Inés Hernández Daganzo

Una taza de café (50-190ml) contiene 19-177 mg de cafeína (respectivamente, café instantáneo y café hervido) (1). El consumo de cafeína diario se divide en 3 clases según la dosis (2):

DIGESTIÓN

1. Paraxantina (84 %): incrementa la lipólisis. Si se acumula en el plasma (por exceso de cafeína/consumo repetitivo), disminuye la eliminación de cafeína.
2. Teobromina (12%): vasodilatador, estimula la secreción glandular y la diuresis e incrementa el flujo de oxígeno y nutrientes al cerebro y músculo.
3. Teofilina (4 %): relaja el músculo liso de bronquios (usado en el tratamiento contra el asma) e incrementa la frecuencia cardíaca (aunque su dosis terapéutica es mucho mayor que la cantidad obtenida por el metabolismo de la cafeína).

ACCIÓN

• Antagonismo de adenosina: los receptores de adenosina (A₁R, A_2AR, A_2BR y A₃R) están acoplados a proteínas G y se expresan en múltiples tipos celulares.

• Movilización de calcio intracelular: la cafeína puede inducir tanto la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico como inhibir su recaptación. La unión de la cafeína con el receptor 1 de rianodina del músculo esquelético, aumenta la liberación de iones de calcio del retículo, provocando efectos ergogénicos durante el entrenamiento de fuerza y resistencia (4). Cabe señalar que una pequeña porción del efecto ergogénico de la cafeína podría estar impulsada por el efecto placebo. Si por ejemplo, un atleta antes de entrenar ingiere una cierta cantidad de cafeína esperando cierto aumento del rendimiento, pero no ocurre, podría tratar de sobrecompensarlo esforzándose más (4).
• Inhibición de fosfodiesterasas: la cafeína es inhibidor competitivo no selectivo de las fosfodiesterasas (enzimas que hidrolizan los enlaces fosfodiéster) y, entre otras cosas (2):

  • Aumenta el AMPc intracelular (interviniendo en la cascada de adrenalina y promoviendo la lipólisis al estimular a la HSL e inhibir a la glucógeno fosforilasa)
  • Activa a la PKA (fosforilación de enzimas del metabolismo de la glucosa y lípidos)

En sujetos que no consumen cafeína, una dosis de 4 mg/Kg incrementa la tasa respiratoria media, por mecanismos varios como: el incremento del flujo sanguíneo pulmonar y gasto cardiaco, relajación del músculo liso bronquial y alveolar, estimulación del centro respiratorio al inhibir a la fosfodiesterasa IV, etc. (1). Dosis de este calibre incrementan la excreción urinaria de iones varios (sodio, calcio, magnesio,…), junto con el volumen de orina. Esta diuresis se asocia al incremento del flujo sanguíneo renal y la filtración glomerular junto con la disminución de la reabsorción tubular de iones de sodio y otros.

Con dosis de cafeína mayores, de 10mg/kg (casi cinco veces más que la media de consumo humano diario), aumenta la utilización de glucosa en la capa del núcleo accumbens, produciendo un aumento metabólico cerebral generalizado que se reflejaría en los efectos secundarios de la alta ingesta de cafeína (1).

EFECTOS

En función de la dosis, los efectos de la cafeína se dividen en dos grandes categorías (1) (2) (3):

1. Bajas-moderadas (50 a 300  mg): estimula la actividad locomotora (mejora el rendimiento físico), mejora la capacidad de concentración, aumentan el estado de alerta y energía y reduce la fatiga y el sueño
2. Altas: induce ansiedad, inquietud, insomnio y taquicardia

Varios estudios comparan los efectos de la cafeína entre hombres y mujeres, informando de que la presencia de estrógenos hace que las mujeres no metabolicen la cafeína tan rápido como los hombres, puesto que ambas moléculas son degradadas por la CYP 1A2, una de las proteínas de la familia de la citocromo P450, implicada en la detoxificación de fármacos, xenobióticos y tóxicos (3) (5). La expresión y actividad de la CYP 1A2 es diferente en mujeres y varía con las fases del ciclo menstrual.

