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La fagocitosis, el proceso a través del cual las células inmunitarias innatas engullen partículas grandes, evolucionó a partir del mecanismo de alimentación de los organismos unicelulares, e implica unirse a un objetivo, envolverlo con una membrana y pellizcar la membrana para formar una vacuola dentro del citosol llamada fagosoma. Mientras que la membrana fagosomal se deriva de la membrana plasmática, la clasificación activa de proteínas y lípidos, así como la fusión con endomembranas durante la formación de fagosomas, transforman el fagosoma en un orgánulo distinto dentro de la célula con propiedades degradativas que permiten la eliminación, neutralización y descomposición del material ingerido1-3. Este proceso, llamado maduración fagosomal, se basa en la entrega de una gran cantidad de enzimas proteolíticas y microbicidas, incluida la nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH) oxidasa, que transfiere electrones a los fagosomas que producen el oxidante fuerteO2- y sus especies reactivas derivadas de oxígeno (ROS) 2,4.
El pH luminal de los fagosomas tiene una profunda influencia en varios eventos necesarios para la función del fagosoma. En primer lugar, el pH influye en el tráfico de endomembranas en general, ya que los cambios conformacionales dependientes del pH de los reguladores del tráfico transmembrana alteran el reclutamiento de determinantes del tráfico como Arfs, Rabs y proteínas de la cubierta vesicular, que a su vez definen qué vesículas pueden fusionarse con los fagosomas 5-8. En segundo lugar, la composición iónica del lumen fagosomal también se transforma a medida que los fagosomas maduran, y algunos transportadores de iones, como el intercambiador de Na+/H+ o los antiportadores Cl-/H+ de la familia ClC, que promueven la función fagocítica, dependen de la translocación de H+ 9,10. Del mismo modo, la producción de ROS está íntimamente relacionada con el pH fagosomal. Las ROS y sus subproductos oxidantes tóxicos han sido reconocidos durante mucho tiempo como cruciales para la muerte fagosomal en los neutrófilos 4,11,12, y se ha demostrado que desempeñan un papel fundamental en otros fagocitos, incluidos los macrófagos, las células dendríticas (CD) y las amebas 13-16. La NADPH oxidasa es una enzima electrogénica que libera H+ en el citosol a medida que se consume NADPH, y que requiere la transferencia simultánea de H+ a través de canales HVCN1 asociados junto con los electrones transportados al lumen fagosomal, con el fin de aliviar la despolarización masiva que de otro modo conduciría a la autoinhibición de la enzima 17-21. Finalmente, varias enzimas proteolíticas tienen una actividad óptima a diferentes pH, por lo que los cambios en el pH fagosomal dependientes del tiempo pueden influir en qué enzimas están activas y cuándo. La importancia del pH fagosomal es resaltada por organismos como Mycobacterium tuberculosis, Franciscella tularensis y Salmonella typherium que subvierten la muerte fagocítica al menos en parte al alterar el pH fagosomal 22-24.
En los mamíferos, los fagocitos principales son los neutrófilos, los macrófagos y las células dendríticas, y dependiendo del tipo de célula, los cambios en el pH fagosomal dependientes del tiempo pueden variar ampliamente y parecen desempeñar diferentes funciones. En los macrófagos, una acidificación fuerte y rápida mediada por la ATPasa vacuolar (V-ATPasa) de la bomba de protones dependiente de ATP es uno de los factores clave que median la muerte 25-27, asemejándose a los mecanismos presentes en las amebas que utilizan la fagocitosis como mecanismo de alimentación 28. En estas células, se cree que la activación de las proteasas ácidas desempeña un papel clave. Por el contrario, la eliminación de neutrófilos depende más de las ROS que del HOCl producido por la mieloperoxidasa (MPO)11, y el pH permanece neutro o alcalino durante los primeros 30 min, acidificándose solo más tarde 29,30. Se ha sugerido que el pH neutro favorece la actividad de las proteasas oxidativas, como ciertas catepsinas. En las CD, el pH fagosomal es controvertido, ya que algunas reportan acidificación y otras pH neutro o alcalino 31,32, pero las ROS y el pH pueden influir profundamente en la capacidad de estas células para presentar antígenos a las células T, una de sus principales funciones 33.
Es importante destacar que las hormonas, quimiocinas y citocinas pueden producir eventos de señalización que inducen la maduración y cambios en el comportamiento de los fagocitos, y a su vez influyen en el pH fagosomal 34,35. Del mismo modo, los fármacos, por ejemplo la cloroquina antipalúdica, que también se considera para las terapias contra el cáncer 36, pueden afectar al pH fagosomal y, por lo tanto, a los resultados inmunitarios. Por lo tanto, una variedad de biólogos celulares, inmunólogos, microbiólogos y desarrolladores de fármacos pueden estar interesados en medir el pH fagosomal cuando buscan comprender los mecanismos subyacentes a los efectos de una disrupción genética particular, un compuesto bioactivo o un microorganismo en las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas.
Aquí describimos un método para medir el pH fagosomal en neutrófilos que nos permitió mostrar la importancia del canal HVCN1 en la regulación del pH fagosomal de neutrófilos 19. El método se basa en la propiedad radiométrica del isotiocianato de fluoresceína (FITC), cuya emisión de fluorescencia a 535 nm es sensible al pH cuando se excita a 490 nm, pero no a 440 nm 37. Cuando este colorante se acopla químicamente a un objetivo, en este caso zymosan, se puede seguir mediante microscopía de fluorescencia de campo amplio, donde se obtienen imágenes de las células a medida que fagocitan, y los cambios de pH fagosomal se miden en tiempo real a medida que el fagosoma madura. A continuación, se obtiene el pH real mediante la realización de un experimento de calibración en el que las células que se han fagocitado se exponen a soluciones de diferente pH que contienen los ionóforos nigericina y monensina, que permiten el rápido equilibrio del pH dentro de los fagosomas con la solución externa. A continuación, los valores de la relación se comparan con el pH conocido de las soluciones, se construye una curva de calibración mediante regresión no lineal y la ecuación resultante se utiliza para calcular el pH a partir del valor de la relación.