana de un patógeno (una bacteria o cualquier otro microorganismo).
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Las células NK fueron descubiertas en 1975 por Rolf Kiesslling. Este científico estaba inmunizando ratones con linfoma, con el objeto de generar linfocitos T antitumorales para poder determinar cuál era el grado de muerte celular (lo cual podía hacerlo midiendo el cromo radioactivo, que es un elemento que se libera a la sangre cuando se produce lisis celular).
Como todo experimento, tenía que contrastar el grado de muerte celular de los ratones que había sido inoculados con linfoma con ratones control que no se había puesto en contacto con el mismo. Descubrió que, mientras el grado de muerte celular en ratones con linfoma era del 15% (dato que achacó de manera acertada a la actuación de los linfocitos T), en los ratones control aparecía un dato de muerte celular del 7%. Eso no coincidía con el esperado resultado de 2% de cromo radiactivo que se libera de forma espontánea. Kiesslings a la conclusión de que existían células que se identificaron como las causantes de llevar a cabo esa lisis celular que se denominaron Natural Killer (NK) puesto que no era necesario inmunizar a los individuos para que éstas actuaran.
Por tanto, hoy sabemos que las células NK son células con actividad citolítica que:
– Son capaces de actuar contra tumores y también contra patógenos, como por ejemplo, virus.
– Juegan un papel importante en el rechazo de órganos trasplantados.
– Tienen capacidad para producir diversas citoquinas (por lo que tiene función reguladora).
– No necesitan una inmunización del individuo para desarrollar su actividad citolítica.
Todo esto se explica porque las células diana de las NK (es decir, las células que van a ser lisadas por estas NK) son células que no poseen moléculas HLA en su membrana. Es decir, las células NK no reconocen ningún Ag extraño en la superficie de las células a las que matas, sino que reconocen la “ausencia de lo propio”.
CARACTERÍSTICAS DE LAS NK
 Las células NK son células de la inmunidad innata, puesto que generan una reacción inmune rápida.
 Constituyen aproximadamente el 10% de los linfocitos o células defensivas de la sangre.
 Su marcador típico es el CD56.
 Poseen actividad citotóxica natural, es decir, no necesitan de una inmunización o contacto previo, puesto que no reconocen Ag, sino que simplemente son capaces de reconocer a aquellas células que no presentan HLA de clase I.
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 Poseen en su citoplasma gránulos que contienen proteínas como la perforina, que provoca la ruptura de la membrana de sus células diana, u otras que llevan a la apoptosis de las mismas.
 Cuando se activan, producen y liberan citoquinas de manera que también son capaces de activar a otros linajes celulares implicados en la erradiación de tumores o agentes infecciosos.
 Su activación puede tener lugar de dos formas diferentes:
o Citotoxicidad dependiente de anticuerpo (ADCC). Las células NK son capaces de lisar células que presentan IgG unidos a algún componente de su superficie, gracias a que poseen moléculas CD16 que se unen a esa IgG, de tal manera que la unión provoca la activación de la NK (para que ésta ejerza su acción citotóxica).
o Citotoxicidad independiente de anticuerpo – ausencia de moléculas HLA-I. este es el papel del que venimos hablando, la capacidad de las células NK de reconocer como células diana a aquellas que no expresen moléculas HLA de clase I, lo que tiene lugar por medio de un complejo sistemas de receptores activadores e inhibidores. Cabe decir que la señal inhibidora es dominante sobre la activadora, es decir, la NK sólo matará a la célula diana si está recibiendo una señal activadora en ausencia de una señal inhibidora.
RECEPTORES DE LAS CÉLULAS NK
Se cree que las NK funcionan combinando señales a través de receptores de activación y de inhibición, de manera que la señal inhibidora es dominante sobre la señal activadora, como ya hemos dicho.
El grupo principal de receptores presentes en las células NK (descubiertos por los hermanos Moretta) se engloban dentro de los NKRs (NK cell receptors). Estos receptores interactúan con determinadas moléculas HLA de las células diana, dando lugar a una inhibición o activación de los procesos citolíticos de las células NK.
Cabe decir que los NKRs no se parecen en nada a los receptores de las células B o T y que los genes que los codifican no sufren reordenamientos.
Antes de pasar a describirlos, es necesario hacer notar que, al contrario de los linfocitos T que reconocen alelos específicos de las proteínas HLA, las proteínas NK (o más concretamente, sus receptores) sólo son capaces de reconocer “grupos” HLA. Así, reconocerán los grupos A, B, C en su conjunto (no variedades alélicas concretas).
RECEPTORES DE LA SUPERFAMILIA DE LAS INMUNOGLOBULINAS
Aunque los hay de dos tipos, los más representativos son los KIRs (Killer Inmunoglobulin-like Receptors). Los KIRs son receptores que están codficados por genes del cromosoma 19 y reconocen aminoácidos que son propios de la HLA C, una parte de la HLA B y también la HLA G (que es específica de la placenta).
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En su estructura encontramos:
 Varios dominios transmembrana (2 ó 3). En función del número de dominios extracelulares, cada KIR reconocerá a un grupo de HLA. Así pues:
o KIR2D (tipo I): receptor con dos dominios que interacciona con las HLA-C.
o KIR3D: receptores de tres dominios que interaccionan con la mitad de las HLA-B y con pequeños subgrupos de HLA-A (el A3 y el A11).
o KIR2D (tipo II): receptor con dos dominios que reconocen las HLA-G.
 Colas intracitoplasmáticas. En las que aparecen dominios ITIMs e ITAMs y cuya longitud será la que determine el carácter activador o inhibidor del receptor.
o Los ITIMs (inhibidores) están ligados a colas largas.
o Los ITAMs están ligados a colas intracitoplasmáticas cortas.
RECEPTORES TIPO LECTINAS
Estos receptores poseen la molécula CD94/NKG2, que son glicoproteínas de membrana de las NK que son capaces de reconocer a las moléculas HLA-E (que son moléculas HLA de clase I pero no clásicas).
La molécula HLA-E procesa y presenta péptidos, aunque lo hace con una peculiaridad: los péptidos que presenta proceden de la degradación de las cadenas pesadas de HLA-A, B ó C. De este modo, la HLA-E actúa como si fuera un “sensor” u orientador del nivel de HLA que existe, puesto que si existen muchas moléculas HLA de estos tres tipos, habrá mucha HLA-E y su receptor se activará de forma más rápida y fácil (que en caso contrario, en el que se producirá la lisis de la célula porque no expresa molécula HLA).
Dado que una célula NK expresa a la vez receptores activadores e inhibidores, nos podemos encontrar con diferentes situaciones en las que se producirá o no la lisis de la célula diana.
A. Si la célula NK muestra tan sólo un receptor inhibidor (porque está reconociendo a las moléculas HLA) no se produce lisis celular.
B. Si la célula NK expresa un receptor activador y no presenta un receptor inhibidor (porque la célula diana no está expresando moléculas HLA), se producirá la lisis celular.
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C. Si la célula NK muestra receptor activador e inhibidor, pero el primero es mucho más fuerte que el segundo (porque la expresión de HLA está muy reducida), se producirá la lisis celular.
D. Si la célula NK presenta una gran expresión de HLA y una señal activadora, pero prevalece la señal inhibidora y no se producirá lisis celular.
Otro factor que hay que tener en cuenta es que las células NK han de coincidir con el genotipo HLA. Dado que los genes que controlan los NKRs se heredan de padre a hijos, los individuos de una población poseen diferentes haplotipos para los genes de los receptores NK. De esta manera, por ejemplo ante el caso de una leucemia, si se trasplantan células NK, estas células atacarán a las células del trasplantado, porque dichas células no poseen la molécula HLA que actúa como inhibidor de los receptores KIRs de las NK.
COMPARACIÓN DE LA ACTUACIÓN DE LINFOCITOS T Y NK
LINFOCITOS T
CÉLULA NK
TCR clonotípico único contra Ag específico
No reordena genes. Su NKR no es específico
Maduración tímica
No se sabe dónde madura
Respuesta alogénica (rechazo)
Respuesta alogénica (rechazo)
Acción en la inmunidad específica (retardada)
Acción en la inmunidad innata (inmediata)
Posee memoria
No posee memoria
Actúa contra Ag específicos
Se activa por la ausencia de lo propio
Requiere inmunización previa
No requiere inmunización previa
Clonal
No clonal
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APLICACIONES DE LAS NK
Las aplicaciones de las células NK son muy útiles en campos en el que se pueden provocar lo que conocemos como vías de escape a los linfocitos T, que no son más que cambios del fenotipo HLA que le permite escapar de la respuesta inmune generada por los linfocitos T.
Como sabemos, los linfocitos T pueden reconocer todo tipo de Ag:
– Ag virales.
– Ag embrionarios.
– Sobreexpresión de Ag normales.
– Ag tumorales.
– Etc.
Sin embargo, en muchas de esas ocasiones, como en aquellas en que las células son infectadas por virus o derivan en células tumorales, pierden la capacidad de expresar moléculas HLA, de tal manera que escapan al control de los linfocitos T CD8 citotóxicos que, como sabemos, necesitan que el péptido les sea presentado por una molécula HLA.
Es en este momento cuando las NK se vuelven realmente útiles ya que si bien las células infectadas o tumorales han podido escapar a la acción citolítica de los linfocitos T, ese mimo mecanismo las hace vulnerables a las NK, puesto que ahora estas células, en ausencia de moléculas HLA de tipo I, quedarán activadas y comenzarán un proceso que destruirá las células diana.
Sin embargo, cabe decir que la modificación del fenotipo HLA puede tener lugar en distintos “grados”:
– La célula tumoral puede perder la expresión de todas las moléculas HLA (si se afectan todos los genes que codifican para ellas en los dos cromosomas).
– Puede perder la expresión de un solo haplotipo (se siguen expresando tres moléculas HLA). Seguramente, serán resistentes a los linfocitos T (puesto que estos podían ser específicos contra alguno de los péptidos que eran presentados por las otras moléculas HLA que se han perdido), y también serán resistentes a las NK (puesto que presentan moléculas HLA en su estructura). Son vías de escape completas.
– Etc.
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El sistema complemento es el mecanismo efector humoral más importante de la respuesta inmune y, junto a los fagocitos, es el principal responsable de la inmunidad innata. Se llama así porque “complementa” la acción de los anticuerpos.
Está formado por proteínas plasmáticas (que circulan por la sangre), que normalmente se encuentran inactivas y cuya activación en una reacción en cascada da lugar a una serie de respuestas biológicas:
1. ACCIÓN CITOLÍTICA. Conlleva la eliminación directa (lisis) de los patógenos invasores, gracias a la formación de poros de membrana.
2. ACCIÓN ANAFILOTÓXICA/PROINFLAMATORIA. Algunos fragmentos de factores del complemento llevan a cabo funciones inductoras de la inflamación porque estimulan a células liberadoras de mediadores de la inflamación, de sustancias vasoactivas que permitan la permeabilidad capilar y faciliten la afluencia de los leucocitos al foco inflamatorio.
3. ACCIÓN QUIMIOTÁCTICA. Ciertos factores del complemento atraen a células inmunológicas (como los macrófagos) al foco inflamatorio, para que la respuesta se produzca más rápidamente.
4. ACCIÓN OPSONIZADORA. Algunos factores del complemento se “asientan” sobre la superficie de los gérmenes, de manera que quedan opsonizados, es decir, “marcados”, para que sea más fácil la fagocitosis por parte de macrófagos.
5. ACLARAMIENTO DE INMUNOCOMPLEJOS. Algunos factores del complemento llevan a cabo la eliminación (clearance) de los inmunocomplejos (formaciones Ag-Ac) de la sangre.
Otras de las características importantes del sistema del complemento son las siguientes:
 Su síntesis tiene lugar en hepatocitos, macrófagos y células epiteliales. Además, es importante notar que las proteínas del complemento se sintetizan como proenzimas.
 Existen 3 vías distintas de activación: la vía clásica, la vía alternativa y la vía de las lectinas, que convergen en una fase terminal o lítica común (que conduce a la lisis del microorganismo que dio lugar a la activación del complemento).
 El sistema es capaz de discriminar entre lo propio y lo extraño, ya que nuestras células poseen una serie de proteínas de membrana (proteínas reguladoras del complemento) que bloquean su activación sobre nuestras células o tejidos.
 Muchos de los factores del complemento son polimórficos, es decir, a pesar de que estas moléculas se encuentran en todos los individuos, no son idénticas en todos ellos, existiendo diferencias alélicas de unos a otros (diferencias que se acentúan entre poblaciones y razas diferentes).
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 Algunos factores del complemento son enzimas con carácter proteolítico, de manera que cuando estos enzimas actúan sobre su sustrato, este se escinde en dos fragmentos (fragmentos que se nombran igual que el sustrato pero agregándoles una letra minúscula: el fragmento que permanece unido al complejo es el de mayor tamaño y se denomina “b”, mientras que el de menor tamaño es liberado y se denomina “a”). Ambos fragmentos suelen tener actividad biológica (aunque diferente entre sí), por ejemplo, el caso de los fragmentos C3b y C3a que se originan como consecuencia de la activación del factor C3.
MECANISMO DE ACTUACIÓN Y ACTIVACIÓN
Las proteínas del complemento se activan en cascada para formar el complejo de ataque a la membrana (MAC), que es la vía lítica común que producirá la lisis de los microorganismos invasores o la eliminación de los inmunocomplejos. Este método en cascada permite amplificar enormemente una respuesta inicialmente débil.
Por cada reacción de la cascada, se genera un producto activo que, además de determinar que la cadena prosiga hasta la reacción siguiente (la activación de un componente hace que éste active al siguiente, etc.) y así que el proceso conduzca a la formación de C9, que es el componente final del MAC, esos productos activos intermedios puedan desempeñar acciones biológicas importantes en la defensa del organismo.
El MAC no es más que un complejo multiproteico formado por 4 proteínas del complemento (C5b, C6, C7 y C8), las cuales se unen a la superficie exterior de la membrana plasmática, además de la proteína C9. Todas ellas forman una especie de tubo que perfora la membrana formando un poro.
La diferencia entre una vía y otra reside en cómo se produce el C3b.
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ACTIVACIÓN DE LA VÍA CLÁSICA
Se activa posteriormente a la unión Ag-Ac. El mecanismo es el siguiente:
1) La vía se inicia en la superficie de una célula o bacteria cuando a ella se unen Ac.
2) El facto C1 se una a la región constante del Ac que forma el inmunocomplejo.
3) El C1 activo provoca la activación del C4 (generándose C4a y C4b).
4) El C4b sirve como sitio de unión para el C2, que también se escinde el C2a y C2b. se forma así el complejo C4b2a.
5) El complejo C4b2a actúan sobre el factor C3, dando lugar a la génesis de los fragmentos C3a y C3b.
6) El C3b comienza a fijarse en grande cantidades a la superficie de la bacteria y es el punto común en el que van a converger todas las vías.
ACTIVACIÓN DE LA VÍA ALTERNATIVA
Se activa por la unión a carbohidratos de membrana en la superficie de las bacterias y desemboca en la vía clásica. Dado que no necesita la presencia de Ac para activarse, representa un mecanismo de defensa importante en los estadíos iniciales de la infección, cuando aún no se ha hecho efectiva la respuesta humoral. Termina con la activación del C3b.
Los factores que utilizan son el B, el D y el P.