ABSTINENCIA Y TOXICIDAD

ENFERMEDADES RELACIONADAS

BIBLIOGRAFÍA

1. Astrid Nehlig, Are we dependent upon coffee and caffeine? A review on human and animal data, Neuroscience & Biobehavioral Reviews, Volume 23, Issue 4, 1999, Pages 563-576, ISSN 0149-7634. https://doi.org/10.1016/S0149-7634(98)00050-5
2. Cappelletti S, Piacentino D, Sani G, Aromatario M. Caffeine: cognitive and physical performance enhancer or psychoactive drug? Curr Neuropharmacol. 2015 Jan; 13(1):71-88. doi: 10.2174/1570159X13666141210215655. Erratum in: Curr Neuropharmacol. 2015; 13(4):554. Daria, Piacentino [corrected to Piacentino, Daria]. PMID: 26074744; PMCID: PMC4462044.
3. Kolahdouzan M, Hamadeh MJ. The neuroprotective effects of caffeine in neurodegenerative diseases. CNS Neurosci Ther. 2017 Apr; 23(4):272-290. doi: 10.1111/cns.12684. PMID: 28317317; PMCID: PMC6492672.  
4. Grgic J. Effects of Caffeine on Resistance Exercise: A Review of Recent Research. Sports Med. 2021 Nov; 51(11):2281-2298. doi: 10.1007/s40279-021-01521-x. Epub 2021 Jul 22. PMID: 34291426.   
5. Pickering C, Grgic J. Caffeine and Exercise: What Next? Sports Med. 2019 Jul; 49(7):1007-1030. doi: 10.1007/s40279-019-01101-0. PMID: 30977054; PMCID: PMC6548757.  
6. Smith A. Effects of caffeine on human behavior. Food Chem Toxicol. 2002 Sep; 40(9):1243-55. doi: 10.1016/s0278-6915(02)00096-0. PMID: 12204388.
7. Barbara G Phillips-Bute, James D Lane, Caffeine Withdrawal Symptoms Following Brief Caffeine Deprivation, Physiology & Behavior, Volume 63, Issue 1, 1997, Pages 35-39, ISSN 0031-9384. https://doi.org/10.1016/S0031-9384(97)00384-3  

Blanca Fernández, Cristina Exojo y Sergio García, 3º Biología Sanitaria, Universidad de Alcalá (UAH).

Introducción

El ibuprofeno es uno de los medicamentos más tomados hoy en día. Su uso está muy normalizado pero tiene muchas otras funciones además de las que más se conocen por la población.

Desde siempre hemos escuchado que el ibuprofeno solo se debe de tomar si de verdad se necesita, y no tomarlo en exceso, ya que el cuerpo se acostumbraría a esa dosis y la vuelta a la dosis normal no produciría ningún tipo de efecto, pero, ¿es esto realmente cierto?

¿Qué es el ibuprofeno?

Para entrar un poco en contexto, el ibuprofeno es un fármaco antiinflamatorio no esteroideo (AINE’s) que deriva del ácido propiónico.

Su fórmula química es el ácido 2-(4-isobutilfenil) propiónico, es decir, C₁₃H₁₈O₂. Presenta una estructura molecular que se puede ver representada en la figura 1.

Figura 1

Función

El exacto mecanismo de acción del ibuprofeno es desconocido, pero se considera como un inhibidor no selectivo de la ciclooxigenasa. Las ciclooxigenasas son enzimas productoras de prostaglandinas (mediadoras del dolor y de la fiebre) y de tromboxanos (estimuladores de la coagulación de la sangre). 

Hay dos tipos de ciclooxigenasas, por lo que al no ser selectivo, inhibirá indistintamente a ambas. 

• COX-1: desempeña su función en procesos fisiológicos, por lo que su inhibición producirá los efectos secundarios del ibuprofeno (la ulceración gástrica).
• COX-2: participa en los procesos de inflamación, dolor y fiebre. 

Se podría resumir en este esquema:

Tiene 3 funciones principales:

• Antiinflamatoria:  disminuye la síntesis de prostaglandinas implicadas en los procesos de inflamación, y la migración leucocitaria a las áreas inflamadas. 
• Antipirética: las prostaglandinas son las principales mediadoras de la fiebre en el hipotálamo. Es por ello por lo que al inhibir su síntesis, se produce el efecto antipirético.
• Analgésico: actualmente se encuentra en estudio, pero es posible que el efecto analgésico se deba al favorecimiento de la síntesis de cannabinoides endógenos y su acción en los receptores NMDA, por lo que afectaría a la transmisión del dolor en las regiones periféricas y en el sistema nervioso central. 

