78 J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 Sistema receptor para interleucina-2 (IL-2) Luiz Carlos Fer reira de Andrade e Marcus Gomes Bastos Os autores apresentam uma revisão atualizada sobre o receptor de interleucina-2(IL-2R), caracterizando a sua estrutura e seus subtipos, funções e a importância biológica na resposta imune. O Sistema Imune seria tal qual a um sistema endócrino, onde a IL-2 seria o seu principal hormônio, com secreção autócrina e parácrina nas células ativadas que, ao mesmo tempo, ostentariam o seu respectivo IL-2R de baixa, intermediária ou alta afinidade. O conhecimento do complexo IL-2/IL-2R em células normais ativadas permitem conhecê-lo em células patológicas (neoplasias) ou indesejáveis, responsáveis por processos inflamatórios de doenças auto imunes ou episódios de rejeição a alotransplantes. O conhecimento da natureza molecular do complexo IL-2/IL-2R e a sua origem genética possibilitaram avanços tecnológicos, com elaboração e utilização de moléculas quiméricas ou hiperquiméricas, usando anticorpos monoclonais conjugados ou moléculas de IL-2 conjugadas que tornaram o IL-2R alvo para a imunoterapia de várias doenças e novas estratégias de imunossupressão seletiva para atenuar crises de rejeição de alotransplante, apresentados nesta monografia. Disciplina de Nefrologia - Faculdade de Medicina - Hospital Universitário Universidade Federal de Juiz de Fora. Endereço para correspondência: Luiz Carlos Ferreira de Andrade Rua Padre Vieira,33 - Bairro São Mateus 36.025.070 - Juiz de Fora - MG Tel.: (032) 232.2236 - Fax.: (032) 215.6382 Sistema receptor para IL-2,Interleucina-2, receptores para IL-2, imunossupressão seletiva Interleukin-2, interleukin receptors, selective immunossupresion Introdução Nos últimos 50 anos, o crescimento e a proliferação celular têm sido muito estudados e advoga-se um idêntico modelo para diferentes tipos de células: bactérias, leveduras, protozoários, aves e mamíferos. Em 1965 foi isolada uma molécula em sobrenadante de cultura mista de leucócitos, descrita em 1976 como Interleucina -2 (IL-2) e identificada como hormônio responsável pela sinalização da proliferação de linfócitos ou células T. A IL-2 é uma glicoproteína com 133 aminoácidos de peso molecular igual a 15,5 daltons, ponto isoelétrico de 8,2. É das linfocinas a mais estudada e por isso a mais bem caracterizada; envolvida na comunicação célular; essencial na regulação da resposta imune (RI). A partir de sua secreção, inicia-se uma ativação em cascata de diversas citoquinas incluindo outras interleucinas, interferons e fatores de necrose tumoral, com efeitos sinérgicos e inibitórios sobre a sua própria atividade no sistema imune. A grande função da IL-2 no sistema imune dos vertebrados é na proliferação clonal dos seguintes elementos: célula T e células B antígeno (Ag) dependentes (específicas); timócitos jovens; natural assassinas (NK); macrófagos (MØ), células assassinas (CK) ativadas por linfocinas. 1,2,3,4,5 As células T são mediadoras de importantes funções reguladoras, bem como auxiliam ou suprimem a resposta imune, podendo destruir as células portadoras de Ag ou produzir linfocinas. A célula T torna- J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 79 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 se sensibilizada quando interage com Ag, através de seu receptor de Ag (TcR), o qual é processado e apresentado pelo MØ ou qualquer outra célula apresentadora de Ag, no contexto de produtos do locus do complexo maior ou principal de histocompatibilidade (MHC) classe I ou II. O MØ imediatamente secreta interleucinas (IL-1, IL-6) e gama interferon. As células T auxiliadoras (CD + 4 ) ativadas expressam o gene codificador da molécula de IL-2 (cromossoma 4) e, ao mesmo tempo o seu respectivo receptor (cromossomas 10 e/ou 22). Desta maneira, a célula T poderá ostentar receptor (IL-2R) de baixa, inter mediária ou alta afinidade. Estrutura molecular e funções do IL-2R Existem três formas distintas de IL-2R de acordo com o grau de afinidade para se ligar a molécula de IL-2; baixa afinidade (10 -8 M); intermediária afinidade (10 -9 M) e alta afinidade (10 -11 M).Correspondendo a estas formas de IL-2R também foram definidas subunidades de cadeias polipeptídicas, com os seus respectivos pesos moleculares: IL-2Rα (p=55); IL-2Rβ (p=75) e IL-2Rγ (p= 64).Em 1981 foi identificado o IL2Rα através de estudos usando o anticorpo monoclonal (AcM) IgG2a (anti-Tac), definindo uma estrutura polipeptídica glicosada, composta de 251 aminoácidos. 4,8 Tsudo (1986), usando uma molécula de IL-2 radiomarcada, determinou uma segunda proteína, IL2Rβ e propôs um modelo de multissubunidades para o IL-2R de alta afinidade. Assim, quando as subunidades IL-2Rα ou IL-2Rβ estivessem independentes, gerariam receptores de baixa e inter mediária afinidades respectivamente, onde os receptores de alta afinidade seriam formados quando ambas subunidades associar-se-iam não covalentemente, gerando um complexo receptor. 10,11,12,13,14,15,16 Takeshita, Sugamura e cols (1992) identificaram uma terceira subunidade: o IL-2Rγ, explicando a maneira como a molécula de IL-2 se ligaria mais facilmente a IL-2Rβ. Com esta configuração, os IL-2R de alta e média afinidades passariam a ser formados por três ou duas subunidades não covalentemente associadas. 4,8,17,18,19 Os genes decodificadores destas subunidades protêicas têm sido clonados, sendo possível deduzir a completa estrutura química primária destes receptores, e múltiplos são os fatores de transcrição e regulação genética na decodificação dos IL-2R. 8,9,15,19,20 A tabela 1 sumariza todas as propriedades conhecidas das subunidades do IL-2R, bem como as características das cadeias peptídicas componentes, salientando-se os seguintes detalhes: a) participação da cadeia γ fez com que houvesse uma elevação do peso molecular do IL-2R de alta afinidade; b) existem nítidas diferenças nas dimensões das cadeias de aminoácidos estruturais das subunidades do IL-2R, principalmente entre o segmento intracelular do Il- Tabela 1 Propriedades dos IL-2Rs Afinidade Cadeias Peso Molecular (KDa) Constante Dissociação (M) Meia Vida de Associação Meia Vida Dissociação Aminoácidos/Estruturais Segmento Intrambranoso Segmento Intracelular Cromossomos (Genes Codificados) Funções Celulares Sinalizador Mitótico (Proliferação) Internalização de IL-2 Acs Monoclonais Baixa Intermediária Alta α 55 10 -8 5 segs 7 segs 219 19 13 10 Regula formação de receptores de alta afinidade Não βγ∗ 134-139 10 -9 45 min 5 hs 246 54 372 22 Proliferação Diferenciação Sim αβγ∗ 189-194 10 -11 30 segs 5 hs 265 73 385 Proliferação Diferenciação Sim Não Tac,7G7/β6 IL-2R, BB-10 OKT26,ACT1 Sim TU27, Mik-β1 2R-β,YTA-1 Sim * Superfamília dos Receptores de Citoquinas 80 J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 Tabela 2 Expressão Patológica do IL-2R Grupo Tipo Doença I. Expressado anormalmente (células neoplásicas) IL-2R α (p55) Leucemia de CT do adulto Leucemia de células peludas Leucemia Linfocítica Crônica Tipo B Leucemia Mielóide Aguda Linfoma de Hodgkin Células de Reed Sternberg Linfomas não Hodgkin IL-2R β (p75) Leucemia de CT do adulto Leucemia de células Peludas Leucemia Linfóide aguda Leucemia Mielóide Aguda D. Linfoproliferativa de Linfócitos Granulosos Leucemia Linfócitica Crônica (?) (CB leucêmicas) Linfomas Malignos (?) IL-2R α (p55) Sarcoidose (lavado broncoalveolar) Artrite Reumatóide (líquido sinovial) Rejeição de Transplante Tuberculose Pulmonar ativa SIDA (HVI-1) Colite Ulcerativa D. Crohn IL-2R β (p75) Mononucleose Infecciosa Pneumonia de Hipersensibilidade Pulmão da SIDA (HVI-1) II. Expressado pós ativação 2Rα em comparação àquele do IL-Rβ e IL-2Rγ; c) a estrututra primária do IL-2Rα não se assemelha a qualquer molécula conhecida de outros receptores, tanto na superfamília das imunoglobulinas, quanto na superfamília dos receptores de citoquinas. 