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ACTIVACIÓN DE VÍA DE LAS LECTINAS
Esta vía tampoco necesita de la presencia de Ac, sino que se activa por la unión a productos típicamente bacterianos como la manosa. De hecho, existe una proteína sérica, la proteína fijadora de manosa (MBL), que es capaz de reconocer restos de este disacárido en la membrana de gran variedad de gérmenes. Termina con la activación del C3b.
VÍA LÍTICA O TERMINAL
la vía clásica, la vía alternativa y la vía de las lectinas terminan con la síntesis del factor C3b, por lo que confluyen en un vía común que se conoce como vía lítica y que tiene como objetivo la formación del complejo final con capacidad citolítica: el MAC (complejo de ataque a membrana).
1) El C3b se une al complejo C4b2a, formando así el complejo denominado convertasa de C5, puesto que tiene actividad enzimática sobre C5.
2) Como consecuencia de la acción de este complejo, e escinden las moléculas de C5 en dos fragmentos:
– C5a: que es la anafilotoxina con mayor actividad biológica.
– C5b: que se une a la membrana.
3) Los fragmentos C5b unidos a la membrana captan los fragmentos C6, C7 y C8.
4) Estos también se fijan a la membrana, formando el complejo C5b678.
5) Este complejo es capaz de interactuar con el factor C9.
6) Al complejo C5b6789 es a los que se le conoce como MAC.
EL MAC no es más que un poro que permite la lisis celular.
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Cabe decir que, dado el gran potencial lesivo del sistema complemento, éste ha de estar estrechamente regulado por diversos mecanismos y moléculas, con el objeto de evitar la lisis de las propias células del individuo. El mecanismo más sencillo es la baja concentración de muchos de sus factores, que sólo se sintetizan en ocasiones determinadas.
También es necesario notar que muchas de las funciones del complemento se llevan a cabo tras la unión de algunos factores del complemento (o fragmentos de los mismos) a receptores presentes en la superficie de algunas células.
DEFINICIENCIAS Y PATOLOGÍAS
Teniendo en cuenta su importante función, la falta o insuficiencia de alguno de los factores del complemento puede dar lugar a patologías importantes, tales como:
 Infecciones por bacterias piógenas (C3, factor P, factor D).
 Enfermedades por inmunocomplejos (C4, C2).
 Infecciones por Neusserias (C5, C6, C7, C8, C9).
Los inmunocomplejos son, como ya sabemos, los complejos Ag-Ac y, por tanto, el paso necesario para que se destruya el AG. Sin embargo, si existe alguna deficiencia del complemento puede ser que estos complejos no sean destruidos. En ese caso, los inmunocomplejos (que circulan por la sangre) pueden depositarse en ciertas zonas de nuestro organismo, como por ejemplo, los glomérulos del riñón.
Al depositarse, atraen a los macrófagos y se puede llegar a destruir el glomérulo: el propio inmunocomplejo está causando una reacción inmunológica local, que está originando una glomérulo-nefritis, que puede acabar complicándose y dar lugar una insuficiencia renal terminal.
Otro ejemplo de este suceso lo encontramos si los inmunocomplejos se acumulan en las válvulas del corazón, lo que puede dar lugar a que se deforme la pared del endocardio y se origine una valvulopatía.
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Todos los organismos superiores poseemos una serie de barreras que nos protegen ante las infecciones:
 Barreras físicas: piel y mucosas.
 Barreras químicas: enzimas con acción bactericida, pH y moco.
 Barreras biológicas: actuación de microorganismos endosimbióticos de los nichos biológicos.
En muchas ocasiones, bastan estas barreras físico-químicas para impedir que una infección afecte a nuestro organismo. In embargo, en algunas ocasiones, los microorganismos superan esas barreras (que se romen) y son capaces de provocar en nuestro organismo una infección.
En ese caso, se desencadena una respuesta inmunológica destinada a su eliminación: en primer lugar actúan los mecanismos de la respuesta innata, que se activan inmediatamente (0 – 4 horas); si estos mecanismos no consiguen acabar con la infección, se induce una respuesta adaptativa cuyos efectos se comienzan a observar a partir del quinto día.
Existen diferentes tipos de microorganismos que son susceptibles de producir una infección:
 BACTERIAS.
o Extracelulares:
 Endotoxinas: generalmente con componentes de la pared celular bacteriana como lipipolisacáridos (LPS) o péptidoglicanos.
 Exotoxinas: son sintetizadas por la bacteria al medio exterior. Se mide el título del Ac.
o Intracelulares: crecen en el interior de las células, normalmente las células fagocíticas, haciéndose inaccesibles a los anticuerpos. Respuesta con linfocitos Tc y Th1 (los antígenos intracelulares son procesados y presentados).
 VIRUS. Son microorganismos intracelulares. Respuesta con Th1 o Ac.
 HONGOS. Extracelulares: poco importantes si hay un buen sistema defensivo pero si se implantan dan lugar a graves problemas.
 PARÁSITOS.
o Protozoos: puede haberlos extracelulares o intracelulares.
o Helmintos: extracelulares, aumento de IgE.
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INFECCIÓN BACTERIANA
Ante cualquier infección, el organismo invadido reacciona, poniendo en marcha la respuesta inflamatoria (respuesta inmune innata), para después combatir la infección posteriormente de forma adaptativa (que difiere según sea una infección por bacterias intra o extracelulares).
Así, cuando un patógeno supera las “barreras defensivas exteriores” y se introduce en el medio interno, se produce la activación del complemento (por la vía alternativa o de las lectinas) tras el contacto de estas proteínas con los residuos de membrana bacterianos (primera línea de respuesta humoral).
Como consecuencia de esta activación, se produce la lisis celular (MAC) pero además se generan una serie de moléculas (factores del complemento o fragmentos de los mismos) que tienen actividad biológica por sí mismos. Esa actividad biológica consiste en activar a los macrófagos y en inducir una respuesta inflamatoria localizada.
Si los patógenos consiguen atravesar los epitelios y llegar hasta el tejido conjuntivo subepitelial, son fagocitados por los macrófagos, que son capaces de unirse a los microorganismos gracias a sus receptores TOLL. Esta fagocitosis puede tener como consecuencia la destrucción de los patógenos, pero además, también es capaz de producir citoquinas (que inducen la inflamación) y llevar a cabo la presentación antigénica (con lo que participan en la generación de una respuesta inmune adaptativa).
De cualquier manera, el reconocimiento de los microorganismos por los efectores del sistema inmune innato provoca la secreción de una serie de mediadores que inducen la inflamación local y efectos sistemas (fiebre, etc.).
INICIO DE LA RESPUESTA INFLAMATORIA: RESPUESTA INMUNE INNATA
El daño tisular permite la entrada del material séptico en el tejido celular subcutáneo. La respuesta infamatoria es:
– Una reacción que requiere de vascularización y permeabilidad vascular.
– Un sistema redundante, amplificador y regulado.
Es necesario notar que aunque lo expliquemos como consecuencia a una infección bacteriana, puede ser causada por otros agentes infecciosos como virus, hongos o parásitos, e incluso como respuesta al desarrollo de un tumor o a un traumatismo.
1. FASE VASCULAR.
a) Las bacterias activan el complemento por la vía de las lectinas o por la vía alternativa. De esta manera se favorece el quimiotactismo y la opsonización.
b) Las células inmunitarias cercanas al foco donde se ha producido la infección (foco infeccioso) comienzan a liberar factores vasoactivos y quimiotácticos (citoquinas, factores del complemento…), que como consecuencia se produce:
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 Un incremento del diámetro vascular: por la contracción del musculo liso vascular, se produce un aumento del flujo sanguíneo, claro y enrojecimiento de la zona.
 Un aumento de la permeabilidad vascular: por la relajación de las células que conforman el endotelio se produce una acumulación local del fluido y, por tanto, hinchazón (edema) y acumulación de las células y proteínas sanguíneas (Igs, factores del complemento…).
c) Apertura del lecho capilar: aumenta la superficie de contacto entre la sangre de los capilares y el tejido. Esto, entre otros, está causado por la activación de los mastocitos, los cales liberan mediadores de la inflamación (que permiten un incremento del tamaño de los poros de las células endoteliales de los vasos). Cabe decir que también los basófilos liberan esos mediadores (los basófilos acuden al foto una vez se ha desgranulado el mastocito).
d) Se produce una salida de exudado proteico (en el que existen más factores del complemento, proteínas de la fase aguda…) hacia el foco inflamatorio.
e) Incremento de la expresión de moléculas de adhesión endotelial: algunas células tales como los fagocitos y los leucocitos, poseen receptores para esas moléculas de adhesión (ICAM, VCAM, P-selectina), de tal manera que se facilita la interacción entre las células y el endotelio.
f) Favorecido por la interaccion endotelial, se produce la extravasación de elementos celulares (leucocitos – proceso conocido como diapedesis) y solubles (interleuquinas) de los capilares al tejido conjuntivo extravascular.
De este modo, se consigue reclutar elevados números de células circulantes en el foco inflamatorio.
2. FASE LEUCOCITARIA.
Una vez en el foco inflamatorio, los leucocitos desarrollan sus funciones inmunológicas (fagocitosis, desgranulación, etc.).
 Si la inflamación es aguda, predominan los neutrófilos.
 Si la inflamación es crónica, predominan los basófilos y los eosinófilos.
Los signos locales de la inflamación son:
– Calor, rubor: debido a las alteraciones vasculares (aumento del flujo sanguíneo por el incremento del diámetro vascular).
– Hinchazón (edema): debido a la acumulación local de fluido y a la infiltración celular (como consecuencia del aumento de la permeabilidad vascular).
– Dolor: como consecuencia de la estimulación de terminaciones nerviosas.
Como ya hemos dicho, además del proceso inflamatorio local, también se pone en marcha una respuesta sistémica, que también se conoce como respuesta de fase aguda. Está provocada, fundamentalmente, por la acción del TNFα y las IL-1 e IL-6 (liberadas por los macrófagos en la respuesta a la infección) sobre distintas células, tejido y órganos, con el objetivo de coordinar una reacción global de todo el cuerpo frente a la infección.
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Entre estas acciones destacan:
 Aumento del catabolismo de grasas y proteínas (tejido adiposo, hepático y muscular) para inducir un aumento de la temperatura corporal (fiebre) vía hipotálamo. La fiebre es beneficiosa para resolver la infección, ya que el aumento de temperatura favorece la respuesta inmune y dificulta el crecimiento de muchos microorganismos.
 Incremento de las proteínas de la fase aguda sintetizadas por los hepatocitos. Estas proteínas son capaces de unirse a restos bacterianos, provocando la activación de la vía clásica del complemento (imitan a los Ac), contribuyendo así a la opsonización. Además también dificultan el crecimiento de los microorganismos, etc.
 Leucocitosis o incremento de leucocitos en sangre. Se produce en respuesta a algunas citoquinas liberadas por los macrófagos (como el GM-CSF).
RESPUESTA INMUNE ADAPTATIVA
Como sabemos, la respuesta inmune adaptativa tiene como objetivo actuar de forma específica con los determinantes antigénicos propios de la bacteria.
En función de la naturaleza de la bacteria, es decir, en función de si es una bacteria extracelular o una bacteria intracelular, los mecanismos que se utilicen serán distintos:
 BACTERIA EXTRACELULAR – LINFOCITOS B.
Las bacterias extracelulares pueden ser eliminadas por el proceso inflamatorio. En función de los tipos de bacterias que sean, serán más efectivos unos mecanismos efectores que otros:
 Bacterias Gram+: son efectivas las lisozimas de los neutrófilos.
 Bacterias Gram-: es muy efectiva la activación del complemento.
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Sin embargo, siempre es conveniente que se desarrolle una respuesta adaptativa, sobre todo para que pueda quedar memoria y, la próxima vez que no infecte el mismo patógeno, que su destrucción se mucho más rápida y potente.
Frente a las bacterias extracelulares, el mecanismo adaptativo de eliminación depende de linfocitos B que producen Ac específicos (sobre todo IgG, AgA e IgM). El linfocito B tiene que ser previamente activado.
 BACTERIA INTRACELULAR – LINFOCITOS T.
Las bacterias intracelulares tienen la peculiaridad de que son capaces de penetrar las membranas celulares e infectar a las células de nuestro organismo. Como consecuencia, la inmunidad innata no suele ser muy efectiva ni tampoco suelen ser alcanzadas por los Ac. Es por ello que la respuesta inmune adaptativa está mediada por linfocitos T ya sean CD4 o CD8.
 Los CD4 liberan citoquinas e IFN-ϒ, activan a los macrófagos para que fagociten las células infectadas.
 Los CD8 llevan a cabo su función citolítica celular.
Cabe decir también que, en algunas ocasiones, como consecuencia e las moléculas HLA pueden activarse las células NK.
INFECCIÓN VÍRICA
Los virus son microorganismos intracelulares, cuya característica más destacada es que necesitan la maquinaria de replicación de la célula a la que infectan para poder reproducirse.
La estrategia consiste en introducir su material genético en el de la célula a la que infectan, para que de esta manera pueda replicarse junto a ella.
RESPUESTA INMUNE INNATA
Cuando penetra un virus, se desarrolla la respuesta innata (inflamatoria) típica, que intenta mantener al virus bajo control hasta que se produce la respuesta adaptativa.
Se liberan una gran cantidad de citoquinas, aunque predominan los interferones, sobre todo, los tipo I (alfa y beta), que intentan dificultar la entrada del virus en el interior celular.
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RESPUESTA INMUNE ADAPTATIVA
Se puede dividir en dos procesos:
1. PROTECCIÓN CONTRA LA INFECCIÓN.
En un primer lugar, se intenta llevar a cabo la neutralización del virus, es decir, se intenta evitar que el virus penetre en las células. Para ello se sintetizan anticuerpos.
2. ERRADICACIÓN DE LA INFECCIÓN ESTABLECIDA (LISIS).
Si no se ha podido evitar que el virus penetre en las células, se ponen en marcha dos respuestas fundamentalmente, que pretenden erradicar las células infectadas: los linfocitos T y las células NK.
INFECCIÓN POR HONGOS
Las infecciones por hongos son bastante comunes (frecuentes), sin embargo, en individuos inmunocompetentes no son graves, sino que son infecciones localizadas en piel y mucosas, fundamentalmente. Únicamente tomarán un pronóstico de gravedad si la persona infectada padece una inmunodeficiencia. En este caso, las infecciones contraídas se convierten en infecciones sistémicas o crónicas, difíciles de controlar.
Suelen ser eliminados por el sistema inmune innato, aunque pueden existir algunas colaboraciones adaptativas. Las barreras que establece el organismo contra el crecimiento de los hongos son las siguientes:
 PIEL. Los dermatocitos producen queratina y otras secreciones (sebáceas fundamentalmente) que controlan el crecimiento de los hongos.
 ORGANISMOS COMENSALES. Proporcionan una protección muy eficaz contra los hongos (ya que compiten por el alimento con ellos). Es importante saber que si se toman muchos antibióticos, se es más propenso a sufrir infecciones fúngicas (puesto que se destruyen los microbios comensales).
 FAGOCITOSIS. Llevada a cabo sobre todo por los neutrófilos.
 ANTICUERPOS. Sobre todo IgA (en el caso de infecciones más graves).
 RESPUESTA CELULAR TIPO T. Al igual que en el caso anterior, sólo se produce si la infección es muy grave.
INFECCIÓN POR PARÁSITOS
Los parásitos conforman un grupo de microorganismos bastante heterogéneo, que se puede dividir en protozoos y helmintos (en función de su tamaño y de su ciclo celular). Cabe decir que algunas infecciones por parásitos son difíciles de controlar.
