Proteínas de Reconocimiento de

Patógenos Infecciosos: Proteínas de Reconocimiento de

Peptidoglican

Pablo AguilarMaria Jose Acuña

Maria Gabriela Alvarado

Proteínas de reconocimiento de

peptidoglican• Presente en moluscos, insectos, equinodermos y vertebrados

• Proteínas transmembrana con al menos un grupo carboxi-terminal de dominio PGRP (Peptidoglican Recognition Proteins)en el extremo externo (hacia la matriz extracelular

Reconocimiento y defensa contra:

•Microorganismos

•Virus

•Sustancias potencialmente perjudiciales para el organismo

Respuesta Inmune

Inmunidad

Innata Adquirida

Humoral

•Sistemas de complemento

Celular

•Macrofagos

•Granulocitos

•Celulas NK

Humoral

•Anticuerpos

Celular

•Linfocitos

•Celulas dendriticas

Inmunidad Innata

Sistema más antiguo y común en el reino animal

Detecta microbios a través de un juego limitado de receptores codificados por lineaje germinal y el sistema no mantiene record (no tiene memoria) de los microbios que ya han pasado por el sistema

Barreras propias del cuerpo que no permiten la entrada de materiales nocivos al cuerpo.

Primera línea de defensa de la respuesta inmune.

La piel, el ácido estomacal, la mucosa, el reflejo de la tos, enzimas en las lágrimas y las grasas de la piel.

-El peptidoglican se encuentra en la membranas de bacterias y

actúan también como una barrera de inmunodeficiencia innata.

- En la inmunidad innata de los animales hay procesos de

reconocimiento para el peptidoglican de las bacterias

Reconocimiento de peptidoglican en el

sistema inmune innato

Composición de las membranas de las

bacterias-Las paredes celulares de las bacterias y las cianobacterias (eubacterias) son rígidas y están compuestas por una red de polisacáridos llamada peptidoglicán.

-La cantidad de peptidoglican presente en las paredes celulares de las bacterias varía de acuerdo a la especie y es una de las bases para la clasificación de las bacterias.

- Al realizar una tinción en ellas basada en una solución de cristal violeta se pueden identificar las bacterias:

Gram Positivas

Gram Negativas.

-La tinción diferencial de Gram se utiliza para distinguir cantidad de peptidoglican sobre la membrana plasmática de las bacterias

-El método se basa en teñir el peptidoglican con violeta cristal y un mordiente (Yodo) por el que el peptidoglican tienen mucha afinidad y luego lavar con alcohol.

Gram positivas Gram negativas

Gram positivas

-Las bacterias Gram+ se tiñen de violeta.

-Poseen una gran cantidad de peptidoglican sobre la membrana

plasmática.

-Los receptores de peptidoglican generalmente actúan sobre estas

bacterias

Gram negativas

-Bacterias que tienen una capa muy delgada de peptidoglican entre la membrana plasmática y una capa

externa de lipopolisacáridos.

-Los lipopolisacaridos son los que generalmente producen infecciones.

-Las bacterias Gram – se tiñe con safranina y se tornan color rosado.

Peptidoglican• Polímero de carbohidratos y amino ácidos

(PEPTIDOS)

• Forma una capa homogénea en la parte externa de la pared celular bacteriana

• Capa más gruesa en bacterias Gram-positivas

• Protección, estructura, sostén, fisión binaria

• Cadenas lineares alternando dos azúcares: N-acetil glucosamina (NAG) y N-acetil ácido murámico (NAM)

• Los azúcares alternantes se unen mediante enlaces B-1,4 glicosídicos

• Cada NAM se encuentra unido a una cadena de amino ácidos corta (por lo general contiene alanina y ácido glutámico)

Naturaleza de la PGRP

La parte del receptor de tanto los PGRPs como los PGLYRPs * son de naturaleza peptídica, y al unirse con el muramil-tri/tetra/penta péptido del peptidoglican se forma una unión péptido-péptido, la cual es muy fuerte.