8,15 A célula T sensibilizada recebe o estímulo para secretar IL-2 através da própria molécula de IL-2 de novo que se acopla ao IL-2Rα, na superfície celular, podendo inclusive células T anormais produzirem uma forma de IL-2R solúvel no plasma. Quando as células T ostentarem unicamente IL-2Rα exibiriam baixa afinidade (10 -8 M) na ligação com a molécula de IL-2, com nenhuma maior conseqüência biológica na proliferação, no maior desenvolvimento ou diferenciação celular. Entretanto, conforme codificação genética específica, a célula T sensibilizada poderá ostentar receptores de intermediária (10 -9 M) ou alta (10 -11 M) afinidades for mados pelas cadeias peptídicas, β, γ ou α, βγ. Tudo se passa como se a cadeia α tivesse como função ligar-se, inicialmente, à molécula de IL-2 e a cadeia γ fosse fundamental para a internalização do complexo IL-2/IL-2R, conseqüentemente sinalizar ao núcleo celular para maior produção de IL-2 ou sinalizar por transdução, promovendo a replicação do DNA nuclear, com proliferação e diferenciação celular. 4,8,15,18,20,21 Os complexos IL-2/IL-2R sobre a superfície celular são de vida média curta e dentro de minutos são internalizados no citoplasma celular da célula T, com receptores de inter mediária ou alta afinidade onde são neutralizados e degradados nos lipossomas. Ainda é necessário estabelecer vários ensaios para esclarecer os processos de liberação de sinais para processar o ciclo da proliferação celular. 23,24. Proteínas adicionais estão associadas com essas três subunidades do IL-2R, formando verdadeiros complexos moleculares, porém carecem de maior importância, relacionados com a fisiologia do IL-2R. Entre elas moléculas do MHC classe I, moléculas de adesão (ICAM-1), proteínas tirosina quinases citoplasmáticas, proteínas de peso molecular: 40-95-100-135150-180 KDa. 4,9,10,15,16,22 J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 81 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 Expressão Celular do IL-2R a) Células Normais De maneira geral as células T em repouso, células B, MØ, grandes linfócitos granulosos (Large Granulous Lymphocyte - L.G.L) e monócitos não expressam IL-2Rα, mas podem ser induzidos a expressar este receptor após a sensibilização. Decorridas 48-72 h após estimulacão dos linfócitos por mitógenos, observamse em torno de 50.000 sítios de IL-2Rα. Podem ser ainda encontrados nas células de Kupffer no fígado, nas células de Langerhans na pele e nos MØ alveolares pulmonares. 8,25 As cadeias IL-2Rβ e IL-2Rγ, formadoras do IL-2R de intermediária afinidade são expressadas na maioria dos L.G.L. e somente um número reduzido de subtipos de L.G.L. (1% das células mononucleares), expressam também IL-2Rα. Estas cadeias estão presentes ainda nas NK e CK, células tributárias dos grandes linfócitos; 90% do monócitos e ausentes nos MØ alveolares. 4,8,25 A cadeia γ está presente em fibroblastos, em todos subtipos de célulaT e célula B; envolvida na formação de IL-2R de intermediária e alta afinidade. 