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 PROTOZOOS.
Los protozoos son microorganismos pequeños. Su ciclo celular tiene lugar en diferentes zonas: tiene fases extracelulares y algunas intracelulares, lo que los hace difíciles de tratar (porque en unas etapas presenta Ag diferentes a los que presenta en otras etapas).
Para acabar con ellos se utilizan mecanismos de inmunidad innata y algunos de inmunidad adquirida:
 Macrófagos: sobre todos, macrófagos activados, que son mucho mas potentes. Algunos protozoos son resistentes a la fagocitosis por macrófagos.
 Neutrófilos. También llevan a cabo la fagocitosis.
 Células NK. Aunque no son capaces de actuar contra ellos para lisarlos, sí son capces de producir IFN-ϒ.
 Linfocitos Th1. Colaboran en la activación de los macrófagos.
 HELMINTOS.
Los helmintos son parásitos de mayor tamaño y suelen ser extracelulares. Dado que son difíciles de fagocitar, los mecanismos que se utilizan son los siguientes:
 Anticuerpos. Producidos por las células B. predomina la IgE.
 Granulocitos. Entre ellos, los más importantes son los eosinófilos (que liberan la proteína básica) y los basófilos (que liberan histamina, leucotrienos y prostaglandinas).
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MICROORGANISMOS
Los microorganismos los largo de la evolución, han sido capaces de generar una serie de mecanismos de escape a las vías existentes en la defensa inmune. Dentro de esos mecanismos, se encuentran:
 Variación antigénica: algunos virus, por ejemplo, el virus de la gripe, mutan constantemente, lo que impide que se generen mecanismos de memoria eficaces para reconocerlo una vez para otra (porque los Ac que se iban a sintetizar ya no son efectivos).
 Inhibición de la activación del complemento/resistencia al ataque del complemento.
 Defensa contra el interferón: algunos virus poseen mecanismos de defensa propios frente al IFN (que, como sabemos, impide la entrada de los virus en las células).
 Disminución de la expresión de moléculas HLA-I: esto sucede, sobre todo, en los virus. Como ya dijimos, esto conllevaría la activación de las células NK, a no ser que mantengan la proporción necesaria mínima de HLA para no ser reconocidas por las NK.
 Inhibición del procesamiento y presentación antigénica: los virus, por ejemplo, pueden llegar a impedir la actividad del proteosoma o bien bloquear el transporte de las proteínas al citosol. De esta manera, se impide que las células HLA puedan presentar Ag.
 Infección de células inmunocompetentes: es lo que sucede en el virus del VIH (SIDA), que infecta a las propias células defensivas del organismo (CD4), de manera que el organismo sucumbe nte infecciones ocasionales.
 Producción de sustancias homólogas a citoquinas inmunosupresoras.
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 Se despojan de antígenos: sobre todo con los parásitos.
 En estado latente no se evidencian: dado que no se sintetizan proteínas víricas en estado latente, tan solo pueden ser reconocidos cuando van a reproducirse, momento en el que la infecciones puede estar ya bastante extendida.
 Resistencia a la fagocitosis: las bacterias intracelulares, por ejemplo, bloquean la fusión del lisosoma con el fagolisosoma, resistiendo al ataque oxidativo.
CÉLULAS CANCEROSAS
Como sabemos, las células de los organismos se diferencian y proliferan siguiendo un “programa” genético que está regulado por estímulos extracelulares.
Alteraciones en este sistema de regulación son las que constituyen la base genética del cáncer. El tumor maligno o cáncer no es más que una acumulación de mutaciones que afecta a las células somáticas de un organismo, haciendo que éstas proliferen de una forma descontrolada.
El que una determinada célula se convierta en cancerosa en un momento determinado puede depender de varios factores:
 Agentes químicos o radiaciones ionizantes (sobre todo gamma). Esto factores son capaces de causar la activación de los oncogenes o bien de inhibir los genes supresores de tumores.
 Infecciones por virus. Existen algunos virus (como el virus del papiloma humano – HPV) que contienen protooncogenes ya mutados (es decir, oncogenes) como parte de su propio material genético, de manera que cuando infectan a una célula e introducen en el material genético de la misma su propio genoma (para poder replicarlo), están induciendo la conversión de esa célula en una célula neoplásica o tumoral.
Durante este proceso de generación de tumores, las células tumorales acumulan mutaciones que pueden llevar a cambios en las proteínas propias de la célula o bien llevar a que estas expresen proteínas extrañas de virus oncogénicos (en función del agente que haya provocado la mutación). Estos cambios pueden ser detectados por el sistema inmune y suelen constituir lo que se conoce como antígenos tumorales.
Estos antígenos expresados por las células tumorales (y que no están presentes en las células normales), son la base de la teoría de la inmunovigilancia. Postulada por Burnet en los años 50, afirmaba que estos antígenos tumorales deberían hacer que la célula tumoral pudiera ser
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reconocida por el sistema inmune como extraña y, por tanto, debería ser destruida. Dado que se sabía que continuamente se generan en nuestro organismo células mutadas (y estas son destruidas puesto que normalmente los individuo no suelen desarrollar tumores en condiciones normales), concluyó que el organismo desarrollaba un cáncer cundo su sistema inmune de vigilancia fracasaba en su funciones. Se aceptaba pues, que los tumores provocaban una respuesta inmunológica concretamente, una respuesta celular.
Para poder llegar a esta conclusión se realizaron complicados experimentos con ratones (con cepas endogámicas, es decir, con ratones genéticamente iguales, para que los resultados de los experimentos fueran 100% achacables al experimento en sí y no a las diferencias aloantigénicas entre los ratones). El experimento era el siguiente:
– Se inducía la aparición de un tumor A en los ratones.
– Posteriormente, ese tumor se extirpaba o bien las células tumorales eran irradiadas. Como consecuencia, los ratones quedaban “inmunizados” contra el tumor A. esta “inmunización” se comprobó cuando se volvía a inyectar el tumor A en los ratones que habían sido inmunizados: en ellos no se desarrollaba el tumor (era rechazado).
– Sin embargo, si el tumor A era inyectado en ratones vírgenes (que no habían sido puestos en contacto con el tumor A previamente), estos sí desarrollaban el tumor.
– Además, si a los ratones inmunizados para el tumor A se les inyectaba un tumor B, este
sí prendía de ellos.
Se comprobaba pues que se conseguía una inmunización contra el tumor A. esa inmunización estaba basada en la memoria inmunológica que quedaba tras la primera exposición al tumor (dado que los tumores desarrollan antígenos específicos, si los extirpábamos, el ratón quedaba inmunizado frente a ellos), que hacía que los linfocitos T se encargaran de que el tumor A no prendiera de nuevo.
A los antígenos responsables de la inmunización se les denominó antígenos tumorales asociados a trasplantes (TATA).
El primer antígeno tumoral human fue descubierto el 1985 en un melanoma y se denominó MAGE. A partir de entonces se descubrieron un gran número de antígenos tumorales diferentes, los cuales se clasifican en la actualidad en diferentes familias: antígenos virales, antígenos originados por mutación (causado por radiaciones ionizantes, por carcinógenos químicos), antígenos propios de tumores (no son antígenos mutados), antígenos de diferenciación, antígenos superpresentados…
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Hoy en día se acepta que la inmunidad mediada por células T tiene una gran importancia en el rechazo de tumores experimentales.
El mecanismo por el cual los linfocitos T son capaces de destruir a una célula tumoral reside en que son capaces de reconocer los antígenos tumorales que son presentados en la membrana de las células por parte de las moléculas de histocompatibilidad.
En algunos casos se ha demostrado que esa respuesta del sistema inmune es capaz de eliminar ciertos tumores. Sin embargo en la mayoría de los casos, aunque exista una respuesta inmunológica frente a un tumor, ésta es incapaz de erradicarlo. Las razones de esta ineficacia se están empezando a desentrañar: muchos tumores desarrollan lo que se conoce como mecanismos de escape, es decir, estrategias que les permiten subvertir la respuesta inmunológica. Estas vías de escape posibilitan que un tumor pueda evitar ser reconocido (u, por tanto, destruido) por el sistema inmune.
Estas vías son múltiples, aunque destaca una por encima de las demás: presentan baja inmunogenicidad.
Esto quiere decir que presentan capacidad de provocar una respuesta inmune y se debe, fundamentalmente, a que disminuye en ellas la expresión de moléculas HLA de clase I. algunos tumores sufren mutaciones en los genes del MCH (situados en el cromosoma 6) que codifican para la expresión de las moléculas HLA. Si estas moléculas no se expresan en la superficie, aunque tenga lugar l procesamiento antigénico y lo tumores den lugar a la generación de péptidos que serían reconocidos como extraños por las células del sistema inmune, si estos no pueden ser presentados a las células efectoras, no puede tener lugar la respuesta inmune correspondiente.
Sin embargo, podríamos pensar que si no expresan moléculas HLA-I, entonces deberían ser reconocidas por las células NK (que, precisamente, se encargan de eliminar a este tipo de células). De hecho, la vía de escape reside en este punto concreto: la expresión de moléculas HLA no está por completo inhibida, sino que puede conservarse la expresión de algunas moléculas de clase I, que evita que estas células sean destruidas por las células NK.
Así pues, estamos hablando de que las células cancerosas pueden presentar distintos fenotipos HLA, que constituyen la vía de escape tumoral a la respuesta inmune:
– Fenotipo I: se produce la pérdida local de moléculas HLA-I. en realidad, estas células podrían ser en principio reconocidas por las células NK.
– Fenotipo II: se produce la pérdida de 3 moléculas HLA, debido a la pérdida de un cromosoma 6 íntegro.
– Fenotipo III: se produce la pérdida de 2 moléculas HLA, debido a la pérdida de un locus (en los dos cromosomas).
– Fenotipo IV: se produce la pérdida de 1 moléculas de HLA debido a la pérdida de un solo alelo.
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Cabe decir que esta pérdida de la expresión de HLA parece tener mucho que ver con el desarrollo de los tumores. Cuando comienza a desarrollarse el tumor, éste es muy heterogéneo y la mayor parte de las células tumorales mantienen la expresión normal de moléculas HLA-I, siendo sólo unas pocas las que la pierden (porque las mutaciones afectan a los genes concretos del MHC). Como consecuencia, se produce una inmunoselección paulatina: las células tumorales que mantienen la expresión son capaces de presentar el antígeno tumoral de manera que son destruidas por los linfocitos T. Así, dado que las otras no pueden ser reconocidas, poco a poco se van destruyendo las células capaces de presentar el Ag, pero van proliferando las células capaces de escapar a una respuesta. El tumor pasa a estar solo formado por células resistentes a la respuesta inmune, que es lo que provoca que los tumores sean verdaderamente peligrosos e inaccesibles para el sistema inmune.
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TEMA 1……………………………………………Introducción y aspectos generales en eucariotas
TEMA 2……………………………………………………………Condensación del DNA y cromosomas
TEMA 3…………………………………………………………………………………….…Replicación del DNA
TEMA 4………………………………………………………………………………………………….Transcripción
TEMA 5……………..…Control de la expresión génica: pretanscripcional y transcripcional
TEMA 6…………………………………………Maduración del RNA o proceso postranscripcional
TEMA 7…………………………………………………………………………………………..El código genético
TEMA 8……………………………………………………………………Síntesis de proteínas: Traducción
TEMA 9………………………………..Bases moleculares de la mutación y reparación del DNA
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TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Francis Crick introdujo el término “Dogma central de la genética molecular” para describir el flujo de la información genética y la utilización celular de dicha información.
En concreto, la transmisión de la información contenida en la secuencia de DNA a las células y organismos descendientes mediante la replicación, y su expresión en biomoléculas funcionales mediante los procesos de transcripción y traducción.
Comprende, pues, el conjunto de relaciones existentes entre el DNA, el RNA y las proteínas.
Debe de resaltarse que la expresión abreviada DNA  RNA  Proteína no indica la transformación de una molécula en otra, sino que cada elemento en su secuencia aporta la información necesaria para la síntesis del siguiente.
El progreso en el conocimiento de los procesos de transmisión de la información genética obligó a la ampliación de este sistema básico original para acomodar otros procesos que también ocurren, al menos, en algunos organismos como alguno virus.
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DNA COMO MATERIAL GENÉTICO:
PASADO, PRESENTE Y FUTURO
El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos se inicia en el siglo XIX con el aislamiento en el núcleo de una nucleína formada por una parte ácida (hoy, DNA) y una parte básica (proteína). La estructura en sí sólo se conoció a mediados del siglo XX, al mostrarse que el DNA era el componente cromosómico depositario de la información genética.
Tras estas aportaciones iniciales, el verdadero inicio lo constituyó la propuesta de estructura en doble hélice para el DNA, formulada por Watson y Crick. A partir de este momento, casi todo el esfuerzo realizado se centra en el estudio del DNA genómico, desde el punto de vista estructural y funcional, en procariotas y eucariotas.
Queda pendiente para un futuro la próxima conclusión del Proyecto Genoma Humano (genómica funcional – el análisis de las funciones de cada gen) y la disección de la estructura y función de las proteínas (proteómica). Como expresión de estos nuevos conocimientos, ha surgido una gran cantidad de campos de actividad en las Ciencias de la Salud (Medicina, Farmacia y Veterinaria).
CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL GENOMA
GENOMA DE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
Conceptualmente, el genoma es considerado como el “patrimonio genético”, es decir, el conjunto total de material genético hereditario presente en una célula, tanto nuclear como extranuclear (mitocondrias, cloroplastos y plásmidos), codificante o no.
 Procariotas.
El genoma de procariotas es, comparativamente, de pequeño tamaño y relativamente sencillo. Se reduce a un único cromosoma formado por una molécula circular de DNA, localizado en suspensión en el citosol, en la llamada zona nuclear o nucleoide, sin membrana que la delimite.
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Es frecuente además encontrar una cantidad de material genético extra, no esencial, en forma de pequeñas moléculas circulares de DNA llamadas plásmidos.
Estos poseen la propiedad de replicación autónoma sin coordinación alguna con la división celular y codifican proteínas que confieren resistencia a los antibióticos u otros materiales tóxicos ofreciendo una importante aplicación como herramientas en la tecnología del DNA recombinante, concretamente como vectores para la incorporación de DNA a la células.
 Eucariotas.
El genoma nuclear de los eucariotas aparece bajo do formas diferentes durante el ciclo celular: la cromatina (en interfase), como material filamentoso disperso por el núcleo, y los cromosomas (en división), como entidades morfológicas fácilmente observables.
Ambas formas están constituidas por las mismas moléculas lineales largas de DNA de doble hebra, estrechamente asociadas a proteínas.
El genoma de orgánulos está organizado en cromosomas circulares, al igual que el de procariotas.
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MAGNITUD DEL GENOMA NUCLEAR DE EUCARIOTAS
El valor C consiste en expresar la cantidad de DNA total en el genoma de una célula con respecto a la presente en una célula haploide de la misma especie. En células diploides el valor puede ser de 2C o 4C, dependiendo del estadío del ciclo celular.
Se procede ahora a analizar la magnitud del genoma de forma comparativa tanto entre individuos de la misma especie como entre especies distintas:
– Todas las células de los individuos de una misma especie poseen la misma cantidad total de DNA y número de cromosomas.
– El contenido total de DNA varía ampliamente entre especies diferentes.
