INTRODUCCIÓN

Durante la evolución, las células han desarrollado sistemas de protección para evitar que cambios bruscos en el ambiente provoquen alteraciones en la estructura y función de proteínas que pongan en riesgo su viabilidad. Uno de los mecanismos que se activa en respuesta a los diferentes tipos de estrés inducidos por factores externos como la temperatura, es la síntesis de proteínas de choque térmico (heat shock proteins, HSP) o chaperonas moleculares, con el fin de favorecer el plegamiento correcto de otras proteínas para el mantenimiento de la proteostasis y la homeostasis celular¹.

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En la mayoría de las células, las HSP se expresan de manera constitutiva; sin embargo, su síntesis puede ser inducible en respuesta a diversos estímulos y condiciones fisiológicas. De esta manera, las HSP se encuentran prácticamente en todos los organismos, desarrollando múltiples funciones como la disociación o plegamiento de proteínas, modificación de la actividad de ciertas enzimas, mantenimiento del citoesqueleto y efectos apoptóticos, entre otros.

Se ha descrito que la actividad de las HSP depende de: a) su conformación estructural funcional, que va desde un estado monomérico hasta asociaciones multiméricas; b) la formación de complejos con otras proteínas chaperonas o cochaperonas; c) moduladores como el ATP, y d) su localización intracelular o extracelular^2-4 (tabla 1).

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Debido a la versatilidad de funciones que presentan las HSP se les ha denominado proteínas multiempleo o “moonlighting proteins”¹², ya que están involucradas en múltiples procesos metabólicos, fisiológicos o patológicos. Se ha demostrado que tienen una participación relevante durante el embarazo^13,14 y la esteroidogénesis^15,16, así como en la preeclamsia^17,18, el cáncer¹⁹, la diabetes^20,21, la resistencia a la insulina²², en enfermedades cardiovasculares^23,24, la aterosclerosis²⁵ y la respuesta inmune^26,27, entre otras.

En este sentido, una misma HSP puede tener diferentes funciones, las cuales dependerán de su estructura y localización en los diferentes compartimentos intracelulares, o de si son traslocadas a la superficie o al medio extracelular cuando la célula se encuentra en condiciones de estrés. Bajo estas condiciones, las HSP actúan principalmente como una señal de alerta del sistema inmunitario^28-30.

LAS HSP EN EL SISTEMA INMUNE

Dentro de las funciones que realizan las HSP está la que se asocia al sistema inmunológico, donde actúan como un indicador para evitar la propagación del daño. Se ha identificado a las proteínas HSP27, Grp78, HSP60, HSP70, Grp94 o HSP90 en la superficie celular y en el fluido extracelular de pacientes en condiciones patológicas. Se sugiere que el mecanismo de translocación o la vía secretora de las HSP a las membranas o a la circulación puede ser a través de vesículas; sin embargo, no se conoce a detalle y es motivo de investigación³¹. En este contexto, se ha sugerido que las HSP actúan como “moléculas de señalización” o “moléculas inmunomoduladoras” alertando y activando al sistema inmunológico innato y adaptativo durante el proceso inflamatorio en enfermedades infecciosas causadas por virus o bacterias, o incluso en algunas alteraciones como el cáncer^32,33.

Se ha descrito que la HSP60, HSP70, HSP90, GP96 (HSP90B1, HSPC4) y la calreticulina (una HSP de retículo endoplásmico de 46 kDa) actúan como activadores del sistema inmune innato que inducen la producción de citocinas proinflamatorias como el factor de necrosis tumoral (TNF-α) o interleucinas (IL-1, 6 y 12)³⁴, así como la activación de los receptores tipo Toll (TLR, Toll-like receptor) 4 y 2³⁵. Específicamente, la actividad de HSP60 se ha asociado con la activación de los linfocitos-T citotóxicos³⁶; así como a los receptores CD14, CD40 y TLR³⁷. A estas HSP que participan en el sistema inmunológico se les ha denominado como “chaperocinas”, ya que además de presentar la función de chaperona pueden activar el mecanismo para la producción de citocinas³⁸.

FORMACIÓN DE COMPLEJOS HSP-PÉPTIDOS EN EL SISTEMA INMUNE

Diversos estudios han demostrado que las HSP forman complejos con péptidos derivados de partículas antigénicas virales o bacterianas, provenientes de células infectadas o de células bacterianas completas^39,40. Estos péptidos se generan por dos vías, la endocítica o exógena y la citosólica o endógena.