8,19. b) Células Patológicas As cadeias IL-2Rα e IL-2Rβ podem ser expressadas por células patológicas em pacientes com certas doenças hematológicas de natureza neoplásica ou condições não neoplásicas, tais como doenças auto imunes ou associados a rejeição de enxerto, onde várias populações celulares expressam exageradamente tais cadeias. (Tabela 2) 9,14 Embora o significado biológico do IL-2R não esteja claramente estabelecido, isto pode ter significado na proliferação de células neoplásicas. Ensaios imunoterapêuticos in vivo, baseados na administração da IL-2 recombinante pode disparar a proliferação clonal de células neoplásicas ostentando IL-2R. 4,5,10,26 Rubin e cols. (1986) descreveram uma for ma de IL-2Rα solúvel (sIL-2R) no plasma e secretada por células B e células T sensibilizados, passível de ser detectada em sobrenadantes de cultura de células mononucleadas humanas ativadas normais e patológicas, através de AcMs específicos, susceptíveis de serem quantificados por ELISA. A análise plasmática dos níveis elevados do sIL-2R é possível de ser correlacionada com o estado de ativação imunológico normal e patológico, observado em distúrbios infla- Tabela 3 Dosagem Plasmática Elevada do sIL-2R em Doenças Humanas A. Maligna 1. Leucemia de Células T do adulto 2. Leucemia de células peludas 3. Leucemia Linfótica B. Doença Inflamatória Autoimune 1. Artrite Reumática 2. Lupus Eritematoso Sistêmico 3. Esclerose Sistêmica Progressiva 4. Polimiosite 5. Doença de Kawasaki 4. Doença de Hodgkin 5. Ca de Fígado, Mama, Pulmão 6. Linfoma Cutâneo 6. Esclerose Multípla 7. Diabetes Mellitus Tipo I 8. Anemia Aplástica 9. Doença de Crohn 10. Uveíte não Infecciosa 11. Paraparesia Espástica Tropical C. Infecções a) Virais: 1. Hepatites 2. HIV -1 (AIDS) 3. Mononucleose Infecciosa 4. Sarampo b) Microbactérias: 1. Lepra 2. Tuberculose D. Protocolo de Transplantes 1. Rejeição de enxertos: Rim - Pulmão - Fígado 2. Doença Hospedeiro X Enxerto E. Miscelâneas 1. 2. 3. 4. Grandes Queimados Insuficiência Renal Crônica Diálises Sarcoidose 5. Esquizofrenia 6. Avaliação da RI a infusão de IL-2 7. Malária 82 J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 matórios auto imunes, inclusive glomerulopatias primárias e secundárias, neoplasias malignas, rejeição de transplantes de órgãos e processos infecciosos específicos. (Tabela 3). 24,27,28,29 Em alguns processos patológicos poderá faltar a expressão do IL-2R, como nos casos de linfomas de Hodgkin e tumores primários malignos intracranianos, onde os linfócitos do sangue periférico, sob estimulação in vitro apropriada falham em expressar o IL-2R de alta afinidade. Na Doença de Chagas haveria também uma diminuição na expressão do IL-2Rα humano em linfócitos do sangue periférico. 22 IL-2R alvo para Imunoterapia A expressão do IL-2Rα ou qualquer outra forma do IL-2R sobre célula T de pacientes com certas leucemias, doenças auto imunes selecionadas e rejeição de enxerto, mas não em células normais em repouso, forneceu a base científica para a estratégia que envolve agentes que eliminam somente as células que expressam o IL-2R ou que evitam a interação IL-2/IL2R. Esta terapêutica imune tem sido aplicada clinicamente para interromper a evolução dos processos patológicos humanos. Tornando-se uma terapêutica alternativa e por atuar somente nas poucas células que ostentam o IL-2R constitue uma modalidade de imunossupressão seletiva, preser vando grande parte do sistema imune, o qual poderá exercer a sua vigilância imunológica contra outros possíveis agentes antigênicos indesejáveis. 4,13,26 Várias estratégias já foram usadas e continuam ainda sob pesquisa, com o objetivo de se atingir o IL2R (Tabela 4). A n t i - Ta c n ã o m o d i f i c a d o São AcMs elaborados pelo camundongo contra o peptídeo p55 do IL-2Rα humano. Estas moléculas de imunoglobulinas não só ser viriam para determinar as células T ativadas, portadoras de IL-2Rα, bem como observar fenômenos biológicos resultantes do bloqueio deste receptor à ligação da molécula de IL-2 ao p55 do receptor de alta afinidade. A desvantagem desta estratégia é que o anti-Tac é altamente imunogênico e pouco citolítico para células humanas, talvez pela sua pouca especificidade. Contudo esta estratégia apresenta resultados positivos na terapêutica da leucemia de célula T do adulto, induzida pelo HTVL1 e no uso profilático contra a rejeição aguda em transplante renal. 