Prostaglandinas y COX

Las prostaglandinas se forman a partir de la acción de ciclooxigenasas (COX) mediante la oxidación del ácido araquidónico, que a su vez se obtiene gracias a la acción de la fosfolipasa A2 sobre fosfolípidos. Son las encargadas de mantener la homeostasis en diferentes órganos y se relacionan con procesos fisiológicos como el dolor, la inflamación, el sueño y el desarrollo de neoplasias.

El ibuprofeno y antiinflamatorios no esteroides (AINES) interfieren con la acción de las ciclooxigenasas. Encontramos dos isoformas de la COX, ambas muy similares entre sí, con una estructura proteica similar, pero con diferente afinidad por el sustrato. Se encuentran en diferentes lugares del cuerpo; COX1 en el citoplasma o cerca del retículo y COX2 en la membrana del núcleo o en la zona perinuclear.

Además de las diferencias génicas de distribución, regulación, expresión y estructura, ambas enzimas se activan por diferente estímulo, la unión al sustrato es diferente y se acoplan a diferentes fosfolipasas A2.

• La enzima COX-1 es una enzima constitutiva que da lugar a prostanoides como el tromboxano A2, prostaglandina E2 y prostaglandina F2 y regula la protección gastrointestinal, la hemodinámica renal y la función plaquetaria.
• La enzima COX-2 es inducible, aumenta su concentración ante determinadas sustancias en el medio. Aumenta su actividad catalítica y la velocidad de las reacciones que catalizan; esta enzima da lugar a las prostaglandinas que promueven el proceso inflamatorio.

Estructuralmente la COX-1 y la COX-2 son parecidas, pero el sitio de unión para el ácido araquidónico en la COX-2 tiene un canal más amplio en el que pueden entrar AINES más grandes que no entrarían en el canal de la COX-1.

El consumo de antiinflamatorios no esteroides (AINE) como el ibuprofeno es generalizado, se usan por sus propiedades antiinflamatorias, analgésicas y antipiréticas, así como por sus efectos beneficiosos cardiovasculares y anticancerígenos. Su consumo se ve limitado por los efectos secundarios que causa en el sistema gastrointestinal (hiperacidez, dispepsia, úlceras…) y renal (disfunción del glomérulo, retención de sal…) debidos principalmente a la inhibición de COX1.

Teniendo en cuenta sus propiedades, se ha tratado de desarrollar fármacos que inhiban selectivamente la COX-2, consiguiendo así disminuir dichos efectos secundarios, pero no se ha conseguido que sean tan eficaces para combatir la inflamación y la hiperalgesia como los AINE convencionales.

Metabolismo del ibuprofeno

La mejor vía de administración del ibuprofeno es la oral, alcanzará su máxima concentración tras 1-2 horas de la toma y será metabolizado en el hígado y excretado por el riñón.

Según se absorbe, gracias a la actividad de la alfa-metilacil-CoA racemasa, se va a producir una conversión enantiomérica del enantiómero R a su forma más activa, el enantiómero S. Tras esto, en el hígado será metabolizado mediante 2 fases.

Fase 1: se produce la hidroxilación de las cadenas de isobutilo, formando el 3-hidroxi-ibuprofeno. Después tiene lugar la oxidación para formar el 2-carboxi-ibuprofeno. Estas reacciones de oxidación las lleva a cabo diferentes isoformas del citocromo P450, como la CYP 2C9

Fase 2: los metabolitos oxidativos van a  ser conjugados con ácido glucurónico para su excreción. 

La excreción del ibuprofeno se va a dar vía urinaria y biliar. 24 horas tras la última dosis tomada, se va a eliminar el 99% de la dosis administrada, por vía urinaria. Sin embargo, la excreción biliar del fármaco alterado y de los metabolitos activos representa el 1% restante de la dosis administrada.

Posibles problemas y enfermedades

Aunque el ibuprofeno es uno de los medicamentos más utilizados en nuestro día a día, debemos tener en cuenta que también, que su uso excesivo, puede causar efectos adversos.

Entre los problemas tenemos:

-Problemas gastrointestinales: el ibuprofeno produce erosiones y úlceras en la mucosa lesiones del interior del tubo digestivo, provocando erosiones y úlceras.