En la vía exógena, los antígenos se adhieren a la membrana de los macrófagos, donde son fagocitados y procesados por enzimas endosomales y lisosomales. Los péptidos generados son reconocidos por el complejo principal de histocompatibilidad clase II (major histocompatibility complex type II, MHC II) y dirigidos a la membrana celular para ser presentados a los linfocitos T CD4+ (figura 1a). Por otro lado, los antígenos endógenos (proteínas víricas sintetizadas dentro de la célula), se procesan por el proteasoma o inmunoproteasoma por la vía citosólica, generando péptidos de entre 8 y 16 aminoácidos que son reconocidos por el complejo principal de histocompatibilidad clase I (major histocompatibility complex type I, MHC I)⁴¹. Estos péptidos, los generados por el proteasoma, son transportados al retículo endoplásmico por la proteína TAP (transportador asociado con la presentación de antígeno) donde se unen al MHC I / PLC (peptide-loading complex o complejo de carga del péptido), el cual está formado por chaperonas como la calreticulina, tapasina, calnexina y la enzima ERp57. Se ha descrito que la HSP90 interacciona con el proteasoma para proteger a los péptidos recién generados⁴² y que la HSP70 se asocia con la proteína TAP, lo que promueve su función⁴³ (figura 1b ).

Figura 1 . a) Vía exógena o endocítica El antígeno es reconocido y endocitado por el receptor de células T (TCR). En el endosoma, el antígeno es procesado por proteasas y enzimas lisosomales para la generación de péptidos de 13-18 aminoácidos. El MHC II es transportado por vesículas hasta el endosoma tardío donde es liberado de la cadena invariante para unirse a los péptidos proteicos. La vesícula con el complejo MHC II-péptido se fusiona con la membrana plasmática y el complejo queda expuesto hacia el exterior de la célula. RE = retículo endoplásmico; Ci = Cadena invariable. b) Vía endógena o citosólica. Los antígenos son procesados por el proteasoma generando péptidos de entre 8 y 16 aminoácidos. Los péptidos son reconocidos por la HSP90 y transportados hasta el retículo endoplásmico donde son translocados por la proteína TAP. En el interior del retículo, el péptido se une al complejo PLC y al MHC I. Una vez formado el complejo MHC I-péptido, las HSP se liberan y el complejo se dirige a la superficie celular donde los péptidos se presentan a los linfocitos CD8+ generando la respuesta inmunitaria. Modificado de: McCarthy MK, Weinberg JB, 201541. 

Una vez que el péptido es reconocido por el MHC I, las chaperonas del complejo PLC se liberan y el MHC I-péptido se dirige hacia la superficie celular donde el péptido se presenta a los linfocitos CD8+. Durante este proceso, desde la liberación del péptido y hasta su presentación a las células CD8+, la actividad de las HSP resulta indispensable, ya que los péptidos antigénicos no pueden permanecer libres en un ambiente acuoso sin ser degradados.

En la vía exógena, la formación del complejo HSP-péptido permite a las HSP70, HSP90, GP96 y calreticulina asociarse con las células presentadoras de antígenos a través del receptor CD91 (también llamado receptor alfa 2-macroglobulina), internalizarse y coadyuvar en el incremento en la presentación de antígenos a los linfocitos CD4+ y CD8+para promover la respuesta inmune; sin embargo, la inmunogenicidad se anula al disociarse el complejo HSP-péptido^40,44, lo que significa que las HSP o los péptidos no presentan efecto inmunogénico per se.

La sobreexpresión de las HSP durante procesos infecciosos ha sido de interés para su estudio como blancos terapéuticos o marcadores de daño celular en la regulación de la respuesta inmune. Se han utilizado proteínas purificadas o péptidos sintéticos de la HSP60 y HSP70 para estimular a las células T y NK. En este sentido, se han administrado de forma exógena péptidos dnaJP1 derivados de HSPdnJ (una HSP bacteriana homóloga de la HSP40 humana) como inmunoterapia en pacientes con artritis reumatoide. El tratamiento despertó diversas respuestas inmunes y cambios en la función proinflamatoria y reguladora de las células T, se incrementó la producción de IL-4, IL-10 y disminuyó la expresión de IL-2, IFN-γ y TNF-α^45,46. Los resultados del tratamiento sugieren una tendencia hacia la eficacia en la aplicación clínica, ya que la susceptibilidad al tratamiento se basa en la coexpresión de moléculas que puedan contribuir a disminuir la baja respuesta de la inmunidad adaptativa.

