Existen muchas evidencias del papel que desempeñan las quimioquinas en multitud de procesos fisiológicos y patológicos. Sin embargo, pese a la multitud de estudios realizados en este campo, aún no se han diseñado fármacos que bloqueando la unión quimioquina-receptor tengan una aplicación clínica para el tratamiento de las patologías inflamatorias y procesos autoinmunes en los que estas proteínas están implicadas. Esta discrepancia entre esfuerzos y resultados ha obligado a los grupos investigadores a revaluar la biología de estos mediadores inflamatorios en busca de nuevas dianas terapéuticas. En este trabajo nos hemos focalizado en las conformaciones de sus receptores. Los receptores de quimioquinas se localizan en la superficie celular en forma de homo-, hetero-dímeros e incluso oligómeros. Son estructuras dinámicas reguladas por la coexpresión de los propios receptores y los niveles de ligando. Sin embargo, poco se sabe de cómo se regulan las conformaciones y qué fuerzas celulares las gobiernan. Aplicando técnicas de TIRF‑M hemos observado que CXCR4 forma plataformas en la membrana celular, cuya unidad mínima es el dímero de acuerdo a los datos de FRET. Dichas plataformas presentan difusión sobre los lípidos de la membrana celular siguiendo un modelo conocido como “hop-difussion”. En él, los receptores están atrapados en compartimentos de membrana definidos por el citoesqueleto de actina y las proteínas que a él se asocian, siendo capaces de “saltar“ a compartimentos adyacentes donde vuelven a quedar atrapados. CXCL12, probablemente promoviendo la reorganización temporal y local de la actina, provoca la coalescencia de los receptores en plataformas de mayor tamaño, y ello facilita alcanzar el umbral de respuesta. Otro aspecto relacionado con la dimerización de receptores que no está completamente dilucidado es la relevancia funcional de las distintas conformaciones existentes. Usando células B de ratón hemos demostrado que la formación de heterodímeros CXCR5/EBI2 reduce la afinidad de CXCR5 por su ligando CXCL13, lo cual contribuye a modular la función de ese receptor atenuando el movimiento de la célula B. Aplicando nuevos métodos de “resonance energy transfer” como SRET o BiFC, observamos también que CD4, CXCR4 y CCR5 forman complejos en la superficie celular en ausencia de ligandos cuando son coexpresados. Además mostramos que la unión de CCR5 modifica la conformación de CD4 y CXCR4. Como consequencia, la interacción de la proteína gp120 de la envuelta de cepas X4 del VIH-1, y por lo tanto la infección por este tipo de cepas virales, se ven dificultadas.

Since the first reports on chemokine function, much information has been generated on the implications of these molecules in many physiological and pathological processes. Despite extensive studies, no drugs based on the ability to block chemokine binding to their receptors have yet been approved for use in patients with inflammatory or autoimmune diseases. This discrepancy between efforts and results has prompted a re-evaluation of chemokine biology. Here, we will focus on chemokine receptor oligomerization, which is one of the earliest events in chemokine signaling. Chemokine receptors form homoand heterodimers, and even oligomers at the cell surface. These complexes behave as dynamic structures that are regulated by receptor coexpression and ligand levels. Little is nonetheless known on how the conformations are regulated, and what cell forces govern them. Using TIRF-M techniques we observed that CXCR4 forms platforms at the cell membrane, the smallest subunit of which is a dimer according to FRET and BRET data. These platforms diffuse on the cell membrane lipids following a model known as “hop-diffusion”. In this model, the receptor plataforms are temporarily confined within a compartment defined by the actin cytoskeleton and its associated proteins, but they can hop to an adjacent compartment where they are again temporarily trapped. Binding of CXCL12, which triggers temporal and local actin depolymerization, facilitates receptor coalescence into larger plataforms, and thus facilitates to reach the response treshold. Another issue related to receptor dimerization not yet fully understood is the functional relevance of receptor conformations. Using murine B cells, we have demonstrated that CXCR5/EBI2 heterodimers reduce the affinity of CXCR5 for its ligand CXCL13, thereby contributing to the regulation of receptor function. We detected reduced B cell movement when both receptors are coexpresed. Similarly, using new methods of resonance energy transfer such as SRET and BiFC, we furthermore observed that coexpresed CD4, CXCR4 and CCR5 form cell surface heterocomplexes even in the absence of ligands. Finally, CCR5 coexpression was shown to alter the conformation of CD4 and CXCR4. As a consequence, CCR5 coexpression impedes the interaction of the gp120 envelope protein and the cell infection of X4 HIV-1 strains.

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 21-10-2013