-Problemas cardiovasculares: estudios confirman que el uso de ibuprofeno en dosis altas, esta asociado a un mayor riesgo de ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares. Sin embargo, el riesgo es similar al observado con otros antiinflamatorios no esteroides (AINE), incluidos el diclofenaco.

-Aumento del riesgo de trombosis arterial: un consumo excesivo de ibuprofeno aumenta significativamente el riesgo de trombosis por coágulos de sangre

-Puede disminuir la producción de testosterona: el consumo excesivo de ibuprofeno puede repercutir en la salud reproductiva del hombre. Según estudios recientes, una dosis de 1.200 miligramos al día de ibuprofeno durante seis semanas, puede alterar la fisiología testicular. 

-Aumento del dolor de cabeza: Hace unos años, ciertos estudios recomendaban restringir el uso de analgésicos, como el ibuprofeno, para aliviar el dolor de cabeza tras detectar que muchas personas pueden sufrir este tipo de dolencia debido a un consumo excesivo de estos medicamentos. En concreto, cuando se usan más de 15 días al mes. 

Personas que padecen asma, alergias ,embarazadas, en periodo de lactancia o con problemas cardiacos deben tener especial precaución con el consumo de estos medicamentos.

Hay dosis de 600mg y 400mg, pero para evitar problemas en adultos la dosis es de 400mg cada seis u ocho horas, sin llegar a superar los 2.400 miligramos al día (para evitar en mayor medida los posibles efectos secundarios). A partir de los 12 años pueden usar la misma dosis (400mg) pero sin superar los 1.200 mg diarios.

Estudios e investigaciones

Estudios realizados sobre el ictus isquémico

Anthony P. Kent, de la Yale New Haven Health, de Bridgeport (Connecticut, Estados Unidos), publicó un estudio en el Journal of the American College of Cardiology. 18.000 pacientes participaron en el estudio, de los cuales se tomó una subpoblación de unas 2.200 personas.

Estos participantes tuvieron tasas significativamente mayores de sangrado (5,4% frente a 3,2%), el riesgo de ictus isquémico fue significativamente más elevado, mientras que el ictus hemorrágico fue similar.

Investigación realizada sobre la fertilidad en hombres

En enero de 2018, se realizó una investigación por el Instituto de la Salud y de la Investigación Médica (Inserm) de Francia, concluía que si el ibuprofeno se toma en dosis importantes y durante una periodo prolongado, puede reducir la fertilidad de los hombres.

La muestra del estudio fue de 31 jóvenes deportistas de 18 a 35 años. Tras la toma de ibuprofeno de estos pacientes, se elevaron muchos los niveles de la hormona hipofisaria, que tiene un papel clave en el control de la producción de testosterona. Por lo que se observó que tomar dosis de 1.200mg de ibuprofeno al día durante 6 semanas causa en los hombres efectos endocrinos severos que conducen a hipogonadismo compensado, asociado a riesgos para la salud reproductiva.

Conclusión

Hoy en día no está demostrado que consumir una dosis elevada de ibuprofeno (dentro de los niveles normales) impida poder volver a dosis más bajas en un futuro y que el medicamento pueda producir el efecto esperado.

Es importante nunca consumir dosis mayores de las recomendadas ya que esto podría producir serios problemas de salud.

Bibliografía: 

1. Meneses, L., Pilaquinga, M. F., & Cuesta, S. Modelamiento molecular de la interacción de ibuprofeno con las enzimas Ciclooxigenasa 1, 2 y el Citocromo P450 2C9. Revista Ecuatoriana de Medicina y Ciencias Biológicas, 35(1-2), 21-29. 2014.