Cabe destacar que no existe correlación ninguna entre el tamaño del genoma u el número de cromosomas o la escala evolutiva. Esta ausencia de correlación entre la cantidad de material genético y la complejidad del organismo sugiere que el tamaño de genomas de organismos superiores es muy superior al necesario y, por tanto, que una gran parte es no codificante.
MAGNITUD Y CARACTERÍSTICAS DEL GENOMA MITOCONDRIAL
Cada mitocondria posee varias copias de un único cromosoma, situadas en la matriz mitocondrial y ancladas a la membrana interna. Este cromosoma es bicatenario y circular, como el de los procariotas, aunque de tamaño muy inferior.
A diferencia del DNA nuclear, el mtDNA es en su casi totalidad codificante y no repetitivo, posee 37 genes y supone sólo el 5% de las proteínas mitocondriales (ya que es resto son codificadas por el DNA nuclear).
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CONDENSACIÓN DEL DNA EN EUCARIOTAS
La condensación del DNA comprende dos aspectos, teóricamente independientes pero funcionalmente relacionados y subordinados entre sí.
La condensación del DNA desde cromatina a cromosoma ocurre de forma gradual durante la fase G2 del ciclo celular, mientras que el proceso inverso, la descondensación del DNA, comienza después de la división celular (fase M) y continúa a la fase G1.
PROTEÍNAS COMPONENTES DE LA CROMATINA
 HISTONAS.
Son las principales proteínas componentes del material genético de eucariotas. Su función fundamental es estabilizar la estructura de DNA, contribuyendo a compactarla, para facilitar su empaquetamiento.
Estructuralmente, posee un elevado contenido de aminoácidos básico y se asocian fuertemente a interacciones electrostáticas, con los grupos fostato del esqueleto polianiónico.
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 PROTEÍNAS NO HISTONAS.
En la cromatina se pueden encontrar otras proteínas, menos abundantes, más variables entre tejidos y especies y que realizan una función estructural. Éstas son: las protaminas, las HMG y las proteínas del esqueleto o matriz nuclear.
NIVELES DE CONDENSACIÓN DEL DNA NUCLEAR EUCARIÓTICO
Se denomina grado de condensación o de empaquetamiento al cociente entre la longitud del B-DNA en doble hebra y el tamaño del mismo una vez condensado.
La condensación del DNA puede estudiarse en cuatro niveles:
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DISPOSICIÓN EN NUCLEOSOMAS Y FIBRAS DE 10NM
El nucleosoma es la unidad básica o elemental de la cromatina y los cromosomas. Constituye un patrón regular de interacción entre el DNA y las histonas, responsable de la organización estructural del material genético en todos los organismos eucariotas.
Cada nucleosoma está formado por 9 moléculas y un tramo de DNA.
La fibra de 10nm es una estructura de nucleosomas espaciados a lo largo de la molécula de DNA y su grosor corresponde al diámetro del nucleosoma. El grado de empaquetamiento alcanzado es unas 6 veces superior al de la doble hélice de DNA extendida.
La fibra de 10nm también se llama “estructura en cuentas de rosario”.
FORMACIÓN DE LA FIBRA DE 30NM
La fibra de 30nm o solenoide supone un grado de empaquetamiento 40 veces superior al de la doble hélice original. Esta fibra contiene algo más de 6 nucleosomas por cada vuelta.
Aunque se desconoce su estructura in vivo, se cree que la histona H1 queda situada en el interior del solenoide, acercando los nucleosomas entre sí. De hecho, la principal diferencia entre la fibra de 30nm y la fibra de 10nm es la presencia de H1.
CROMATINA O CROMOSOMA INTERFÁSICO
Los bucles o asas radiales, formados por unos 50 ó 100 kb de fibra de 30nm, emergen de una armazón de proteínas no histonas denominado esqueleto nuclear. Estos bucles constituyen unidades transcripcionales, al haberse observado su presencia dentro de un solo bucle de un gen completo o bien de un grupo de genes regulado de forma común.
El grado de condensación es de 1000 ó 2000 y esta diversidad local de condensación se observa en forma de la presencia simultánea de eucromatina y heterocromatina en una célula en interfase.
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CROMOSOMA METAFÁSICO
Los cromosomas metafásicos son corpúsculos observables al microscopio óptico que muestran, en general, aspecto de bastoncillos con dos cromátidas más o menos separadas entre sí.
ESTUDIO DEL CROMOSOMA METAFÁSICO
ASPECTOS CITOGENÉTICOS
 MORFOLOGÍA DE LOS CROMOSOMAS.
Se llama centrómero, constricción primaria o central a la región más estrecha del cromosoma, por la que permanecen unidas las dos cromátidas hermanas. Éste delimita los brazos cromosómicos (cuatro antes de la mitosis y dos tras ella). Los brazos cortos se designan con la letra p y los largos con la letra q.
En los brazos cortos de los cromosomas acrocéntricos existen, además, otros estrechamientos de la cromátida, denominados constricciones secundarias, zonas en las que la espiral somátida presenta un diámetro más reducido. Delimitan una sección terminal en el cromosoma, a modo de una pequeña esfera, a la que se llama satélite cromosómico.
 CARIOTIPO.
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REGIONES CON SIGNIFICADO FUNCIONAL
 CENTRÓMERO.
Se puede considerar el centro cinético del cromosoma, pues sobre él se sitúan las estructuras llamadas cinetocoros, a las cuales se unen las fibras que constituyen el huso acromático o huso mitótico. Estas fibras, filamentos contráctiles o microtúbulos de naturaleza proteica, ejercen la tracción necesaria para separar las dos cromátidas durante la división celular. De esta forma se produce la segregación ordenada de los cromosomas.
Las secuencias esenciales para la función de los centrómeros son muy ricas en pares AT y se repiten entre 2000 y 3000 veces en cada centrómero.
 TELÓMEROS.
Los telómeros son las regiones situadas en los extremos de los cromosomas eucarióticos, constituidas con secuencias especializadas de DNA asociado a proteínas y con características estructurales y funcionales propias que las diferencias de otras regiones cromosómicas.
Están formados por dos tipos de secuencias de DNA. Una de ellas, denominada secuencia telomérica, repetición telomérica o repetición terminal, constituye el extremo de la cadena de DNA del cromosoma, mediante la repetición en tándem de un oligonucleótido corto (TTAGGG). Generalmente esta secuencia es más rica en G en una de las hebras, la que forma el extremo 3’. Existen también unas secuencias más complejas adyacentes a las anteriores que se denominan asociadas a telómeros o secuencias subteloméricas.
A los telómeros se le han asociado distintas funciones:
– Estabilizan y mantienen la integridad estructural del cromosoma.
– Aseguran la replicación completa de los extremos del cromosoma.
– Están implicado en la arquitectura tridimensional del núcleo y/o del apareamiento cromosómico.
DOTACIÓN GENÉTICA EN EUCARIOTAS
NÚMERO DE CROMOSOMAS (n)
Se habla de células haploides (y de organismo haploides, si están formados sólo por ellas) cuando cada cromosoma se presenta en forma individual, de modo que cada célula contiene un juego de cromosomas, todos distintos entre sí. El número de cromosomas se identifica con el número n.
Por el contrario, se denominan células diploides (y organismos diploides) a aquellas células en las que se observan parejas o pares de cromosomas morfológicamente iguales entre sí; los dos miembros de la pareja se denominan cromosomas homólogos. Por tanto, cada célula diploide tiene dos juegos de cromosomas y se identifica con el número 2n. En cada par, un cromosoma se ha heredado del padre y otro de la madre.
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LOCUS Y ALELO
En las situaciones en las que existen dos o más alelos en una población se dice que hay polimorfismo, obviamente referido al locus considerado.
GENOTIPO, FENOTIPO Y DOMINANCIA
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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA REPLICACIÓN
La replicación es el proceso, conceptualmente sencillo pero molecularmente complejo, mediante el cual a partir de una molécula de DNA progenitora o parental se sintetiza una nueva, originándose así dos moléculas de DNA hijas, de secuencia idéntica a la del DNA original. Esto permite el paso de la información genética a la descendencia.
La replicación se produce de forma coordinada con la división celular, concretamente en la fase S.
Antes de estudiar los detalles moleculares de la síntesis de un nuevo DNA, procede analizar las características principales del proceso, que son:
 CARÁCTER SEMICONSERVADOR.
 SÍNTESIS SIMULTÁNEA. La síntesis no comienza al azar, sino en puntos concretos de la molécula, denominados “orígenes de replicación”. En cada uno de ellos se produce la apertura local de la doble hélice y comienza la síntesis simultánea de las dos nuevas hebras.
 SÍNTESIS SECUENCIAL. Como consecuencia a lo anterior, las dos nuevas hebras se van alargando progresivamente, por adicción secuencial de nucleótidos.
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 SÍNTESIS BIDIRECCIONAL. La separación de las dos hebras progenitoras, que comienza en el mismo origen, progresa en ambas direcciones. A los puntos de transición entre doble hebra y hebras sencillas se los llama “horquillas de replicación”, y van alejándose entre sí.
 HEBRAS ANTIPARALELAS. Las dos hebras de DNA son antiparalelas, ya que su separación con el avance de la horquilla progresa en sentido opuesto, para una hebra de 3’ a 5’ y para la otra 5’ a 3’.
 INICIO MONOFOCAL O MULTIFOCAL.
o En el cromosoma circular único de procariotas la replicación siempre en un punto determinado denominado oriC, por lo que se dice que la replicación es monofocal.
o Por el contrario, en eucariotas la replicación es multifocal, pues en cada uno de los cromosomas existen múltiples orígenes de replicación, gracias a los cuales se hace posible completar la replicación en un tiempo razonable.
 CARÁCTER SEMIDISCONTINUO. una hebra se puede leer en dirección 5’-3’ (la hebra conductora) al ser obligatoria la dirección de síntesis 5’-3’, sin embargo la otra hebra ha de sintetizarse de forma discontinua en fragmentos de Okazaki.
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ENZIMOLOGÍA DE LA REPLICACIÓN
REQUERIMIENTOS DE LA REACCIÓN DE SÍNTESIS DEL DNA
 Cebador: la síntesis se una nueva hebra de DNA no puede comenzarse a partir de dos nucleótidos, sino que requiere un fragmento de hebra iniciador, denominado cebador, que aporte un grupo 3’-OH libre. Se trata de un oligonucleótido, por lo común RNA, que debe estar apareado a la hebra progenitora de DNA, de forma complementaria y antiparalela.
 Sustratos. Se utilizan como sustrato el conjunto de los cuatro desoxirribonucleótidos (dNTPs): adenina (dATP), guanina (dGTP), citosina (dCTP) y timina (dTTP).
 Cofactores. Se requiere de un ion metálico como cofactor, asociado a los dNTPs: el Mg2+.
 Molde o plantilla. Ésta es quizá la principal característica de la reacción. El orden correcto de incorporación de los dNTPs viene determinado por su complementariedad de bases con la secuencia de cada hebra de DNA.
MECANISMO DE LA REACCIÓN Y DIRECCIÓN EN LA SÍNTESIS
Se inicia la reacción con el apareamiento de un dNTP complementario al nucleótido de la hebra molde (DNA) en la posición vecinal al extremo 3’ de la hebra en crecimiento (inicialmente, el RNA cebador, luego, la hebra que se está sintetizando), con la liberación de PPi. Ello implica la formación de un puente fosfodiéster entre el fosfato α del dNTP que se incorpora y el 3’-ON libre de la cadena en crecimiento.
Puesto que la adición de nucleótidos se realiza siempre a partir de 5’-trifosfatos y sobre un extremo 3’-OH libre, la hebra crece por su extremo 3’, y se dice que la síntesis transcurre en dirección 5’ 3’. Esto es válido para todas las DNA polimerasas.
TIPOS DE DNA POLIMERASAS (DNApol)
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 DNA POLIMERASAS PROCARIOTAS.
Existen tres tipos: la DNApol-I, la DNA-pol-II y la DNApol-III, de las cuales la DNApol-III realiza la mayor parte de la tarea de replicación.
Las tres DNA polimerasas presentan, además de su actividad enzimática como polimerasa, una o dos actividades exonucleasa. La actividad 3’-exonucleasa permite hidrolizar el nucléotido situado en el extremo 3’ de la hebra de DNA, sólo un nucleótido cada vez. Esta eliminación tiene lugar cuando el nucleótido incorporado por la actividad polimerasa a la cadena en crecimiento es erróneo y no aparea correctamente. En resumen, las tres DNA polimerasas corrigen sus propios errores en sentido 3’  5’, por lo que a esta actividad 3’-exonucleasa también se le llama actividad correctora de pruebas.
La DNApol-I de procariotas es única entre las polimerasas por poseer además una segunda actividad exonucleasa, en este caso 5’-exonucleasa, que le permite hidrolizar secuencialmente DNA o RNA a partir del extremo 5’ de la hebra. Con esto, se elimina el cebador que es sustituido por DNA y complementa la corrección de errores, por lo que en ocasiones se llama actividad de reparación.
 DNA POLIMERASAS EUCARIOTAS.
En eucariotas se han descrito más de cinco enzimas:
o La DNApol-α se encarga, gracias a su actividad primasa, se iniciar la síntesis mediante la formación de un RNA cebador y, gracias a su actividad polimerasa, e la elongación inicial de ese cebador.
o Las DNApol-δ y DNApol-ε son responsables de la mayor parte de la elongación de ambas hebras.
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o La DNApol-β no interviene en la replicación, sino que está implicada en la reparación de errores o daños en el DNA.
o La DNApol-ϒ es la que sintetiza el DNA mitocondrial.
Sólo las DNApol δ, ϒ y ε poseen actividad 3’-exonucleasa y ninguna de las polimerasas parece tener actividad 5’-exonucleasa.
VELOCIDAD DE REPLICACIÓN
En procariotas, la velocidad llega a 1000 nucleótidos por minuto.
En eucariotas, debido a un mayor tamaño de su genoma hace pensar en la necesidad de una gran velocidad de replicación que, sin embargo, no precisa ser tan elevada gracias a la existencia de varios orígenes de replicación en cada cromosoma.
Las polimerasas de mayor procesividad son las que intervienen en la elongación de las hebras de ADN, mientras que las de baja procesividad se encargan de tareas que podrían llamarse auxiliares, tales como la síntesis y eliminación de cebadores, su sustitución por DNA o la reparación.
ETAPAS EN EL PROCESO DE REPLICACIÓN
INICIACIÓN
En eucariotas en proceso ocurre, lógicamente, en la matriz nuclear y el DNA se replica una vez por ciclo celular, en la fase S.
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 Orígenes de replicación.
La replicación siempre comienza en puntos de la molécula de DNA son secuencias características.
En procariotas, el cromosoma tiene un origen de replicación único llamado oriC.
En eucariotas, como ya se ha comentado, la enorme longitud de los cromosomas requiere la existencia de numerosos orígenes de replicación.
El proceso de replicación se realiza en la unidad funcional del genoma, denominada replicón, y definida como aquella región de DNA que puede ser replicada a partir de un mismo origen.
 Proteínas de iniciación.
Tanto en procariotas como en eucariotas, el origen de replicación es reconocido por varias moléculas proteicas, que provocan el pliegue de la cadena de DNA y crean una tensión superhelicoidal negativa que facilita la separación de las hebras, generalmente por la abundancia de pares AT en esa región. También existen proteínas de iniciación que se unen específicamente a las secuencias de inicio eucarióticas formando un “complejo de reconocimiento del origen”.
 Proteínas necesarias entre la iniciación y la elongación.