LAS HSP Y LAS INFECCIONES VIRALES

Las HSP tienen una participación diferencial en función de cómo se llevan a cabo los procesos moleculares en una infección. Se ha descrito que las HSP se secretan al medio extracelular en condiciones patológicas donde presentan actividad inmunomoduladora e inducen la activación de macrófagos, la respuesta inmune y antiinflamatoria, así como la regulación de la apoptosis y procesos de comunicación celular³⁰. Además de estar involucradas en la internalización, replicación, transcripción y expresión génica viral, la HSP60, HSP70 y HSP90 actúan como proteínas hospederas, colaboran con el plegamiento de proteínas virales, favorecen la propagación y la eficacia de la infección^47,48, así como la activación de los macrófagos⁴⁹. De ahí la importancia de su localización cuando se detecta la infección viral. De manera particular, se ha descrito que la HSP60 tiene una función importante en la vía del inflamasoma, en la síntesis y liberación de proteínas pro y antiinflamatorias como p53, interleucinas y el factor de necrosis tumoral TNF-α^50-52; interacciona con la proteína HBx del virus de la hepatitis B, la cual es esencial para su replicación y la persistencia de la infección⁵³. De igual forma, la HSP90 participa regulando la replicación del virus de la hepatitis C y del virus de la influenza, donde también tienen una función la HSP40 y la HSP70^54,55.

Con base en las diferentes actividades antivirales y proinfección de las HSP, se ha sugerido que estas pueden tener una participación importante en la enfermedad del COVID-19, causada por el virus del SARS-CoV-2 (del inglés: severe acute respiratory syndrome (SARS)-like coronavirus). La infección por este tipo de coronavirus ocasiona un daño severo a nivel respiratorio, corazón, hígado, riñones, cerebro, sistema nervioso y gástrico⁵⁶. La infección viral inicia cuando la proteína espiga (o spike) del SARS-CoV-2 reconoce como receptor a la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) en la superficie celular, donde por vía endosomal o fusión con la membrana celular, inyecta su genoma al citoplasma para iniciar la replicación y la formación de los viriones que son liberados por exocitosis para mantener la progresión de la infección⁵⁷.

El virus del SARS-CoV-2 presenta cuatro proteínas estructurales principales: la spike (o de espiga), las de membrana, las de envoltura y las de la nucleocápside; además de otras accesorias como ORF3a, ORF6, ORF7a, ORF7b, ORF8, ORF9 y ORF1⁵⁷. Mediante análisis bioinformático (Immune Epitope Database and Analysis Resource), Marino Gammazza et al. (2020) compararon la secuencia de aminoácidos de las proteínas de SARS-CoV-2 con 20,365 proteínas de humano. Los resultados demostraron que diferentes HSP, que corresponden a proteínas de la familia de la HSP70, HSP60, HSP40 y HSP90, comparten un segmento de seis aminoácidos con potencial inmunogénico/antigénico con el SARS-CoV-2 y que estos hexapéptidos corresponden a los epítopes inmunogénicos predichos para los linfocitos B/T⁵⁸ (tabla 2). Con estos resultados, Marino Gammazza et al. (2020) sugieren que cuando las células se encuentran en condiciones de estrés provocado por el SARS-CoV-2, se incrementa la translocación de HSP al espacio extracelular y se desencadenan diversos procesos asociados con la autoinmunidad⁵⁸. Igualmente, experimentos realizados por Luchese y Flöel (2020) demostraron que fosfoproteínas de la nucleocápside y ORFab del SARS-CoV-2 comparten un hexapéptido con potencial inmunogénico con proteínas de la familia de HSP90 (KDKKKK) y HSP⁶⁰ (EIPKEE) respectivamente, lo que “constituye el candidato ideal para obtener una respuesta autoinmune contra HS90B, H90B2 y HSP60, así como un potencial mecanismo patogénico de neuropatía como consecuencia de la infección por SARS-CoV-2”⁵⁹.

