Ratones inmunodeficientes: la conexión NOD

¿Por qué la cepa NOD es el fondo genético preferido para los ratones inmunodeficientes?

Como ya comentamos en un post anterior, los ratones diabéticos no obesos (NOD/ShiLtJ) son uno de los ratones más utilizados para modelar la diabetes insulino-dependiente (Tipo I). Me resulta extraño que esta cepa se convirtiera en el fondo de elección en el desarrollo de Nod Scid Gamma (NSG) y otros ratones severamente inmunodeficientes que han revolucionado el desarrollo de modelos de cáncer y enfermedades infecciosas en humanos de nueva generación. ¿Cómo ha ocurrido esto exactamente?

Los ratones NOD inmunodeficientes hacen avanzar la investigación sobre la diabetes y las enfermedades infecciosas humanas

Dos objetivos de investigación distintos impulsaron el desarrollo de los modelos NOD inmunodeficientes:

1) El desarrollo de un ratón que pudiera utilizarse para descubrir qué células inmunitarias impulsan realmente el desarrollo de la diabetes autoinmune en los ratones NOD.

Como se ha explicado en un post reciente, los ratones NOD-scid (NOD.CB17-Prkdcscid/J), al ser deficientes en células B y T, no desarrollan diabetes. Como resultado, son los anfitriones perfectos para la transferencia adoptiva de células T y B de ratones NOD diabéticos para investigar su papel en el desarrollo de la diabetes autoinmune (Tipo 1).

2) El desarrollo de un ratón que soportaría el injerto a largo plazo de células y tejidos humanos para estudios relacionados con las enfermedades infecciosas y el cáncer humanos.

El Prkdcscid es una mutación espontánea caracterizada inicialmente en una cepa congénita BALB/c llamada C.B-17. Aunque los ratones C.B-17-scid son deficientes en células T y B, no logran el injerto a largo plazo de las células inmunitarias humanas que son fundamentales para desarrollar modelos de animales pequeños para enfermedades infecciosas humanas como el VIH. La explicación probable de su limitada capacidad de injerto es que los ratones C.B-17-scid conservan una función normal de las células NK y mieloides.

Resulta que los ratones endogámicos NOD tienen deficiencias inherentes en actividades clave de las células inmunitarias humorales y celulares que aumentan la deficiencia inmunitaria general de los ratones NOD-scid en comparación con los C.B-17-scid o C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ).

Deficiencias inmunológicas inherentes en los ratones NOD que aumentan las deficiencias inmunológicas inducidas genéticamente

Los ratones endogámicos NOD se caracterizan por las siguientes deficiencias inmunológicas inherentes:

1) Ausencia de complemento circulante. El sistema del complemento es un componente del sistema inmunitario innato basado en múltiples proteínas que ayuda a los anticuerpos y a las células fagocíticas a destruir y eliminar los patógenos del huésped.

Normalmente, un subgrupo de proteínas del complemento forma complejos que agujerean la membrana celular de un patógeno y lisan la célula invasora. Los ratones NOD, así como otras cepas endogámicas, son homocigotos para una deleción en el gen del complemento hemolítico (Hc) que impide la expresión de la proteína del complemento Hc (también conocida como C5). Sin el C5 funcional, las proteínas del complemento no se ensamblan y los patógenos invasores escapan a sus efectos dañinos.

2) Células asesinas naturales (NK) defectuosas. En comparación con los ratones BALB/c y C.B-17, los ratones endogámicos NOD tienen una actividad de células NK muy reducida (Kataoka et al. 1983). Las células NK son una clase de células citotóxicas del sistema inmunitario innato que responden rápidamente a las células infectadas por virus en ausencia de anticuerpos.

Es importante destacar que la actividad de las células NK es un impedimento importante para el injerto de células hematopoyéticas humanas en ratones. Por lo tanto, la reducción de la función de las células NK en los ratones NOD mejora en gran medida el injerto de células humanas.

3) Déficits de diferenciación y funcionales en los macrófagos y las células presentadoras de antígenos (APC). Los macrófagos y las APC son células inmunitarias que son importantes para engullir patógenos. La posterior presentación de antígenos derivados de los patógenos en la superficie celular de las APC es clave para desencadenar respuestas inmunitarias adaptativas.

Los macrófagos de ratones endogámicos NOD conservan muchas de las características de los macrófagos de células inmaduras y tienen respuestas funcionales débiles (Serreze et al. 1993). Las células dendríticas presentadoras de antígenos de los ratones NOD también muestran defectos de maduración (Pearson et al. 2003).

Combinados, los atributos anteriores hacen que el fondo genético NOD sea una plataforma ideal que, en combinación con la mutación scid, produce ratones que admiten un mejor injerto de células inmunitarias derivadas del ser humano. De hecho, los ratones NOD-scid soportan niveles hasta 5 veces superiores de injerto de células linfoides humanas, en comparación con, por ejemplo, los ratones C.B-17-scid.

¿Tiene Sirpa?

El alelo SirpaNOD promueve el injerto de células madre hematopoyéticas humanas (hHSC) en ratones inmunodeficientes derivados de NOD.

La carrera por desarrollar ratones inmunodeficientes derivados de NOD aún más avanzados se ha visto impulsada por la necesidad de desarrollar ratones «humanizados», es decir, ratones que expresen células inmunitarias humanas totalmente funcionales en lugar de sus homólogas murinas.

Se sabe desde hace más de una década que los ratones inmunodeficientes con el fondo NOD injertan células madre hematopoyéticas (HSC) humanas con mayor eficacia que los ratones inmunodeficientes con otros fondos genéticos. Este fenómeno se ha explicado recientemente por el descubrimiento de que los macrófagos de la médula ósea de los ratones NOD expresan una variante de la proteína reguladora de señales alfa (Sirpa) que tiene una mayor afinidad por las células madre hematopoyéticas humanas (Takenaka et al. 2007; van den Berg y van der Schoot 2008). Los ratones NOD-SCID portadores de un alelo Sirpa de ratones NOR, una cepa estrechamente emparentada con NOD, no injertan las hHSC con la misma facilidad.

¿Qué hace Sirpa?

La proteína Sirpa, tanto en ratones como en humanos, interactúa con Cd47 y controla múltiples funciones en las células mieloides. Una de las mejor documentadas es la regulación negativa por parte de SIRPA en los macrófagos de la fagocitosis de las células del huésped, crítica para el «autorreconocimiento» y la tolerancia al trasplante. Cuando el SIRPA unido a los macrófagos se une a la célula huésped Cd47, genera una señal inhibidora dependiente de SHP-1 que impide que los macrófagos engullan la célula Cd47-positiva.

Sin embargo, actualmente no está claro si la mayor unión de la proteína SirpaNOD a la hCD47 y la activación de una señal inhibidora fagocítica es el mecanismo real responsable del mayor injerto de hHSCs en ratones inmunodeficientes derivados de NOD.

Cabe destacar que actualmente se dispone de ratones inmunodeficientes con antecedentes genéticos no derivados de NOD que sobreexpresan la proteína humana SIRPA (por ejemplo, C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) y muestran niveles de injerto de hHSCs comparables a los de los ratones NSG.

La transferencia de la mutación scid al fondo NOD resultó ser un avance clave que hizo avanzar nuestra comprensión de la diabetes de tipo I y condujo al desarrollo de modelos animales pequeños más robustos para estudiar una amplia gama de enfermedades humanas. ¿Quién iba a saber que el ratón diabético se convertiría, posiblemente, en la cepa más importante en la investigación de enfermedades humanas basada en xenoinjertos?