Una vez formado el complejo de iniciación, la replicación precisa el desenrollamiento de la doble hélice, a fin de hacer accesibles las bases como molde para formar nuevas hebras. El desenrollamiento inicial en el tramo continua avanzando por delante de la polimerasa, y a medida que se van sintetizan las hebras nuevas se va recuperando el enrollamiento en las nuevas dobles hélices.
En estas operaciones de desenrollamiento o relajación y enrollamiento o compactación intervienen diversas proteínas especializadas, en concreto un complejo multiproteico formado por éstas y por las DNA polimerasas, el replisoma, que viajan asociado a cada horquilla.
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– Helicasas: se unen al DNA en el origen y actúan separando sus dos hebras.
– Proteínas de unión a hebra sencilla (SSB): evitan el reapareamiento de las hebras.
– Topoisomerasas: alivian la tensión y alteran el estado de superenrollamiento del DNA sin modificar en otros aspectos su estructura.
 Topoisomerasas de tipo I: escinden transitoriamente una hebra de DNA.
 Topoisomerasas de tipo II: cuyo ejemplo clásico es la girasa procariótica, cortan transitoriamente las dos hebras de DNA.
– Primasa: es RNA polimerasa dirigida por DNA encargada de sintetizar el cebador, ya que produce cadenas cortas de RNA complementarias de cada una de las hebras desemparejadas en el origen de replicación.
 En procariotas la primasa es una proteína independiente que forma parte de un complejo proteico llamado primosoma.
 En eucariotas la actividad primasa reside en la DNApol-α.
ELONGACIÓN
La replicación depende no sólo de la DNA polimerasa, sino de numerosas enzimas y factores proteicos que recién el nombre de replisoma o complejo de replicación.
Éste se asocia en torno a la horquilla de replicación para participar de forma directa o indirecta en la síntesis simultánea de ambas hebras.
 Asimetría de la replicación en ambas hebras.
Las DNA polimerasas sólo son capaces de sintetizar en dirección 5’  3’ que es la hebra conductora, líder o guía (y cuya hebra molde recibe el mismo nombre pero para evitar confusiones la llamamos molde de la hebra conductora).
Así, su complementaria, la hebra retardada o retrasada, requiere un mecanismo particular que entre otras cosas supone un desfase con la síntesis de la hebra conductora. La solución de este problema la lleva a cabo los fragmentos de Okazaki, en los que a cada uno de ellos les corresponde una porción de dicha hebra, y cuya síntesis sólo comienza cuando el avance de la horquilla ha liberado suficiente longitud de hebra sencilla como para que la polimerasa la utilice como molde en sentido 3’  5’.
Cada fragmento de Okazaki, requiere un RNA cebador, sintetizado por una actividad primasa.
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 Mecanismo de la elongación.
 Maduración de los fragmentos de Okazaki.
Para completar la síntesis de la hebra retardada, deben unirse los fragmentos de Okazaki. Este proceso requiere la eliminación de los cebadores, la elongación del fragmento adyacente para rellenar con DNA el hueco dejado por cara RNA cebador, y la unión o empale de los extremos resultantes para dar una hebra continua.
La última etapa en esta maduración, la unión de los fragmentos, es catalizada por DNA ligasas.
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TERMINACIÓN
Debe indicarse que este proceso no se conoce tan bien como los anteriores debido a su propia amplitud y complejidad.
 Final de la elongación.
Comprende la finalización propia de la elongación por parte de la DNA polimerasa, cuyo proceso es prácticamente desconocido pero cuya resolución no plantea ninguna complejidad conceptual, pues el relleno de huecos y la unión de los dos tramos de nueva hebra puede resolverse de la misma forma que la maduración y unión de los fragmentos de Okazaki en la hebra retardada.
 Replicación de los telómeros.
La replicación de los telómeros del cromosoma eucariótico supone otro problema en la terminación, pues como se verá en seguida, no puede llevarse a cabo mediante la elongación por la DNA polimerasa. El carácter cohesivo, en forma de salientes 3’ en uno de los extremos
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de los cromosomas, tanto paternos como filiales, se explica por el mecanismo de replicación discontinua de la hebra retardada. Como consecuencia adicional de dichos salientes 3’, se produce un acortamiento de las hebras de DNA en sucesivas rondas de replicación.
En cada ronda sucesiva de replicación, las hebras nuevas son más cortas en 5’ que su molde, por lo que la longitud del cromosoma se va acortando progresivamente en sus dos extremos o telómeros. Esto provoca un problema para la perpetuación del mensaje genético, que se puede resolver en la célula gracias a la actuación, también durante la fase S, de un nuevo tipo de enzima: la telomerasa, que alarga los telómeros compensando así la pérdida anterior. Esta telomerasa es una polimerasa de DNA dirigida por RNA que está formada por dos componentes:
a. Componente ribonucleotídico o “RNA de la telomerasa” (TR o TER), que incluye una secuencia complementaria a la secuencia telomérica respectiva.
b. Componente proteico (TRT o TERT), que es la actividad telomerasa propiamente dicha, ya que sintetiza el DNA telomérico de novo, sin necesidad de cebador alguno.
Su mecanismo de acción es el siguiente:
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 Funcionalidad de la actividad telomerasa en las células.
En las células somáticas de la mayoría de los tejidos adultos no existe actividad telomerasa, mientas que sí está presenten en las células de la línea germinal, en tejido fetales y en ciertas células madre.
En ausencia de telomerasa, a medida que las células van perdiendo sus telómeros, van envejeciendo. Dado el carácter repetitivo y no codificante de estos, inicialmente esa pérdida no supone consecuencias, pero, agotadas todas las repeticiones, la función celular se ve perjudicada y la célula termina por morir. Se ha considerado por tanto el reloj biológico o celular que mide el proceso de envejecimiento para controlar así su proliferación correcta.
Así, la actividad telomerasa está activa en todas las células en proliferación, incluidas las células tumorales, con lo que su inhibición supone una terapia antitumoral.
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INTRODUCCIÓN: CONCEPTOS GENERALES
TRANSCRIPCIÓN Y TRANSCRIPCIÓN INVERSA
La transcripción es el proceso encargado de la síntesis de una molécula de RNA a partir de la información genética contenida en la región codificante de un DNA.
Se trata de un proceso enzimático catalizado en todos los organismos por una enzima RNA polimerasa, dependiente de DNA o transcriptasa. Como excepción, muchos virus con RNA como material genético (por ejemplo, los retrovirus) utilizan su propio RNA como molde para la síntesis de un DNA complementario mediante una polimerasa de DNA dependiente de RNA (transcriptasa inversa). Por eso, actualmente, el flujo de la información genética se considera bidireccional.
CONCEPTO DE GEN
 DEFINICIÓN CLÁSICA.
El gen se define en términos clásicos como la unidad elemental de la herencia, la región física y funcional que controla una característica hereditaria concreta, la portadora de la información genética de una generación a la siguiente.
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 DEFINICIÓN MOLECULAR.
Hipótesis un gen – una enzima: basada en el papel del gen como responsable de la síntesis de enzimas, primeras moléculas con funciones catalíticas en las células.
Hipótesis un gen – una proteínas: basada en la noción original de que todas las enzimas son proteínas (hoy sa sabe que algunas no son proteicas).
Hipótesis un gen – un polipéptido: basada en que muchas proteínas están formadas por varios polipéptidos, cada uno codificado por un gen diferente.
 ESTRUCTURA.
 La región estructural determina la expresión real del gen. Comprende dos tipos de secuencias, en función de su capacidad de expresión: los intrones o regiones no codificantes y los exones.
Ambos se transcriben para dar lugar a un RNA llamado precursor o tránscrito primario, el cual sufre un posterior proceso de maduración postranscripcional (siendo excepción de los mRNAs procarióticos, que sintetizan directamente su forma funcional) en el que se pierden los intrones, y los exones se unen linealmente hasta constituir el RNA maduro.
 La región reguladora, sin función codificante, contiene distintas regiones promotoras encargadas de interaccionar con los factores de transcripción proteicos para regular positiva o negativamente el inicio de la transcripción.
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Como consecuencia de la definición molecular actual, se ha ampliado que un gen es el conjunto de secuencias de DNA de todo tipo, estructurales (intrones y exones) y reguladoras, necesarias para codificar un producto génico, sea éste un RNA maduro de cualquier tipo o una proteína funcional.
Hipótesis un gen – un producto génico funcional
SITUACIONES PECULIARES
– Dos genes pueden ser solapantes, es decir, compartir una misma región de DNA, bien porque cada uno está codificado en una hebra distinta o bien incluso en la misma hebra (lo cual no implica que las proteínas codificadas compartan secuencias aminoacídicas).
– Algunos genes dan lugar a varios productos.
– Una misma secuencia de DNA puede dar lugar alternativamente a dos productos génicos.
– La proteína está formada por varias subunidades por lo que no está codificada por un gen, sino por varios genes (cada uno para uno de esos polipéptidos).
– En casos excepcionales como las inmunoglobulinas, un gen único puede sufrir reordenamientos internos en su secuencia antes de ser transcrito, de forma que da lugar directamente a una variedad de polipéptidos.
MECANISMO DE ACCIÓN DE LA ARN POLIMERASA
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TERMINOLOGÍA
Se considera a la hebra superior (extremo 5’-P a la izquierda) como la hebra no-molde y a la inferior antiparalela (extremo 5’-P a la derecha) como hebra molde.
La síntesis del RNA que se marca a menudo con línea (inicio) y flecha (sentido), ocurre en sentido 5’  3’ del RNA naciente. Esto equivale a decir que la hebra molde de DNA se transcribe (se lee) en dirección 3’  5’.
La secuencia del RNA nuevo, es por tanto, idéntica a la de la hebra de DNA no-molde, salvo por la presencia de U en vez de T. por ello, esta hebra se llama codificante o informativa, (con) sentido y positiva (+). La secuencia de esta hebra es la que normalmente la que se documenta al dar la secuencia de un gen.
En consonancia con lo anterior, la hebra DNA molde se llama hebra no codificante, no informativa, transcrita, antisentido o negativa (-).
ORIENTACIÓN DE LA SECUENCIA
Los nucleótidos de la hebra no-molde, codificante, se numeran a partir del punto de inicio de la transcripción, al que se le asigna el valor +1 y se denomina origen de transcripción.
No existe el nucléotido número cero, y los situados hacia el extremo 5’ se dicen que están corriente arriba y se asignan con número negativos, mientras que los situados hacia el extremo 3’ están corriente abajo y se indican con número positivos.
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CARÁCTER ASIMÉTRICO
A pesar de que las dos hebras nunca se transcriben simultáneamente, en algunos casos las dos hebras de una región de DNA se transcriben de forma independiente y no simultánea, portando mensajes genéticos diferentes, se dice entonces que contienen dos genes solapantes.
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS: DIFERENCIAS CON PROCARIOTAS
1. RELACIÓN CON LA CONDENSACIÓN DEL DNA.
La transcripción tiene lugar durante la interfase, pues sólo ocurre sobre la conformación de fibras de 10nm, ya que se necesita una mayor accesibilidad a las RNA polimerasas.
2. EL PROCESO ES MUCHO MÁS COMPLLEJO QUE EN PROCARIOTAS.
En procariotas, la molécula de mRNA resultante de la transcripción es ya funcional, no precisa sufrir el proceso de maduración postranscripcional y se utiliza inmediatamente como molde para la traducción en el mismo compartimento subcelular. Existe por tanto una asociación temporal y espacial íntima entre la transcripción y la traducción.
En eucariotas, el tránscrito primario o RNA resultante de la transcripción experimenta en el núcleo la maduración o procesamiento postranscripcional. Los RNAs maduros se portan luego al citosol para participar en la traducción. Existe por tanto una separación espacial y temporal entre transcripción y traducción, que supone una regulación más compleja.
3. EXISTEN VARIAS RNA POLIMERASAS DIFERENTES.
En procariotas y orgánulos se utiliza una sola RNA polimerasa para sintetizar los tres tipos de RNA celular (mRNA, tRNA y rRNA).
En el núcleo de eucariotas existen tres RNA polimerasas diferentes (I, II y III) que se sintetizan cada una distintas tipos de RNA.
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 La RNApol-I transcribe el gen del pre-rRNA grande, precursor único de 3 de los 4 tipos de rRNAs componentes del ribosoma citoplasmático.
 La RNApol-II transcribe todos los genes de proteínas, sintetizando por RNAs nucleares heterogéneos (hnRNAs), que son los precursores que los mRNAs. También transcribe la mayoría de los genes que codifican proteínas.
 La RNApol-III transcribe los genes de todos los tRNAs, sintetizando sus pre-tRNAs respectivos, así como el gen del pre-rRNA que madurará para dar lugar al cuarti tipo de rRNA (5S).
La susceptibilidad a inhibidoes es la diferencia más significativa entre las tres polimerasas nucleares, ya que su respuesta a la amanitina es diferente. Este compuesto no afecta a la RNApol-I, inhibe fuertemente a la RNApol-II e inhibe débilmente a la RNApol-III. En cuanto a l RNApol mitocondrial, ésta tampoco se ve afectada.
ETAPAS EN EL PROCESO DE TRANSCRIPCIÓN
Para que tenga lugar la transcripción es necesaria la presencia en la hebra molde de la llamada unidad de transcripción, que incluye la secuencia de DNA que se ha de transcribir más de las dos secuencias consenso que la flanquean (llamadas promotor y terminador). Se reserva el término operón para la unidad de transcripción en procariotas.
INICIACIÓN
Es la etapa más compleja de la transcripción, y por ello, en la que tiene lugar la mayor parte de la regulación. Requiere la separación de las hebras de DNA en un pequeño tramo cercano a la secuencia promotora, para permitir que la RNA polimerasa sintetice un fragmento corto de RNA (de unos 10 nucleótidos) por apareamiento con la hebra molde.
La región de DNA que sufre este desenrollamiento parcial se llama burbuja de transcripción, y durante la fase de elongación, se desplaza a lo largo del DNA junto con la RNApol. Para la iniciación también se requiere la unión al DNA de proteínas llamadas factores de inicio o factores de transcripción (TF).
En procariotas y en las mitocondrias es frecuente que un mismo promotor inicie la cotranscripción de varios genes contiguos. Por el contrario, en el genoma nuclear de eucariotas, a partir de cada promotor sólo se transcribe un gen.
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El proceso de iniciación que se describe como típico en eucariotas utiliza promotores que tienen la secuencia TATA, pero no la Inr (TATA+ Inr-), secuencia que es reconocida por la RNApol u holoenzima (es decir, RNApol bacteriana con la subunidad ) previa interacción con los TFs.
La iniciación puede subdividirse en tres etapas:
1. COMPLEJO DE INICIACIÓN.
Supone la unión de varios TFs a las regiones promotoras del DNA y la incorporación de la enzima, que participa en la forma con dominio CTD no fosforilado. Se han propuesto dos modelos para la formación de este complejo, con el mismo resultado:
o El modelo del holoenzima: en el que la RNApol-II se une previamente a los TFs y luego dicho conjunto se une al promotor.
o El modelo escalonado: en el que los TFs se van asociando a la región promotora uno a continuación del otro y en cierto orden.
2. DESNATURALIZACIÓN DEL PROMOTOR.
El complejo de iniciación produce en la región de inicio el desenrollamiento y la separación de las dos hebras de DNA (desnaturalización local), esencial para la exposición de las bases a la RNApol. Esta zona de hebras separadas se conoce como burbuja de transcripción o complejo abierto y es el lugar donde se va a producir la síntesis de las cadenas de RNA.