La participación de la HSP60

Se ha mostrado que el péptido CIGB-258 (APL1 o CIGB-814) derivado de la proteína HSP60, puede inducir un efecto inmunorregulador y antiinflamatorio en pacientes con artritis reumatoide⁶⁰. Se demostró también que el péptido tiene un efecto terapéutico al administrarse a pacientes con COVID-19 que se encontraban en condición crítica con síndrome de dificultad respiratoria aguda. Después de 48 horas de tratamiento con CIGB-2⁵⁸, los pacientes mostraron una recuperación importante y una disminución significativa en los niveles de IL-6, IL-10, TNF-α, granzima B y perforina, al parecer a través de la activación de los linfocitos T reguladores⁶¹.

También se han identificado concentraciones elevadas de HSP60 circulante (en plasma y suero) en diversas enfermedades, principalmente en pacientes con hipertensión o enfermedades cardiovasculares^23,62.

En este sentido, se ha descrito a las HSP circulantes como mediadores de procesos patológicos debido a su actividad inmunogénica.

Se ha demostrado que HSP60 está involucradaen la internalización, transcripción y replicaciónde diferentes virus, ya que favorece el plegamiento y estabilización de las proteínas virales⁶³. Se ha descrito que la HSP60 muestra características de DAMP (del inglés: canonical damage-associated molecular pattern)⁶⁴, el cual participa en la activaciónde la respuesta inmune innata al estimular la señal inflamatoria a través de los receptores TLR y dela vía NK-κB, e induce la liberación de citocinas proinflamatorias y óxido nítrico^28,65. Contrario a los efectos positivos descritos en las secciones anteriores, los resultados sugieren que la HSP60 podría participar en el mecanismo responsable del desarrollo del síndrome de dificultad respiratoria aguda (ARDS) e inflamación microvascular sistémica o fase hiperinflamatoria relacionada con la tormenta de citocinas durante el COVID-19^64,66.

Es necesario insistir, como se comentó al inicio, que las funciones de las HSP dependen de una serie de factores, por lo que ciertas condiciones contribuyen a combatir una infección vírica, pero en otras favorecen la replicación viral.

Las funciones de laHSP70

La HSP72 (o HSPA1A) es una proteína de la familia de las HSP70 que participa en los procesos inflamatorios en pacientes con resistencia a la insulina y diabetes. Se sugiere que la disminución en la concentración de HSP72 en pacientes con diabetes se asocia con la expresión de proteínas involucradas en la respuesta inflamatoria como JNK, TNK-α y NF-κB y, por lo tanto, a la inhibición del factor de transcripción HSF-167,⁶⁸. Se ha demostrado que la concentración de HSP72 en plasma y suero se encuentra elevada en pacientes con diabetes tipo 1 y obesos con diabetes tipo 2, por lo que HSP72 podría funcionar como un biomarcador de diabetes⁶⁹.

Otra proteína de la familia de las HSP70 es la GRP78 (glucose-regulated protein 78 o HSPA5), una chaperona molecular inducible por estrés que participa en el plegamiento de proteínas y en la translocación de polipéptidos sintetizados a travésde la membrana del retículo endoplásmico⁷⁰.

Cuando la célula se encuentra en condiciones de estrés, incrementa la concentración de proteínas no plegadas en el retículo endoplásmico activándose la vía de señalización UPR (unfolded protein response) conformada por la cinasa PERK (protein R-like ER kinase), IRE1 (inositol-requiring enzyme 1) y ATF6 (activating transcription factor 6 ). El incremento de proteínas no plegadas provoca que la GRP78 se transloque a la membrana celular donde actúa como receptor de diversos virus como el SARS-CoV-2, MERS-CoV, influenza, zika o ébola, favoreciendo su internalización a la célula hospedera^71-73.

En este sentido, estudios basados en modelado molecular del dominio de unión al receptor de la proteína espiga del SARS-CoV-2 y el dominio de unión a sustrato de la GRP78, sugieren que la proteína espiga puede presentar hasta cuatro sitios de unión con la GRP78. Debido a que la proteína espiga es esencial para el anclaje e internalización del virus a la célula hospedera, es probable que la inhibición de esta interacción disminuya la velocidad de la infección viral⁷⁴. En suero de pacientes con neumonía positivos para SARS-CoV-2, se ha identificado un incremento de hasta cuatro veces los niveles de la GRP78, lo que sugiere un blanco terapéutico potencial para el uso de inhibidores y moléculas con actividad antiviral para suprimir la replicación del SARS-CoV-275,⁷⁷ (figura 2).

