Gránulos de insulina

Los gránulos de insulina de las células β de los islotes pancreáticos son organelos intracelulares complejos que comprenden muchas proteínas con diferentes actividades catalíticas y funciones de mensajero. Estos organelos subcelulares tienen una morfología en micrografías electrónicas como una esfera de aproximadamente 200-300 nm de diámetro que comprende una corteza cristalina de insulina rodeada por un halo de material menos denso en una envoltura con bicapa de fosfolípidos. El gránulo es más que un simple depósito de hormona en la célula, es el sito de conversión proteolítica de proinsulina en insulina.  Esta estructura dinámica también está involucrada en el transporte y la comunicación intercelulares a través de la secreción de otras moléculas biológicamente activas. Alrededor de 10% de la población de gránulos se recambia cada hora durante la secreción activa. Una contribución importante al conocimiento de la secreción de insulina proviene de estudios de los gránulos, en particular la información sobre la estructura y función de muchas proteínas de los gránulos.

   La exclusividad  de la presencia en las  células β, hace que los gránulos de insulina sean un blanco inmunogénico en la destrucción selectiva de células β mediada auto-inmunológicamente que causa la diabetes tipo 1 (DT1). Hace tres décadas, el diálogo entre fisiólogos, bioquímicos e inmunólogos resultó en la primera evidencia de que los gránulos de insulina estimulan la autoinmunidad en los islotes pancreáticos. Hasta entonces, los estudios inmunológicos en DT1 tenían como foco de atención  la insulina y la proinsulina. La autoinmunidad de los gránulos mostró una mejor correlación con el desarrollo de DT1 y la recurrencia de autoinmunidad de los islotes pancreáticos y la pérdida de células β después del trasplante de islotes. Sin embargo, la naturaleza de los componentes de los gránulos de insulina que estimulan autoinmunidad de células T permanecía desconocida.

   Un estudio reciente aporta conocimientos sobre nuevos antígenos de los gránulos que son reconocidos por las células T. Además de enzimas exclusivas de las células β e involucradas en el procesamiento de proinsulina en insulina, otras proteínas asociadas con los gránulos, presentes también  en otros tejidos endocrinos, son procesadas y presentadas por moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase I y son reconocidas por células T CD8+ de individuos sanos y con DT1. Por otra parte, el análisis proteómico revela blancos de la autoinmunidad de los islotes, incluyendo proteínas de los islotes modificadas post-translacionalmente, péptidos híbridos que se unen a dos proteínas diferentes de los islotes en epitopes y neoantígenos que resultan por “splicing” alternativo o infidelidad ribosomal, creando proteínas completamente nuevas que normalmente no son codificadas en el genoma de las células β. Todos los tipos de proteoma de células β (nativo, modificado y neo) han demostrado que actúan como blancos de células T. La naturaleza de los autoantígenos recién identificados potencialmente es de relevancia en la DT1 dado que su distribución está limitada a tejidos neuroendocrinos, lo cual garantiza futuros estudios sobre la inmunopatogénesis de la DT1. Células similares a células T han sido reportadas en islotes pancráticos inflamados de  ratones NOD que pueden transferir diabetes autoinmune experimental en ratones no diabéticos. Estos hallazgos en humanos y ratones confirman a los gránulos de insulina como fuente de un amplio rango de auto-antígenos e incorporan a las células T CD8+ como blancos que son reconocidos por células CD4 y auto-anticuerpos.

   Los gránulos de insulina, además de proteínas, contienen otros ingredientes como esfingolípidos, incluyendo sulfatides que contribuyen a la formación y estructura de los cristales de insulina, los cuales poseen propiedades inmunogénicas y antiinflamatorias. Los sulfatides son blanco de los anticuerpos islote-específicos y las células T natural killer que unen los sistemas inmune innato y adaptativo. Los sulfatides también poseen propiedades antiinflamatorias que pueden inhibir la autoinmunidad de células T y potencialmente hacer a los gránulos menos inmunogénicos.  El metabolismo anormal de los esfingolípidos de los islotes puede ser  corregido por el compuesto fenofibrate que representa una nueva oportunidad terapéutica.

   Los gránulos de insulina sirven como mensajeros autoinmunes entre las células β y la sangre y también en el tráfico de componentes de las células β hacia el exterior de la célula. Los macrófagos residentes en los islotes están en contacto con las células β y los vasos sanguíneos y tienen acceso directo a la luz de los vasos. Estos macrófagos capturan a los gránulos de insulina intactos de las células β y presentan la insulina a las células T. Por su naturaleza, los gránulos de insulina actúan como complejos transportadores de haptenos que son fagocitados eficientemente por los macrófagos. Los haptenos son pequeñas moléculas que provocan una respuesta inmune solamente cuando están adheridos a un transportador como una proteína o un organelo como los gránulos.

   Los estudios recientes reportan que la frecuencia de células T CD8+ circulantes no varía entre salud y enfermedad. Esto puede reflejar parcialmente que las células T que reaccionan con los neoantígenos de los islotes no son expresados en el timo y escapan a la selección y formación del repertorio de células T que podría provocar la tolerancia inmune central. Es importante hacer notar que los mecanismos periféricos de tolerancia inmune también pueden regular la autoinmunidad de los islotes pancreáticos. Esto es ilustrado por estudios sobre autoinmunidad de células T en gránulos de insulina que  muestra una fuerte asociación con DT1. La función y actividad de las células T son sometidas a inhibición por las células T reguladoras en individuos sanos. La presencia de células T autoreactivas islote-específicas en individuos sanos también podría explicar el desarrollo de DT1 en pacientes con cáncer tratados con inmunoterapia que bloquea esta regulación inmune para atenuar la inmunidad contra antígenos del tumor (inhibidores del “checkpoin”t inmune como pembrolizumab y nivolumab).

   ¿Qué puede hacer que las proteínas de los gránulos de insulina sean tan inmunogénicas? Primero, estas proteínas están entre las más abundantes producidas por las células β. Esto hace que estén más expuestas a la ruta de presentación MHC-I, especialmente considerando su alta tasa de recambio, y por tanto son más proclives a desviaciones transcripcionales y translacionales, situación que incrementa en condiciones de estrés de células β. Segundo, varias de estas proteínas comparten una característica clave con los antígenos primarios de los islotes: son proteínas solubles producidas como precursores (prepro-proteínas) que  forman proproteínas. Esto es seguido por procesamiento enzimático, principalmente por proconvertasas, para dar origen a sus productos bioactivos. Tercero, siguiendo la exocitosis de los gránulos, son liberadas con la proinsulina a la circulación sanguínea, en su forma intacta o degradada, y pueden ser tomadas por células dendríticas fuera del páncreas y sensibilizar tejidos linfoides distantes.

   En conclusión, el gránulo de insulina es más que un depósito de hormona, es un organelo intracelular que comprende proteínas con muchas actividades y funciones. Varias de estas proteínas son procesadas y presentadas por moléculas MHC clase I y reconocidas por células T CD8+ en individuos sanos y con DT1. Los hallazgos de los estudios en humanos y ratones colocan a los gránulos de insulina como fuente de autoantígenos de los islotes reconocidos por células T y anticuerpos. Las proteínas nativas así como las proteínas modificadas post-transcripcionalmente  o post-translacionalmente -y los esfingolípidos- de los gránulos de insulina actúan como blancos autoantigénicos o moduladores inmunes de células T CD8+.

 Fuente: Roep BO (2020). There is something about insulin granules. Diabetes 69: 2575-2577.