Esta etapa requiere de los factores de transcripción TFIIF, TPIIH y TFIIE.
3. FORMACIÓN DE ENLACES FOSFODIÉSTER.
El enlace fosfodiéster inicial se forma entre dos ribonucleótidos, a partir de sus NTPs en forma libre. Uno de ellos, generalmente el ATP, se aparea con el nucleótido +1 en la hebra molde de DNA. El otro se encuentra apareado con el nucleótido +2 de dicha hebra.
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La reacción se repite sobre el extremo 3’ del dinucleótido resultanto, y así sucesivamente hasta formar un oligonucleótido de unas 10 bases, que permanece temporalmente unido a la hebra molde de DNA como híbrido RNA-DNA. En este momento, la RNApol-II se separa de los TFs unidos a los promotores.
4. LIBERACIÓN DEL PROMOTOR: TRANSICIÓN A LA ELONGACIÓN.
La transición entre las fases de iniciación y elongación viene marcada por la fosforilación del dominio CTD de la RNApol-II. Esta fosforilación la lleva a cabo el factor de transcripción TFIIH.
ELONGACIÓN O ALARGAMIENTO DEL RNA
La RNA polimerasa continúa alargando la cadena de RNA mientras avanza por el DNA, desplazando junto con ella la burbuja de transcripción. El complejo de elongación ya está formado sólo por el DNA abierto, la RNApol y el RNA naciente. Durante este avance continuo ocurre lo siguiente:
– Por delante de la polimerasa se separan las dos hebras del DNA por ruptura de los puentes de hidrógeno. La tensión creada por el efecto de superenrollamiento debe ser compensada por topoisomerasas.
– La polimerasa alarga el RNA añadiendo nucleótidos al extremo 3’ del RNA naciente.
– La cadena de RNA nuevo se va separando de la hebra molde de DNA, saliendo de la burbuja y quedando como RNA de hebra sencilla.
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Para que la elongación sea eficiente se requiere de la ayuda de los llamados factores de transcripción generales de la elongación (PTE).
TERMINACIÓN
El complejo de transcripción responde a señales específicas para finalizar el proceso, separándose el RNA formado.
 TERMINACIÓN EN EUCARIOTAS.
Al alcanzar determinadas secuencias del DNA eucariótico, se produce la terminación como consecuencia de la combinación de dos factores o mecanismos: la detención o pausa de la RNA polimerasa y la desestabilización del híbrido RNA-DNA.
El resultado final es la separación de los componentes del complejo de transcripción y, en el caso de la NRApol-II, su desfosforilación para que pueda ensamblarse a un nuevo complejo de iniciación y comenzar otro ciclo de transcripción.
La influencia de los dos mecanismos mencionados es diferente para cada una de las tres polimerasas:
o Terminación de la RNApol-I:
– Una proteína de pausa o proteína terminadora se une a secuencias específicas del DNA y detiene el avance de la RNApol.
– Una vez detenida, la presencia de una región rica en T en la hebra no-molde
facilita la separación del RNA.
– No hay región palindrómica.
o Terminación de la RNA pol-II:
– En múltiples sitios dentro de una amplia región de terminación, la RNApol se detiene, lo que puede deberse a secuencias específicas en el DNA o a proteínas de pausa.
– Una proteína se une al RNA induciendo su separación.
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– No hay región palindrómica.
o Terminación de la RNApol-III:
– La RNApol se detiene en secuencias específicas del DNA.
– La presencia de una región rica en T en la hebra no-molde facilita la separación del RNA-DNA.
– No hay región palindrómica.
Finalmente, es importante señalar que independientemente de estos mecanismos el extremo 3’’ del RNA funcional no corresponde al punto donde termina la transcripción, debido a que durante la maduración postrancripcional se corta la molécula de RNA recién transcrita.
INHIBIDORES DE LA TRANSCRIPCIÓN
 Antibióticos de tipo I. Se unen a la RNA polimerasa, inactivándola de modo directa.
 Rifamicinas: impiden el inicio de la transcripción.
 Estreptolidigina: inhibe la elongación.
 Amanitina: inhibe la elongación exclusivamente en eucariotas.
 Antibióticos de tipo II. Inactivan la transcripción indirectamente, pues el antibiótico se una al DNA impidiendo la unión de la polimerasa o bien su avance.
o Actinomicina D.
o Daudomicina.
 Antibióticos de tipo III. Son inhibidores indirectos, que actúan en este caso impidendo la acción de la DNA girasa procariótica.
o Cumermicina.
o Ácido nalidíxico.
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INTRODUCCIÓN GENERAL A LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
La visión global del control de la expresión génica es especialmente difícil. La enorme flexibilidad en el control de los genes viene determinada por los siguientes tipos de expresión génica direfencial:
a) Distintos tipos de células en cada especie y, dentro de éstas, en cada órgano o tejido.
b) Variedad en el número de genes en cada especie.
c) Proporción de genes expresados en cada tipo celular.
d) Influencia sobre la expresión de cada gen de los estadíos del ciclo de división celular y del desarrollo del individuo.
Dentro de estas posibilidades, cabe destacar la variación de la expresión génica durante el proceso de diferenciación celular, es decir, la adquisición de propiedades específicas por parte de las diversas células.
La manifestación principal de esta flexibilidad en la expresión génica es a aparición en cada tipo celular de proteínas en proporciones diversas.
Además, la expresión de los genes de un organismo superior puede ser regulada a distintos niveles.
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CONTROL PRETRANSCRIPCIONAL
El inicio de la transcripción requiere que la maquinaria molecular responsable pueda acceder físicamente a las bases de la hebra de DNA, lo que supone la descondensación previa del cromosoma durante la interfase del ciclo.
La transcripción no puede tener lugar sobre DNA en estados de condensación superiores a la fibra de 10nm, por lo que la accesibilidad del DNA a la transcripción, o actividad
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transcripcional de la cromatina, está relacionada estrechamente con el grado de condensación.
Se puede considerar que el acceso al DNA necesario para la transcripción es una combinación de tres mecanismos:
a) Posición precisa de los nucleosomas.
b) Retirada de los nucleosomas. Para lo que se requiere la liberación de las histonas o al menos el desplazamiento de los nucleosomas para hacer el DNA accesible.
c) Avance compatible con la presencia de nucleosomas.
Un factor importante en los mecanismos b y c anteriores es la acetilación de las histonas, que reduce así la carga positiva de las mismas y disminuye su interacción con el DNA.
 Varias de estas histonas acetiltransferasas son factores de transcripción.
 Existen igualmente histonas desacetilasas que catalizan la reacción opuesta de desacetilación.
Los genes activos, aquellos que se están expresando, corresponden a regiones con histonas acetiladas, mientras que en las zonas de cromatina transcripcionalmente inactiva las histonas no están acetiladas.
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REGULACIÓN GENÉTICA DE LA TRANSCRIPCIÓN
Esta regulación se centra en la interacción de los promotores con los factores de transcripción (TF).
PROMOTORES DE LOS GENES DE CLASE II
 ELEMENTOS BASALES DEL PROMOTOR.
El promotor basal comprende las secuencias que definan el punto de inicio de la transcripción y son imprescindibles para que ésta comience. Dentro de esta región puede distinguirse como más habituales la secuencia TATA, situada típicamente alrededor de las posiciones -15 a -25 y la secuencia iniciadora Inr, situada sobre el propio origen, entre -3 y +5.
 ELEMENTOS PROXIMALES.
Generalmente el promotor basal no es suficiente por sí mismo para provocar el inicio de la transcripción, por lo que requiere de la intervención adicional de otra región conocida como promotor proximal. Éste está cercano al promotor basal, pero más alejado corriente arriba del origen, comúnmente en las posiciones +30 y -200.
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Los elementos proximales no especifican la posición de inicio, sino que determinan la frecuencia con la que se produce el inicio de la transcripción. Ello es posible gracias a que sobre ellos se unen diversos factores de transcripción que favorecen la interacción de la RNApol-II con el DNA.
Las dos más características con la caja o secuencia CAAT, entre -60 y -80, y la caja GC.
 ELEMENTOS DISTALES.
La expresión de algunos genes sufre una regulación aún más compleja, como los genes inducibles, que no se expresan continuamente en la célula, sino que su expresión sufre una regulación amplia y precisa como respuesta a diversas señales. En general, a estas secuencias se les llama distales por encontrarse alejadas del origen y se puede clasificar en dos tipos:
o Potenciadoras, activadoras: aumentan mucho la velocidad de inicio de la transcripción.
o Silenciadoras o inhibidoras: tienen el efecto opuesto porque lo factores de transcripción que se unen a ellos compiten con la acción de los específicos de los promotores.
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN DE CLASE II
La RNApol interacciona con gran variedad de factores de transcripción (TFII) dependiendo del gen, habitualmente de forma simultánea con un número considerable de ellos. Estos factores
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se pueden clasificar en generales, proximales o inducibles, de acuerdo con su unión a uno de los 3 tipos de secuencias o elementos promotores recién vistos.
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN GENERALES
Reciben este nombre los TFs que reconocen los elementos basales de un promotor. Son proteínas muy conservadas evolutivamente, que promueven la formación alrededor del punto de inicio de un complejo plurimolecular, que incluye el promotor basal, los propios TF generales y la RNApol-II.
 TFIID: es el único con especificidad por una secuencia de DNA, la de la caja TATA. Este factor determina que la RNApol-II actúe a una cierta distancia del promotor, definiendo el punto de inicio de la transcripción. Está formado por dos componentes:
o TBP o proteína de unión a TATA: confiere TFIID la capacidad de reconocimiento de la secuencia promotora.
o TAFs o factores asociados a TBP: diferentes entre sí y que pueden variar para la unión a promotores diferentes.
 TFIIH: es particularmente importante por su doble actividad enzimática, como helicasa y como proteína quinasa. La helicasa está implicada en la separación de las hebras del DNA en el sitio de inicio y la quinasa fosforila el dominio C-terminal de la subunidad mayor de la RNApol-II. Este factor también es importante por intervenir en la reparación del DNA por escisión de nucleótidos.
a) Ensamblaje consecutivo de los factores generales (modelo escalonado). Según esta hipótesis, los TFs y la RNApol-II se van asociando a la región promotora en un cierto orden uno tras otro.
b) Modelo de la holoenzima. En esta hipótesis alternativa la RNApol-II se asocia a varios factores de transcripción, formando una enzima activa y holoenzima que luego se une al DNA.
INICIACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN A PARTIR DE DIFERENTES PROMOTORES
 En los promotores basados en la secuencia Inr pero sin caja TATA (TATA- Inr+), la formación del complejo de iniciación tiene lugar cuando se unen al elemento Inr factores de transcripción inespecíficos (IBP).
 En los promotores que poseen ambas secuencias (TATA+ Inr+), entran en juego tanto las UBP como las TBP.
 En los promotores en los que no existen ninguna de las dos secuencias (TATA- Inr-) no se sabe cómo tiene lugar el inicio de la transcripción.
REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN DE GENES I Y II
Como ya se ha indicado, las secuencias promotoras y el conjunto de factores de transcripción empleados por cada una de las RNA polimerasas eucarióticas son diferentes.
Cabe resaltar, que en la iniciación por las tres RNA polimerasas interviene un factor de transcripción de varias subunidades, una de las cuales es la proteínas de unión a TATA, la TBP.
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REGULACIÓN EPIGENÉTICA
Este segundo tipo de regulación de la expresión génica, que contribuye a explicar la diversidad morfológica funcional de las células con un mismo genoma, depende del llamado componente epigenético de la estructura del DNA, es decir no consistente en su secuencia. Concretamente, se ejerce a través de la metilación específica de algunas de las bases del DNA.
 Metilación del DNA.
En el DNA de vertebrados, una parte de los residuos de citosina (en humanos, el 3%) se encuentran metilados, principalmente en posición 5. Esta metilación aparece casi exclusivamente sobre la secuencia CG, que además es especialmente abundante en las regiones promotoras dando lugar a los denominados islotes CpG. Los genes que se transcriben activamente en ciertos tejidos poseen dichos islotes sin metilar.
 Metilación y cáncer.
Estos procesos de metilación del DNA se han podido investigar gracias a la observación en células cancerosas de alteriaciones en la metilación del DNA, posiblemente responsables de la modificación en el programa de expresión génica característica del proceso tumoral. En esas células, el DNA está hipometilado, pero al mismo tiempo algunos genes están hipermetilades.
La hipometilación provocaría la expresión de genes que habitualmente están silenciados mientras que la hipermetilación bloquearía la expresión de los genes supresores de tumores.
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INTRODUCCIÓN
Se llama tránscrito primario o precursor del RNA a la molécula que resulta directamente del proceso de transcripción. Todos los tránscritos primario tienen la misma secuencia que el fragmento correspondiente de la hebra no-molde (no transcrita) de DNA.
Los precursores de los tres tipos de RNA formados en el núcleo eucariótico no pueden desempeñar directamente su función, sino que han de convertirse antes en RNA maduro, funcional, en un proceso llamado procesamiento postranscripcional. Éste tiene lugar en el núcleo y sólo cuando se ha completado pueden las moléculas de RNA transportarse al citoplasma. Este transporte tiene lugar por paso de las moléculas de RNA maduro a través de los poros de la membrana nuclear.
El procesamiento postranscripcional consiste, de modo general, en una o varias reacciones:
– Modificación covalente de nucleótidos.
– Adición de nucleótidos a los extremos.
– Escisión de nucleótidos de los extremos.
– División de la molécula en varios fragmentos.
– Proceso de ayuste, eliminación o corte de intrones y empalme de
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exones.
PROCESAMIENTO DEL RNA MENSAJERO
MODIFICACIÓN DEL EXTREMO 5’
El extremo 5’-PPP del mRNA eucariótico comienza a modificarse muy pronto, poco después de iniciada la transcripción. Se trata de una modificación covalente que conduce a la incorporación singular de un nucleótido protector sobre el NTP en posición 5’ terminal del RNA.
 FORMACIÓN DE LA CAPERUZA O CASQUETE 5’.
Se realiza en dos etapas, una desfosforilación previa y una guanilización a costa de GTP.
Aunque en la segunda reacción se transfiere un residuo guanililo, el resultado conjunto de las dos reacciones es el de la incorporación al mRNA de tan sólo un residuo de guanosina, es decir, una guanosilación, cuya estructura restante se conoce como caperuza 5’.
Esta caperuza ejerce un efecto protector de la molécula frente a las exonucleasas y sirve como punto de unión del mRNA a los ribosomas al iniciar la síntesis proteica. Además, es posible que la caperuza participe en el cambio de iniciación a elongación de la transcripción.
 METILACIÓN DE LA CAPERUZA 5’.
Los tres primeros nucleótidos de la estructura 5’-guanosina-trifosfato-mRNA son modificados por metiltransferasas que emplean S-adenosil-L-metionina como coenzima donadora del grupo metilo.
Esta metilación puede tener lugar en varias posiciones:
o El N-7 de la guanosina terminal, para dar lugar a la caperuza de tipo 0.
o Además del anterior, el 2’-OH de la ribosa adyacente, para dar lugar a la caperuza de tipo 1.
o Además de los dos anteriores, también el 2’-ON de la ribosa siguiente para dar lugar a la caperuza de tipo 2.
MODIFICACIÓN DEL EXTREMO 3’
 FORMACIÓN DEL EXTREMO 3’.