Figura 2 GRP78 en la infección viral El receptor ACE2 y GRP78 reconocen a la proteína spike, lo que favorece la internalización del virus por endocitosis. El estrés induce la expresión de la GRP78 favoreciendo el plegamiento y producción de proteínas virales en el retículo endoplásmico. El incremento de GRP78 induce su translocación a la membrana celular para el reconocimiento e internalización del virus. La GRP78 puede asociarse y liberarse junto con las partículas virales (viriones) para mejorar su infectividad como un factor huésped accesorio. El círculo con el 78 en su interior representa a la proteína GRP78. Modificado de: Ha DP, Van Krieken R, Carlos AJ, et al., 202075. RE = retículo endoplásmico. 

Por el contrario, también se ha sugerido que, en respuesta al estrés, la HSP70 presenta actividad antiinflamatoria. La HSP70 se une al complejo NF-κB/I-κB atenuando la activación y migración de NF-κB al núcleo, e inhibe la tormenta de citocinas ocasionada por el virus⁷⁸. Los pacientes con COVID-19 son susceptibles de presentar síntomas graves, sobre todo aquellos con patología previa como hipertensión, obesidad, diabetes, enfermedades respiratorias o cardiovasculares⁷⁹.

Se ha observado un decremento en la expresión de HSP70 y del factor transcripcional de choque térmico HSF-1, principalmente en pacientes con obesidad y diabetes mellitus; esta disminución se relaciona con la activación persistente del UPR y del inflamasoma y, por lo tanto, a la producción masiva de citoquinas inflamatorias que inducen una condición conocida como fenotipo secretor asociado a la senescencia (SASP), el cual se ha identificado en pacientes infectados con SARS-CoV-2⁸⁰.

La HSP90 en los procesos virales

HSP90 es otra proteína chaperona que ha tomado relevancia durante la infección viral. En experimentos in vitro, Li et al. (2020) demostró que la inhibición de HSP90 afectan la replicación vírica de MERS-CoV y que existe una interacción directa entre HSP90 y proteínas de la nucleocápside. Esta relación mantiene la integridad funcional y estabilidad de las proteínas víricas, lo que permite sugerir que este tipo de interacción sería una posible estrategia terapéutica, ya que el uso de inhibidores de HSP90 puede desestabilizar a las proteínas de la nucleocápside SARS-CoV-2⁸¹. A este respecto, se ha demostrado que los inhibidores de HSP90 reducen la inflamación⁸², lo que indica que podrían tener una función importante durante las infecciones virales asociadas con procesos inflamatorios.

El uso de inhibidores de HSP90 para la actividad anticancerígena ha demostrado que tienen una efectiva distribución celular y son bien tolerados por los pacientes⁸³, lo que sugiere que esta podría ser una estrategia terapéutica alternativa contra la infección del coronavirus.

CONCLUSIONES

Las HSP tienen múltiples funciones, y su actividad biológica está íntimamente ligada con su estructura, conformación oligomérica y localización intra y extracelular. A la vez, las posibles funciones en cada evento biológico dependerán específicamente de lo que las células requieren. Sobresale el papel que desempeñan en la respuesta inmune como chaperocinas, lo que complementa y fortalece ante una infección, incluidas las virales, un mecanismo que coadyuva al sistema inmunológico para evitar el daño causado por estos agentes dañinos (figura 3). Sin embargo, las mismas HSP pueden participar coadyuvando a propagar las infecciones virales, lo que sigue siendo motivo de estudios. En un futuro no lejano se podrá entender con mayor claridad las funciones de estas proteínas para su aplicación en la práctica médica.

Figura 3 Participación de las HSP en el ciclo viral Se presenta la participación de diferentes HSP en el proceso de la infección viral, interviniendo desde la entrada y liberación del genoma viral al citoplasma de la célula huésped, hasta su ensamblaje y su liberación. Modificado de: Wan Q, Song D, Li H, He ML, 2020⁸⁴.