4,9,10,22,26,30 A n t i - Ta c c o n j u g a d o s a q u e l a t o s de metais Tais moléculas conjugadas são usadas para radioimunoimagem e para radioimunoterapia. A química nuclear tem fornecido uma grande seleção de radioisótopos que ao serem conjugados a moléculas imunoprotêicas do IL-2Rα, exigem modificações químicas, tornando-as quelantes. Tais conjugados apresentam alta estabilidade termodinâmica, inertes, impedindo a fácil dissociação da molécula conjugada, evitando uma possível contaminação radioativa dos ossos, fígado e rins. Assim, o anti-Tac fica retido na membrana celular que ostenta IL-2Rα, principalmente IL-2R de alta afinidade. O metal conjugado emitiria partículas radioativas para o interior do citoplasma que atingiriam o DNA nuclear, interrompendo-o, impedindo a sua replicação. Ainda não foi possível estabelecer qual a melhor substância radioativa, entretanto aquelas que emitem radiação alfa (Bismuto e Astatínico) seriam melhores para imunoterapia do que aquelas que liberam partículas beta ou gama (Iodo e Rênio). A grande vantagem do Anti-Tac conjugado a quelato radioativo é a sua pouca imunogenicidade. Tem sido usado no tratamento da Doença de Hodgkin, linfomas de células B e células T, leucemia de célula T do adulto. 13 A n t i - Ta c h u m a n i z a d o ( a n t i - Ta c - H ) São moléculas obtidas através da engenharia genética, onde as moléculas de AcM desenvolvidas apresentariam a sua fração constante (Fc) oriunda da imunoglobulina humana, ligada a região variável (quimérica) ou hipervariável (hiperquimerismo) da imunoglobulina do camundongo. A molécula do anti-TacH resultante teria 90% da molécula quimérica de oriTabela 4 IL-2R Como alvo para Imunoterapia A) AcM anti-IL-2Rα (anti-tac) 1 - anti-tac não modificado * 2 - anti-tac conjugado a quelatos de metais radioativos 3 - anti-tac humanizados B) Imunotoxinas 1 - anti-tac conjugados a toxinas bacterianas 2 - IL-2 toxina* 2.1- Exotoxina de Pseudomonas (PE-40) 2.2- Toxina diftérica C) Conjugados de IL-2/Fc IgG2a do camundongo * usadas em transplantes de orgãos J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 83 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 gem humana, diminuindo os efeitos indesejáveis da imunogenicidade do anti-Tac não modificado. O antiTac-H tem sido usado no controle da Doença de Hodgkin, com resultado encorajadores. 4,5,10 A n t i - Ta c C o n j u g a d o a To x i n a Bacteriana Os AcMs demonstraram na aplicação clínica terapêutica limitada eficácia e uma nova estratégia foi elaborada, conjugando-se uma exotoxina da bactéria do gênero Pseudomonas (PE-40) a molécula do antiTac, formando o anti-Tac-PE40. A célula T ativada, expressando o IL-2R de alta afinidade recebe em sua membrana celular o anti-Tac-PE40: a fração protêica da exotoxina PE40 penetra na célula T por endocitose e por translocação pelo citoplasma acaba por eliminála. Este tipo de molécula conjugada já foi testada em leucemia de célula T do adulto. 26 I L - 2 To x i n a A molécula de IL-2 pode ser conjugada por engenharia genética a toxinas bacterianas, formando moléculas quiméricas, cuja estratégia será colocar a toxina bacteriana no interior da célula T via internalização de IL2, através do IL-2R de alta afinidade. As duas moléculas mais estudadas são: a IL-2 Toxina, resultado da fusão genética das moléculas da toxina diftérica e a IL-2; a IL2 PE40, resultado da fusão genética da molécula da exotoxina do gênero Pseudomonas (PE40) com a molécula de IL-2. Peptídeos resultantes destas toxinas bacterianas, translocando-se pelo interior do citoplasma da célula T ativada, acabam por eliminá-la por citoxicidade. Estas estratégias terapêuticas têm sido testadas em modelos experimentais de transplante cardíaco, transplante de ilhotas pancreáticas e reações de hipersensibilidade tipo retardada, com resultados promissores. 