*Cuando los PGRPs se encuentran en el cuerpo humano su nomenclatura cambia a PGLYRPs. Y existen cuatro tipos.

Complejo Receptor Ligando

Estructura• Tienen receptor para

peptidoglican en uno (o varios) de sus dominios de PGRP

• La mayoría tiene dos cisteínas cercanas en la parte media del dominio PGRP para formar un puente disulfuro

• Dominio hidrofóbico del lado opuesto de la molécula a donde se encuentre el receptor de peptidoglican

A: Fragmento de peptidoglican

B: Estructura del complejo PGRP y MTP (muramil tripéptido)

C: Mapa de densidad electrónica del ligando MTP

Unión PGRP-peptidoglican

• Tallo del péptido del ligando se inserta al fondo del receptor

• N-acetyl ácido murámico en el medio del receptor

• Receptor puede acomodar en parte superficial N-acetilglucosamino

• Se forman puentes de hidrógeno entre NAM y PGRP

Contacto intermolecular entre complejo PGRP-MTP

PGRPs en insectos

• Transducción de señales de inmuno deficiencia

• Se inducen cascadas proteolíticas que generan

1. Productos antimicrobiales2. Inducción de fagocitosis3. Hidrolización del

peptidoglican• Protegen contra infecciones

En los insectos los PGRPs NO son efectores, a excepción de:

PGRP-SC1B

• Proteína soluble

• Ha demostado actividad catalítica con el peptidoglican

• Hidroliza enlace entre azúcar y péptido

Proteínas Toll• Proteína en la membrana involucrada en

inmunidad innata y funciona creando una secuencia de señales al ser activado mediante fungi o bacterias Gram +

• La activación de Toll induce la creación de péptidos antibacterianos (ej. Drosomysina, Gram+ y Diptericina, Gram-)

• PGRPs elementos necesarios para inducción de efecto de Toll debido a que las Toll son proteínas muy conservadas y no reconocen el peptidoglican tan bien como los PGRPs

Mecanismo de reconocimiento receptores Toll

Reconocimiento de peptidoglican en

mamíferos• Nods

1. Nueva familia de patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) intracelulares

2. Tienen receptores involucrados en detección de peptidoglican

• PGRPs

1. 4 tipos

2. Contienen sitio de anclaje para peptidoglican

3. Se localizan en membranas

4. Pueden estar empaquetadas en vesículas

PGRPs en mamíferos• PGLYRP-2 :

1. Hidroliza el peptidoglican de las bacterias

2. Antibacteriales3. Reduce su actividad

proinflamatoria4. Se secreta del hígado al

torrente sanguíneo o la presencia de bacterias en el epitelio la induceTODOS LOS PGLYRPs

SON SOLUBLES EN MEDIO ACUOSO

• PGLYRP-1, PGLYRP-3 , PGLYRP-4:

1. Matan bacterias al interactuar con pared celular, en lugar de permeabilizarla como lo hacen la mayoría de las proteínas antibacterianas

2. Bactericidas

3. Se cree que la actividad bactericida de estas PGRPs evolucionó para los vertebrados, ya que por el momento no se han descubierto rastros en insectos

Funcionamiento

PGLYRPs:

• Al interactuar con membrana interfiere con funcionamiento normal de la bacteria y su crecimiento

• Requieren calcio y N-glicosilación para llevar a cabo actividad bactericida

• Bactericidas (matan 99% de baterias)

• Proteínas de reconocimiento y de actividad

Mecanismo General

• Dominio carboxi-terminal de PGLYRP-1 y PGLYRP-3 tienen receptores específicos para el peptidoglican, en específico para el muramil-tri/tetra/penta péptido

• Al haber contacto se da un cambio conformacional y la proteína se une en forma permanente a la pared celular bacteriana

Propuesta de mecanismo de PGRP con base en PGRP-SC 1B

• Ion Zn2+ actúa como catalítico eletrofílico

• Zn2+ acepta par de electrones de carbonilo en NAM, polarizándolo

• El carbonilo se vuelve suceptible a un ataque nucleofílico por parte del agua catalítica unica al Zn2+