2.   Saracco, M. S. INTOXICACIONES POR IBUPROFENO. Centro de Información y Asesoramiento Toxicológico, Departamento de toxicología, Ministerio de salud, Gobierno de Mendoza. (s. f). Disponible en : https://www.mendoza.gov.ar/salud/wp-content/uploads/sites/16/2014/10/Recomendaciones-para-Intoxicaciones-por-Ibuprofeno.pdf

3.  Ibuprofen: Uses, Interactions, Mechanism of Action | DrugBank Online [Internet]. 2005. Disponible en: https://go.drugbank.com/drugs/DB01050 

4. Clària J. Los nuevos antiinflamatorios. Medicina Integral [Internet]. 2001. Disponible en: https://www.elsevier.es/es-revista-medicina-integral-63-articulo-los-nuevos-antiinflamatorios-13018802

5. García Meijide JA, Gómez-Reino Carnota JJ. Fisiopatología de la ciclooxigenasa-1 y ciclooxigenasa-2. Revista Española de Reumatología [Internet]. 2000. Disponible en: https://www.elsevier.es/es-revista-revista-espanola-reumatologia-29-articulo-fisiopatologia-ciclooxigenasa-1-ciclooxigenasa-2-8546

6. Chavarrías Marta. Problemas sobre el uso de ibuprofeno y otro antiiflamatorios. El Diario [Internet]. 28 Febrero 2022. Disponible en: https://www.eldiario.es/consumoclaro/cuidarse/riesgos-abusar-ibuprofeno-antiinflamatorios_1_8789209.html

7. Crece la alarma por los efectos secundarios del ibuprofeno. Redacción médica [Internet]. 8 Septiembre 2018. Disponible en: https://www.redaccionmedica.com/la-revista/historias/se-acumulan-los-efectos-nocivos-del-ibuprofeno-8524

Andrea Blázquez Arenas, María Chirivì Ramos

Vivir en un mundo sin dolor. ¿Suena bien verdad? No sentir dolor al quemarse, caerse o cortarse al cocinar…podríamos suponer que son todo ventajas. Al fin y al cabo a nadie le gusta sufrir, pero… ¿Cómo sabríamos cuándo ir al medico por una apendicitis o por un hueso roto?

Todo esto lo viven las personas con insensibilidad congénita al dolor (CIP), una enfermedad que afecta al sistema nervioso periférico que, aunque es poco común, sus consecuencias pueden ser mortales, debido a que estas personas no son conscientes de enfermedades que puedan padecer, ya que muchas se manifiestan a través del dolor.

¿CÓMO SABER SI UNA PERSONA PRESENTA CIP?

Las personas con CIP suelen presentar una serie de síntomas generales: (1) (2)

• La principal característica es la incapacidad para sentir dolor. Aunque estas personas pueden distinguir las variaciones en la temperatura, no son conscientes de si se están quemando, lo que hace que sea bastante común que presenten quemaduras. 
• Al no ser conscientes del dolor, suelen presentar moretones, heridas (muchas de estas en la boca por morderse sin darse cuenta o en las manos por automutilación de parte de los dedos),  e incluso huesos rotos u otras patologías que pueden pasar inadvertidas. 
• Muchas personas pueden manifestar anosmia (pérdida de olfato).

¿POR QUÉ SE PRODUCE CIP?

CIP se produce por una alteración de determinados nociceptores. ¿Pero qué son los nociceptores? Estas son las neuronas especializadas en percibir la sensación de dolor cuando se produce un daño tisular. 

Hay diferentes mutaciones de genes implicados en el CIP, pudiendo clasificarlos en:

1. Genes CIP implicados en el desarrollo de los nociceptores, entre los que destacan:

• Receptor neurotrófico de tirosina quinasa 1 (NTRK1)
• Factor de crecimiento nervioso (NGF)
• Proteína 12 con dedos de zinc de dominio PR (PRDM12)

2. Genes CIP que producen fallos en los nociceptores (no reconocen el daño tisular) entre los que destacan:

• SCN9A 
• SCN11A

Las mutaciones que más se suelen dar afectan a los genes SCN9A, NTRK1 y PRDM12.

Esquema de un nociceptor en el que se muestra la ubicación subcelular de las proteínas implicadas en CIP. Imagen tomada de Drissi, I., Woods, W. A., & Woods, C. G. (2020). Understanding the genetic basis of congenital insensitivity to pain. British Medical Bulletin.