7,10 A IL-2 Toxina (Toxina Diftérica), hoje conhecida como DAB-486-IL-2, recentemente foi testada em colônias de células infectadas pelo HIV-1, conseguindo eliminá-las seletivamente e, nas células não infectadas, mas pertencentes à mesma colônia, inibiu a produção de proteínas virais e consequente infecção viral. 31 IL-2 Conjugado de IL-2/FclgG2a do Camundongo Steele, Zheng e Strom desenvolveram recentemente uma molécula conjugada, onde a IL-2 e o domínio Fc da IgG2a do camundongo foram geneticamente fundidas. As células T ativadas, ostentando em suas superfícies o IL-2R de alta afinidade, acoplariam o complexo IL-2/Fc, onde o domínio atingiria as células alvo, eliminando-as através de mecanismo imunocitolíticos, incluindo a via de ativação do complemento. In vivo, utilizando-se de experimentos com doses baixas do conjugado, demonstraram uma vida média da droga circulante longa e mínima toxicidade sistêmica. 32 Conclusão O complexo multicadeia IL-2R é um sistema de receptores que se relaciona com uma das mais importantes citoquina conhecida a IL-2, mediando os fenômenos de diferenciação e proliferação celular na resposta imune. Bloquear o IL-2R é uma estratégia extremamente atrativa: a) doenças degenerativas neoplásicas ou de natureza infecciosa estão patogenicamente relacionadas com a ativação e proliferação da célula T, conseqüente à interação da IL-2 com seu IL2R. b) seletividade terapêutica, pois atuando no IL-2R estará bloqueando e/ou destruindo somente aquelas células T que estão atuando em processos patológicos, preservando as células em repouso ou de memória que por ventura possam ser recrutadas em outros tipos de resposta imune. Summary System interleukin-2 receptor In this report the authors present a review about IL-2 receptor (IL-2R) structure, function and its biologic role in the immune response. We compare the immune system to the endocrine system where the IL2 is the main hormone with autocrine and paracrine secretions by the activated T cells which in this situation express the IL-2R (low, intermediary, and high affinity). The knowledge about IL-2/IL-2R complex in activated nor mal cells have per mited a better knowledge of cell (neoplasic) that are responsible for the inflammation process in auto immune diseases and allograft reactions. The molecular and genetic aspects of IL-2/IL2R have possibilited tecnological advances that permited the development of new chimerics molecules, conjugated monoclonals antibodies and conjugated IL-2 applications, which have showed very efficacions in the immune therapy of many diseases and important advances in the selective immune sup- 84 J. Bras. Nefrol. 1995; 17(2): 78-84 L. C. F. de Andrade e M. G. Bastos - Sistema receptor para IL-2 pression of diseases such as allograft reaction that we have been demonstrated. Referências 01. Smith KA, Interleukin 2. Inception, Impact, and Implications. Science. 1988; 240:1169-76 02. Smith KA, Interleukin-2. Sci Am. 1990; 262:26-32 03. Steiger J, Nickerson P, Stewer W, Horack I, Strom TB, Islet cell transplantation in IL-2 knockout mice. Is IL-2 necessary for rejection (abstrats). J Amer Soc Nephrol. 1993; 4:919 04. Waldmann TA, The IL-2 receptor system. a target for rational immune intervention. Immunol. Today. 1993; 4:264-270 05. Whittington R, Faulds, D, Interleukin 2. A review of its pharmacological properties and therapeutic use in patients with cancer. Drugs. 1993; 46:446-514 06. Andrade LCF, Montesano MA, Bastos MG, O Sistema Imune. Rev Med Minas Gerais. 1994; 4:29-36 07. Bastos MG, Pestana JOM, Bloqueio seletivo da resposta Imune durante a rejeição de transplante. 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