Otra peculiaridad del mRNA eucariótico es que el extremo 3’ del mRNA no corresponde a la posición donde se termina la transcripción, sino que deriva de la escisión de la molécula de pre-mRNA en una posición corriente arriba de su extremo 3’. Como consecuencia, el mRNA es más corto en su extremo 3’ que su tránscrito primario.
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 POLIADENILACIÓN DEL EXTREMO 3’.
Sobre el extremo 3’-OH resultante del corte por la endonucleasa actúa una RNA polimerasa especial, que no usa molde y sólo acepta como sustrato el ATP, llamada la poli(A) polimerasa.
Ésta añade al RNA una gran número de residuos de adenilato (AMP), formando una cola de poliadenilato o cola de poli(A), de longitud típica entre 40 y 250 nt.
ELIMINACIÓN DE INTRONES Y EMPALME DE EXONES
La etapa esencial de la maduración postrancripcional del tránscrito primario hasta dar el mRNA consiste en la eliminación de los intrones y la unión o empalme de los exones. Este proceso se conoce como corte y pegado y corte y empalme o ayuste.
 FORMACIÓN DE LOS CUERPOS O COMPLEJOS DE EMPALME.
El corte de intrones y empalme de exones está mediado por una asociación macromolecular denominada complejo e empalme o ayustosoma (spliceosome). Éste se forma por la asociación del pre-mRNA con varias ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP) y RNA nucleares pequeños (snRNA).
Este complejo de corte y empalme es necesario tanto para el reconocimiento de los puntos de escisión como para la catálisis.
 OTROS TIPOS DE INTRONES.
o Grupo I: incluye los intrones de algunos genes que codifican tránscritos primarios de rRNA.
o Grupo II: incluye genes de mitocondrias o cloroplastos que codifican tránscritos primarios de mRNA y no requieren cofactor externo.
o Grupo III: es el más numeroso, e incluye los intrones presentes en la mayoría de los genes nucleares eucarióticos que codifican tránscrito primarios de mRNA.
o Grupo IV: incluye ciertos genes de tRNAs. Su corte y empalme requiere de ATP.
PROCESAMIENTO DE LOS RNAs RIBOSÓMICO Y DE TRANSFERENCIA
En eucariotas, el proceso es similar, con un transcrito primario que genera 3 de los 4 rRNAs y con transcritos primarios separados para el otro rRNA y para cada tRNA. También en algunos casos hay eliminación de intrones.
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REGULACIÓN POSTRANCRIPCIONAL Y PRETRADUCCIONAL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
A pesar de que la mayor parte del control de la expresión génica se ejerce durante la etapa de inicio de la transcripción, a través de los factores de transcripción, existen mecanismos de regulación en todas las etapas de la expresión.
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REGULACIÓN DE LA MADURACIÓN DEL RNA
Un ejemplo característico de esta forma de regulación es el ayuste alternativo, que comúnmente desempeña un papel en la diferenciación celular y en el control del desarrollo.
VIDA MEDIA Y DEGRADACIÓN DEL mRNA
Cada molécula de mRNA se emplea muchas veces como molde para la traducción, dando lugar a numerosas copias del polipéptido que codifica. Como consecuencia, el tiempo de permanencia de una molécula de mRNA en la célula es esencial para determinar la cantidad de proteína producida. Este tiempo depende tanto de la velocidad con que se sintetiza, madura y sale al citoplasma el mRNA, como de la rapidez con que se degrada en este compartimento subcelular.
La degradación intracelular del mRNA es consecuencia de la actividad de ribonucleasas, que pueden ser endonucleasas o exonuclesas.
La vida media de las moléculas de mRNA es más o menos prolongada cuanto mayor es la longitud de su cola. De hecho, en eucariotas, la vida media del mRNA es una 10 veces más larga que en procariotas.
La estabilidad de las moléculas de RNA también aumenta con el grado de estructura secundaria y terciaria de la molécula:
– Los tRNAs y rRNAs de eucariotas y procariotas son extremadamente estables, pues sufren un gran procesamiento postranscripcional y presentan abundante apareamiento de bases y plegamiento.
– Los mRNAs de eucariotas tienen una estabilidad intermedia que experimentan una extensa maduración pero casi no presentan estructura secundaria.
– Los mRNAs de procariotas son los menos estables, ya que no sufren maduración alguna y apenas tienen estructura secundaria.
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PROPIEDADES GENERALES DEL CÓDIGO
Hoy día es relativamente fácil conocer la correspondencia entre aminoácidos de una proteína y tripletes de nucleótidos del mRNA que los codifican, mediante la simple comparación de ambos.
La información previa en la que se basa el conocimiento del código genético es de dos tipos: por un lado lo referente al tRNA que, a pesar de no ser un elemento propiamente dicho del código genético, su intervención es esencial para entender la correspondencia entre mRNA y proteína; y por otro lado, el ribosoma (orgánulo citolpasmático donde se realiza la síntesis proteica).
Existen una serie de características del código que deben de ser conocidas:
 Los codones del código son tripletes. Por tanto, para poder codificar los 20 aminoácidos naturales se necesita que cada aminoácido venga especificado por una secuencia de 3 nucleótidos, llamada triplete o codón. Este triplete es la característica que define la naturaleza general del código y, obviamente, las 64 posibles combinaciones exceden las necesidades para 20 aminoácidos y más adelante se verá cómo se acomoda dicha información.
 Los tripletes nunca se solapan ya que nunca comparte nucleótidos.
 No existen “comas”, “puntos” o interrupciones para facilitar la lectura e interpretación de la secuencia. Dependiendo de en qué nucleótido se inicie la lectura de los codones, se habla de tres marcos o pautas de lectura. El marco de lectura puede cambiar al desplazamiento en 1 ó 2 posiciones del punto de inicio o, durante la traducción, la secuencia proteica generada.
 Papel adaptador del tRNA. En el ribosoma tiene lugar la interacción del triplete de bases del aminoacil-tRNA (anticodón) con el triplete de bases del mRNA (codón). Por tanto, coloquialmente se dice simplemente que un codón determina o codifica un aminoácido.
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ASIGNACIÓN DE CODONES A AMINOÁCIDOS CONCRETOS
TRADUCCIÓN DE POLINUCLEÓTIDOS SINTÉTICOS
 ENSAYO CON HOMOPOLÍMEROS.
La necesidad de un triplete para codificar un aminoácido se demostró in vitro con el empleo de dos tipos de componentes:
o Un extracto libre de células que aporta los componentes necesarios para que se desarrolle la síntesis proteica, a excepción del mRNA.
o Un homopolirribonucleótido sintético obtenido por catálisis con un polinucleótido fosforilasa.
Al añadir este polirribonucleótido al extracto celular, se produce un homopolipéptido. Por lo que empleando aminoácidos marcados con isótopos radiactivos se puede averiguar cuál es el polipéptido obtenido.
 ENSAYO CON SECUENCIAS REPETIDAS DE DOS NUCLEÓTIDOS.
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 ENSAYO CON SECUENCIAS REPETIDAS DE TRES NUCLEÓTIDOS.
 ENSAYO CON SECUENCIAS REPETIDAS DE TRES NUCLEÓTIDOS.
 ENSAYOS CON SECUENCIAS REPETIDAS DE CUATRO NUCLEÓTIDOS.
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MODELOS DE REPRESENTACIÓN
Se han elaborado diversos modelos para representar de forma clara y sencilla la correlación existente entre condones de mRNA y aminoácidos del polipéptido traducido. En todo ellos, la secuencia del triplete se refiere al codón del mRNA.
Las bases de cada codón se numeran, como siempre, en dirección 5’  3’, así la primera posición es el extremo del codón y la tercera posición es su extremo 3′.
FORMATO EN TABLA
La representación más comúnmente usada utiliza fijas y columnas, a modo de tabla de doble entrada. Pueden señalarse dos variantes:
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FORMATO CIRCULAR
Un modelo más reciente, posiblemente más sencillo y fácil de usar, emplea círculos concéntricos en los que se indican, del centro hacia afuera, los 3 nucléotidos del codón y el aminoácido que codifica.
CARACTERÍSTICAS ESPECIALES
 CODÓN DE INICIO.
El codón AUG, el único que codifica metionina, es responsable como cualquier otro codón de la incorporación del aminoácido correspondiente al polipéptido, pero al mismo tiempo posee la particularidad de actuar de forma específica como codón de inicio en la mayoría de los casos.
 CODONES DE TERMINACIÓN.
Se puede observar en las representaciones del código genético que los codones UAA, UGA y UAG no codifican aminoácido alguno, sino que causan la finalización de la síntesis proteica. Se les denomina codones de terminación, de paro, codones stop o también codones sin sentido.
 DEGENERACIÓN.
Se entiende por degeneración el hecho de que un aminoácido esté codificado por más de un codón, a los codones que codifican el mismo aminoácido se los llama codones sinónimos.
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HIPÓTESIS DEL BALANCEO
El triplete del anticodón de un tRNA puede interaccionar por complementariedad de bases con un codón del mRNA. Esta lectura o reconocimiento se realiza por apareamiento antiparalelo de las bases 1, 2 y 3 del codón con las bases 3, 2 y 1 del anticodón, respectivamente.
Como se sabe que las en las células hay menos moléculas diferentes de tRNA, lo que quiere decir que un mismo anticodón puede reconocervarios codones. Para poder explicar este hecho se propuso la hipótesis del balanceo o de la fluctuación, que se puede expresar en dos reglas:
1. Las bases 3º y 2º del anticodón forman puentes de hidrógeno con las bases 1º y 2º del codón.
2. La 1º base del anticodón puede orientarse ligeramente de formas diferentes (balanceo) para interaccionar con distintas bases en la posición 3º del codón.
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CONSIDERACIONES PRÁCTICAS
Todo lo anterior determina que el anticodón de un tRNA puede leer uno, o dos o tres codones de un mRNA.
UNIVERSALIDAD
Los primeros estudios indicaros que la correspondencia entre codones y aminoácidos era la misma independientemente del organismo estudiado, conduciendo a la afirmación de que “el código es universal”. Actualmente se sabe que esto no es completamente cierto, ya que se han encontrado excepciones, aunque escasas, en las mitocondrias humanas y de otros mamíferos y en ciertas bacterias. Debemos decir pues, que el cogido genético es casi universal.
Por tanto, comparten el mismo código genético los procariotas, los núcleos de todos los eucariotas y las mitocondrias de las plantas. Parece probable que todas las formas de vid hayan tenido un antepasado común cuyas diferencias pueden haber surgido durante la evolución.
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CARACTERÍSTICAS DE LA TRADUCCIÓN
La traducción consiste en la síntesis de las proteínas mediante la unión de aminoácidos según el orden establecido por la secuencia de nucleótidos del mRNA y el código genético. Se completa así el “dogma central” de transmisión de la información genética a partir de DNA genómico original.
Desde un punto de vista bioquímico, la traducción se caracteriza por la gran variedad de proteínas formadas, su elevado coste energético (consume un 80-90% de la energía de biosíntesis) y la necesidad de una regulación muy estrecha en respuesta a las necesidades celulares y al ritmo de degradación proteica.
Es, posiblemente, el más complejo de los procesos de síntesis y en él participan una gran cantidad de macromoléculas, de las cuales las más importantes son:
– Un tRNA especial para la iniciación.
– 31 tipos de tRNA portadores de aminoácidos, en forma de aminoacil-tRNAs.
– Ribosomas.
– Un mRNA de secuencia distinta para cada polipéptido.
– Factores proteicos de inicio, elongación y terminación de la síntesis.
SENTIDO DE AVANCE DE LA SÍNTESIS PROTEICA
La secuencia nucleotídica del mRNA se lee de 5’ a 3’, mientras que la secuencia aminoacídica del polipéptido se incorpora desde el extremo amino hacia el carboxilo.
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CARÁCTER MONOSCISTRÓNICO O POLICISTRÓNICO DEL mRNA
 Los mRNAs monocistrónicos, presentes en procariotas y tipos de eucariotas, codifican un solo polipéptido. Ello implica que la traducción se inicia en un solo sitio del mRNA, el codón de inicio, para finalizar en otro sitio, un codón de terminación.
 Los mRNAs policistrónicos, que sólo aparecen en procariotas y virus, codifican varios polipéptidos, por lo que la traducción se inicia en varios sitios, en varios codones de inicio, para finalizar en sendos codones de terminación.
El concepto de gen corresponde a un región codificante del DNA genómico, responsable de un producto génico, sea éste RNA o proteína.
El concepto de cistrón es la secuencia de mRNA que codifica una molécula de polipéptido.
FASES DE LA TRADUCCIÓN
 Fase 0 (previa): activación.
 Fase 1: iniciación.
 Fase 2: elongación.
 Fase 3: terminación.
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FASE 0 (PREVIA): ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS EN FORMA DE AMINOACIL-tRNAs
La unión de cada tRNA del aminoácido correcto (el que, según el código genético, está codificado por el codón complementario del anticodón que posee ese tRNA) es posiblemente el paso más crítico de la expresión genética.
Esa unión ocurre en el citosol celular, como el resto de la traducción, y supone la activación de los aminoácidos (en forma de aminoacil-tRNAs) para poder formar enlaces peptídicos.
REACCIONES DE AMINOACILACIÓN
La unión del aminoácido con el tRNA se verifica mediante dos reacciones, ambas catalizadas por una misma enzima: la aminoacil-tRNA sintetasa (aaRS).
La primera reacción es la activación del aminoácido.
La segunda reacción es la unión con el tRNA.
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El producto de la doble reacción es un aminoacil-tRNA, con un enlace éster entre el grupo OH-3’ terminal del tRNA y el grupo carboxilo del aminoácido. En el caso de las aminoacil-tRNA sintetasas de clase I, el éster se forma inicialmente sobre el grupo OH-2’, pero ñuego se convierte al isómero 3’.
AMINOACIL-tRNA SINTETASAS
 TIPOS DE SINTETASAS.
Se han aislado multitud de aminoacil-tRNA sintetasas, de las cuales unas unen el aminoácido al grupo hidroxilo 2’ y otras al 3’.
 ESPECIFICIDAD DE LAS AMINOACIL-tRNA SINTETASAS.
Como la hipótesis del balanceo permite que un mínimo de 32 tRNAs reconozcan los 61 codones que codifican los 20 aminoácidos, se forman pues, 32 aminoacil-tRNAs diferentes. Cada uno de estos interaccionará, a través de su anticodón, con el codón del mRNA que codifica el aminoácido correspondiente.
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Cada aminoacil-tRNA sintetasa reconoce un único aminoácido.
 MECANISMO DE RECONOCIMIENTO DE LOS AMINOÁCIDOS.
Cada aminoácido encaja en un determinado lugar del centro activo de la sintetasa, gracias a interacciones por puentes de hidrógeno, electrostáticas e hidrofóbicas.
 MECANISMO DE RECONOCIMIENTO DE LOS tRNAs.
La capacidad de una sintetasa, específica para un único aminoácido, para reconocer varios tRNAs, y al mismo tiempo rechazar otros, depende del modo como estos interaccionan con el centro activo de la aaRS.
El mecanismo general de reconocimiento es diferente del de las proteínas de unión al DNA, ya que éstas pueden formar puentes de hidrógeno con grupos adecuados del DNA.
Ello no es válido para el tRNA, una molécula sin estructura regular, con una conformación condicionada por la presencia de regiones en hebra sencilla y regiones en doble hebra con conformación de tipo “A”, por lo que el tRNA no es tan adecuado para interaccionar con las proteínas como lo hace el DNA.