OTROS MECANISMOS INVOLUCRADOS EN EL RECONOCIMIENTO

DE BACTERIAS

•Nods (solo en mamiferos) otra forma de reconocimiento de peptidoglican aparte de los PGRPs, pero independientes de los mecanismos Toll

•Proteina LC (en Drosophila Melanogaster)

•Heat Shock Proteins

•Toll- Like receptors

Nods1. Proteínas citoplasmáticas2. Funcionan mediante mecanismos que

parecieran ser independientes al Toll3. Nod1=> en el citosol de células

epiteliales infectadas con Gram-Nod2=>expresión más pronunciada en células de lineaje mieloide (sensor general de Gram + y - )

Cryoprina

El receptor de peptidoglican que ha sido reportado más

recientemente, y todavía no se conoce mucho de él.

Mutaciones de Nod2 y cryoprina

• Han sido asociados al desarrollo de enfermedades inflamatorias

1. Muckle Wells Syndrome (MWS)

2. Familial cold autoinflamatory syndrome (FCAS)

3. Chronic infantile neurological cutaneuos and articular syndrome (CINCA)

Limitaciones• A pesar del progreso en los últimos años, este sigue siendo

un tema del que se conoce muy poco

• Queda por saber:

1. Estructuras y especifidades de PGRPs de insectos y mamíferos

2. Funciones y algunos mecanismos de PGRPs de insectos3. Funciones múltiples y desconocidas de PGRPs de

mamíferos, junto con su mecanismo de se desconoce por completo

4. El papel que juegan los PGRPs in vivo y sus asociaciones clínicas

Fuentes• The role of peptidoglycan recognition in innate immunity. Stephen E. Girardin and Dana J. Philpott.

Peptidoglycan and innate immunity. Eur. J. Immunol. 2004. 34: 1777–1782. © 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

• Structural basis for peptidoglycan binding by peptidoglycan recognition proteins. Rongjin Guan, Abhijit Roychowdhury, Brian Ember, Sanjay Kumar, Geert-Jan Boons, and Roy A. Mariuzza. PNAS. December 7, 2004. Vol1. No. 49.

• Peptidoglycan Signaling in Innate Immunity and Inflammatory Disease. Christine McDonald, Naohiro Inohara, and Gabriel Nuñez. THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY. Vol. 280, No. 21, Issue of May 27, pp. 20177–20180, 2005 © 2005 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.

• Mammalian PGRPs: novel antibacterial proteins. Roman Dziarski* and Dipika Gupta. Indiana University School of Medicine-Northwest, Gary. © 2006 The Authors. Journal compilation © 2006 Blackwell Publishing Ltd, Cellular Microbiology, 8, 1059–1069

• Peptidoglycan Recognition Proteins A NOVEL FAMILY OF FOUR HUMAN INNATE IMMUNITY PATTERN RECOGNITION MOLECULES. Chao Liu, Zhaojun Xu, Dipika Gupta, and Roman Dziarski. From the Northwest Center for Medical Education, Indiana University School of Medicine, Gary, Indiana. July, 2001

• Peptidoglycan Recognition Proteins Are a New Class of Human Bactericidal Proteins. Xiaofeng Lu, Minhui Wang, Jin Qi, Haitao Wang, Xinna Li, Dipika Gupta, and Roman Dziarski. From the Indiana University School of Medicine-Northwest, Gary, Indiana. December, 2005

• Dual strategies for peptidoglycan discrimination by peptidoglycan recognition proteins (PGRPs). Chittoor P. Swaminathan, Patrick H. Brown, Abhijit Roychowdhury, Qian Wang, Rongjin Guan, Neal Silverman, William E. Goldman, Geert-Jan Boons, and Roy A. Mariuzza. Center for Advanced Research in Biotechnology, W. M. Keck Laboratory for Structural Biology, University of Maryland Biotechnology Institute. November, 2005