CORRECIÓN DE LOS ERRORES COMETIDOS POR LAS SINTETASAS
La elevada especificidad de las sintetasas hace que los errores sean infrecuentes. A pesar de ello, se dispone de mecanismos de corrección que actúan sucesivamente, en el centro activo de la enzima, antes y después de cada etapa.
Sin embargo, a pesar de todos los mecanismos de corrección existentes, la tasa de error de la síntesis proteica es mucho mayor que la de, por ejemplo, la replicación (respectivamente, uno por cada 104 aminoácidos y uno por cada 106-108 nucleótidos).
Esto es permisible puesto que el error en una proteína desaparece al degradarse ésta y no pasa a futuras generaciones.
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FASE 1: INICIACIÓN
Esta etapa, previa a la formación del primer enlace peptídico, determina normalmente la velocidad global de la síntesis y transcurre de forma semejante en procariotas y eucariotas.
ESPECIFICIDAD DEL PUNTO DE INICIO
Sólo un codón AUG, situado normalmente en la molécula, actúa como punto de inicio, para lo cual necesita ser reconocido como tal por el ribosoma y el tRNAMET iniciador.
En eucariotas, el mRNA es casi siempre monocistrónico, por lo que tiene un solo codón de inicio. No existe una señal especial que una el mRNA a la subunidad mayor del ribosoma, sino que la especificidad se establece a través de un tRNA especial, iniciados. La unión de éste al
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mRNA, en el entorno proporcionado por la subunidad menor del ribosoma, requiere que el codón AUG forme parte de la secuencia de Kozak, y da lugar a un complejo “terciario” mRNA : ribosoma : tRNAMET.
FORMACIÓN DEL METIONIL-tRNA INICIADOR
Los codones AUG en los que se inicia la traducción son reconocidos por un tRNA iniciador, llamado tRNAMET. Los codones AUG que corresponden a posiciones internas en la cadena polipeptídica interaccionan con un tRNA distinto.
En la traducción citoplasmática de eucariotas, sólo se requiere la aminoacilación para incorporar metionina al inicio de la síntesis.
PASOS SUCESIVOS EN LA FASE DE INICIO
En prácticamente todos estos pasos, así como en las fases de elongación y terminación, intervienen una serie de proteínas llamadas genéricamente como factores proteicos, en este caso más específicamente factores de iniciación (eIF). Resumiendo, el inicio de la traducción requiere la unión del tRNA al codón de inicio AUG en el mRNA, en el entorno del sitio P o peptidilo del ribosoma.
 DISOCIACIÓN DEL RIBOSOMA (paso 1).
Debe indicarse que las dos subunidades del ribosoma (40S y 60S en eucariotas), sintetizadas en el núcleo y exportadas a través de los poros nucleares al citosol, se ensamblan en éste formando el ribosoma 80S. Para su intervención en la traducción, el ribosoma debe disociarse en sus dos subunidades para permitir las subetapas siguientes.
 COMPLEJO DE PREINICIACIÓN (paso 2).
A continuación se incorporan a la subunidad menor del ribosoma el tRNA y el mRNA.
o El mRNA se une con la subunidad menor del ribosoma a través de su caperuza 5’, que es reconocida por el factor CBP, produciéndose así un desplazamiento del ribosoma corriente abajo hasta encontrar el primer codón AUG.
o El metionil-tRNAMET, por su parte, se incorpora después para formar un complejo con el facor eIF-2 que reconoce exclusivamente el tRNA iniciador.
 COMPLEJO DE INICIACIÓN (paso 3).
Para que pueda comenzar la síntesis de un polipéptido, el complejo de preiniciación 40S debe unirse con la subunidad mayor de ribosoma, 60S.
REUTILIZACIÓN DE LOS FACTORES DE INICIACIÓN Y BALANCE ENERGÉTICO.
De los factores implicados en el proceso anterior, todos se recuperan y pueden volver a participar en el inicio de una nueva cadena polipeptídica.
Dos pasos de inicio requieren un consumo energético: el reconocimiento de la caperuza y el desplazamiento hasta encontrar el codón de inicio.
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FASE 2: ELONGACIÓN O ALARGAMIENTO DE LA CADENA PEPTÍDICA
Esta fase incluye, desde la adición del segundo aminoácido hasta el último. Se trata de un proceso cíclico en el que intervienen tres factores proteicos citoplasmáticos o factores de elongación: eEF-1α, eEF-1β y eEF-2.
UBICACIÓN DEL AMINOACIL-tRNA EN EL SITIO A (paso 4)
Tras incorporarse el Met-tRNA al sitio P del ribosoma en el complejo de iniciación 80S, queda aún vacío el sitio A. en él se producirá la incorporación de cada nuevo aminoácido por apareamiento del anticodón de su aa-tRNA con el codón correspondiente del mRNA.
La entrada de todos los sucesivos aa-tRNA en el sitio A requiere que estén unidos al factor de elongación eEF-1α. Son estos complejos los que difunden al sitio A vacío del ribosoma y reconocen en él sitio de unión adecuados.
TRANSPEPTIDACIÓN: FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO (paso 5)
Una vez situadas las moléculas de aa-tRNA y Met-tRNAMET en los sitio A y P del ribosoma, respectivamente, se forma el enlace peptídico entre ambos. Esta reacción la cataliza una enzima peptidiltransferasa.
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TRANSLOCACIÓN: DESPLAZAMIENTO DEL RIBOSOMA EN UN CODÓN (paso 6)
El ribosoma se desplaza en sentido 5’  3’ del mRNA desde su ubicación inicial sobre AUG. El responsable de este desplazamiento es el factor proteico eEF-2, conocido como translocasa.
Este factor interacciona con la subunidad mayor impidiendo la unión de un nuevo aa-tRNA en el sitio A, evitando que se pase así al siguiente ciclo antes de tiempo.
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REPETICIÓN DE ELONGACIÓN (pasos 4, 5 y 6)
Al terminar la primera translocación, se ha completado la primera vuelta o ciclo de elongación, llegando a una situación idéntica a la existente al comienzo: sitio A libre y sitio P ocupado por un tRNA.
Al acabar, el péptido en crecimiento siempre queda unido al tRNA del último aminoácido incorporado y éste crece desde su extremo amino-terminal hacia el carboxilo-terminal.
FASE 3: TERMINACIÓN
Comprende los pasos necesarios para liberar el polipéptido ya completo de su unión al tRNA en el sitio O y, al mismo tiempo, disociar el ribosoma del mRNA. Esto sólo puede ocurrir en respuesta a la presencia en el sitio A de uno de los 3 codones de terminación (AUG, UGA, UAG).
En eucariotas interviene en el proceso un único factor proteico de terminación, eRF.
UNIÓN DEL FACTOR DE LIBERACIÓN (paso 7)
No existe ningún tRNA que reconozca los codones de paro, por lo que cuando el ribosoma se transloca sobre uno de ellos, no puede progresar la elongación. En su lugar, el factor eRF se une al ribosoma en el sitio A, frente al codón de terminación.
HIDRÓLISIS DEL PEPTIDIL-tRNA (paso 8)
La unión de eRF al ribosoma altera la actividad peptidiltransferasa de tal forma que como agente nucleofílico se emplea el agua. Como consecuencia, se hidroliza el enlace éster liberando la cadena polipeptídica.
DISOCIACIÓN (paso 9)
El tRNA no cargado sale del ribosoma y se separan las dos subunidades.
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ENERGÉTICA DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Esta hidrólisis de cuatro enlaces fosfoanhídridos por cara aminoácido representa un gran cambio en energía libre muy superior a la energía del enlace peptídico.
INHIBIDORES DE LA TRADUCCIÓN
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REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS PROTEICA
 CONTROL DEL TRANSPORTE.
Es importante resaltar la importancia del transporte del mRNA maduro desde el núcleo hasta el citoplasma ya que una de las dificultados para el estudio es la distinción entre
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proteínas que ayudan al transporte del mRNA desde el núcleo hasta el citoplasma y las proteínas que intervienen en el procesamiento postranscripcional.
 CONTROL DE LA CAPACIDAD Y FRECUENCIA DE TRADUCCIÓN DE LOS mRNAs.
Una vez que el mRNA ha alcanzado el citoplasma, el control de su traducción se ejerce esencialmente en la iniciación, ya que se regula mucho la formación del complejo de preiniciación 80S.
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CONCEPTO DE MUTACIÓN
Clásicamente, se define la mutación como una alteración en la secuencia del DNA de un individuo que se transmite por herencia a sus descendientes.
Las mutaciones se producen por errores en la replicación, por la alteración espontánea de nucleótidos o debido a la acción de agentes físicos y químicos (mutágenos) pero nunca como consecuencia de la recombinación meiótica entre cromosomas homólogos.
Las mutaciones tienen lugar en todo el genoma, incluyendo secuencias codificantes o no, del genoma nuclear o mitocondrial, en células germinales (heredables) o somáticas (no heredables). Por tanto, la mutación es, junto con la recombinación meiótica, la principal fuente de variabilidad genética en todo tipo de organismos.
Aunque muchas mutaciones se generan al azar, y existe la misma susceptibilidad de mutación en todas las regiones del genoma, las que ocurren sobre el DNA codificante (3% del total) tienen consecuencias.
CLASIFICACIÓN DE LA MUTACIONES
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TIPO DE CÉLULA QUE SUFRE LA MUTACIÓN
 MUTACIÓN EN CÉLULAS DE LA LÍNEA GERMINAL.
Se origina en algunas divisiones mitóticas o meióticas de la gametogénesis.
Esta mutación se hereda, transfiriéndose a todas las células del organismo hijo, aunque, obviamente, esa transmisión depende de que en la fecundación participe un gameto portador de la mutación.
La importancia de estas mutaciones depende directamente de cuál sea la función afectada: si ésta es esencial se originan organismos inviables o abortos tempranos, pero si esta función es no esencial se originan enfermedades congénitas o hereditarias. Sin embargo, no debe olvidarse que algunas mutaciones resultan beneficiosas y son la base de la mutación.
 MUTACIÓN EN CÉLULAS SOMÁTICAS.
Las mutaciones somáticas (en células no reproductoras) sólo se transmiten a las células hijas (en la mitosis), y no a un organismo completo.
Éstas son mutaciones mayoritarias porque las células somáticas son las que más se dividen y se incrementan como consecuencia de la exposición a agente mutágenos.
El individuo portador de una mutación genética somática que se ha producido después del cigoto pero antes de alcanzar su desarrollo completo, puede considerarse un mosaico, término que define la presencia de dos o más líneas celulares genéticamente distintas derivadas de un mismo cigoto.
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CAUSAS Y MECANISMOS BÁSICOS DE LAS MUTACIONES
MUTACIONES ENDÓGENAS
Son mutaciones que se generan por situaciones o agentes propios del ambiente intracelular, bajo condiciones normales.
Éstas pueden producirse por dos mecanismos diferentes:
 Incorporación de nucleótidos erróneos durante la replicación. Más del 99’9% de los errores de replicación son rápidamente corregidos por las enzimas reparadoras, por lo que los errores en la replicación observados ocurren con una frecuencia muy baja.
Una de las causas de incorporación errónea de nucleótidos está en la tutomería de las bases nitrogenadas.
 Otras mutaciones espontáneas. Éstas pueden ser:
o Sustituciones por desaminación oxidativa: consisten en la pérdida de un grupo amino con la aparición de un grupo carbonilo. Ello da lugar a que se altere la formación de puentes de hidrógenos entre las bases.
La desaminación de citosina ocurre alrededor de unas 100 veces al día.
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o Pérdida de bases por inestabilidad química del enlace N-glicosídico: son aquellas que debido a la pérdida de dan lugar a sitios apúricos o apirimidínicos debido a la hidrólisis del enlace N-glicosídico.
o Modificación de las bases por mutágenos endógenos: el propio metabolismo de la célula genera en ocasiones compuestos químicos que pueden reaccionar con las bases modificándolas. Estas especies reactivas de oxígenos son los radicales libres.
MUTACIONES INDUCIDAS O EXÓGENAS: MUTAGÉNICAS
Son aquellas que se producen por efecto de los agentes fisicoquímicos ajenos a la célula, denominados mutágenos exógenos.
Las lesiones pueden ser producidas por:
 Agentes químicos: que producen cambios químicos en las bases. Estos agentes pueden ser:
o Agentes químicos alquilantes: que transfieren grupos.
o Agentes intercalantes: que al insertarse entre los pares de bases distorsionan su estructura helicoidal.
o Otros agentes químicos.
 Agentes físicos: que originan lesiones por exposición, con efectos mutagénicos o cancerígenos. Principalmente son radiaciones ionizantes como los rayos X y los rayos ϒ.
REPARACIÓN DEL DNA
 ELIMINACIÓN DE AGENTES MUTÁGENOS.
Evitan las lesiones antes de que se produzcan, mediante la neutralización de compuestos mutagénicos.
 REVERSIÓN DE LA LESIÓN.
Revierten la transformación química que ha sufrido la célula.
 Reparación de fotodímeros: reconocen el fotodímero por la enzima fotoliasa que lo escinde y regenera sus dos bases originales.
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 Reversión de bases modificadas con grupos alquilo: el grupo alquilo de la base es eliminado por una alquitransferasa, que no puede regenerar su centro activo, por lo que la “catálisis” inactiva la propia enzima.
 REPARACIÓN POR ESCISIÓN.
Está basada en la eliminación de la base nitrogenada, nucleótido o segmento de DNA defectuosos y su reemplazamiento por otro nuevo, de secuencia correcta. El proceso se inicia a través del reconocimiento molecular de la lesión.
 Mecanismo general: en él intervienen proteínas que reconocen distintos tipos de alteraciones y está relacionado con la transcripción, gracias a que participan proteínas comunes (como el factor TFIIH):
 El proceso comienza con el reconocimiento de la lesión por unión de proteínas componentes del complejo de reparación.
 En la fase de escisión un complejo proteico que incluye endonucleasas (escinucleasa) hidroliza a ambos lados del punto de mutación (-22 y +6).
 En la fase de síntesis de reparación, una DNA polimerasa rellana el hueco dejado por la escinucleasa, mediante la elongación del extremo 3’-OH formado en el corte anterior. En eucariotas esto es realizado por las polimerasas δ y ε.
 Finalmente en la fase de sellado o ligamiento una DNA ligasa une el extremo 3’-OH recién sintetizado con el extremo 5’-P formado en el corte de la hebra original, cerrando la mella.
La escinucleasa humana es un gran complejo proteico formado por 6 subunidades funcionales que se van asociando y separando a los largo del proceso. Si se suman las proteínas responsables de la replicación y sellado, en total en el proceso de reparación por escisión son unos 30 polipéptidos diferentes.
El TFIIH actúa por su actividad helicasa, separando las hebras de DNA en la región a reparar.
 Mecanismos específicos: el sistema BER repara bases específicas, por lo que reconoce y actúa en sitios concretos.
 En la primera subetapa de la fase de escisión, se elimina la base alterada o incorrecta u no su nucleótido completo. Una N-glicosilasa de DNA hidroliza su enlace N-glicosídico con la desoxirribosa, dando lugar a un sitio apirimidínico o apurínico, según sea el caso.
 En la segunda subetapa de la fase de escisión las endonucleasas AP hidrolizan un enlace fosfodiéster originando una mella.
 Posteriormente en la fase de reparación una DNA polimerasa elonga sustituyendo el nucleótico abásico a través de dos mecanismos:
 Reparación de un solo nucleótido: elimina el nucleótidos abásico y lo sustituye por uno completo. Finalmente una ligasa completa la reparación cerrando la mella.
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