GEN SCN9A

SCN9A es el gen que codifica parte del canal de sodio dependiente de voltaje Nav1.7, el cual está altamente expresado en todo tipo de nociceptores, además de estar presente en las neuronas olfatorias sensitivas. (3)

Las mutaciones en SCN9A causan tanto un dolor excesivo (autosómico dominante) como una ausencia de dolor (autosómico recesivo). En el caso de que se dé una mutación en el gen SCN9A que haga que no se formen los canales de sodio Nav 1.7, se afectaría a la transmisión de las señales de dolor desde la zona de la lesión al cerebro, dando lugar a la insensibilidad al dolor. La pérdida de este canal en las neuronas sensoriales olfativas afectaría la transmisión de señales relacionadas con el olor al cerebro, dando lugar a una pérdida de olfato (anosmia). Todo esto hace que SCN9A sea considerado un elemento esencial en la detección del dolor. (1) (3)

(A) Se representa diversas mutaciones en diferentes exones en SCN9A que dan lugar a CIP. (B) Representación del canal de sodio dependiente de voltaje Nav1.7, codificado por SCN9A y la ubicación de las mutaciones que han sido identificadas. Nav1.7 consta de cuatro dominios similares, cada uno formado por seis segmentos transmembrana a-helicoidales (numerados del 1 al 6). Los segmentos transmembrana 5 y 6 recubren los poros, mientras que en el segmento 4 se encuentra el sensor de voltaje (representado con el +). Las flechas rojas indican la ubicación de una mutación sin sentido identificada. La línea de puntos negra correlaciona el cambio de CDS (región codificante de un gen) con el cambio de proteína en SCN9A. Imagen tomada de Xie, X. H., Tang, J. G., Liu, Z. H., Peng, S. J., Yuan, Z. Z., Gu, H., … & Tan, Z. P. (2021). Case Report: Mutant SCN9A Susceptible to Charcot Neuroarthropathy in a Patient With Congenital Insensitivity to Pain. Frontiers in neuroscience, 15.

¿Cómo funciona el canal Nav1.7?

El dolor se produce por daño tisular, el cual puede ser causado, por ejemplo, por presión, acidez, alta temperatura, y los nociceptores se encargan de detectarlos (salvo el daño por radiación). Estos nociceptores van a permitir la entrada de una pequeña cantidad de sodio en su interior. Se supone que Nav1.7 está ubicado en los extremos del nociceptor, integrando señales de daño tisular locales. Si estas señales son suficientes, se produce la apertura de los canales y los iones de sodio fluyen hacia la célula, produciendo una lenta despolarización de la membrana de alrededor de estos canales. Esto puede llevar a que se genere un potencial de acción por la activación de Nav1.8, y desde allí se transmita a la médula espinal. (4)

Síntomas y características

Las personas con SCN9A -CIP no experimentan dolor inflamatorio, agudo y, de forma significativa, dolor neuropático. Sin embargo, la quimioterapia y el dolor óseo por cáncer sí que se da ya que este no depende del SCN9A. Por otro lado, uno de los síntomas más característico comentado anteriormente es la anosmia o pérdida de olfato, debido a que esta mutación afecta a los receptores sensoriales olfativos. (1) (4)

Aunque SCN9A se expresa en los islotes de Langerhans, en las células β (productoras de insulina), la diabetes no se desarrolla ni en SCN9A -CIP humano ni en ratón, por lo que se cree que en estas células Nav1.7 es redundante. (4)

Por otro lado, se ha demostrado en otros estudios, mediante el uso de imágenes de calcio in vivo y registro extracelular, que los ratones knockout para el canal de sodio Nav 1.7 tienen una actividad nociceptiva normal, pero la transmisión de la sinapsis de los nociceptores en la medula espinal se reduce en gran parte por un mecanismo dependiente de opioides (regulación positiva de un sistema opioide endógeno), lo que contribuye a la ausencia de dolor en individuos con CIP. (5) (6)

Se ha comprobado también que la analgesia producida se revierte con la aplicación central (no periférica) de antagonistas opioides. Esto no ocurre en la neuronas sensoriales olfativas, ya que son independientes de los opioides. En humanos con mutación nula de estos canales de sodio se da una analgesia reversible con naloxona (antagonista de opioides). La inhibición de la liberación de neurotransmisores es, por tanto, el principal mecanismo por el que se produce anosmia y pérdida de sensación de dolor en mutantes nulos de Nav 1.7 en humanos y ratones. (6)

En las diferentes graficas se representa la percepción del dolor fásico. Se evaluó la probabilidades de detectar pulsos de calor (percepción del dolor fásico) en un paciente con Nav 1.7 nulo (caso a), además de en tres controles sanos de la misma edad (caso b). En el paciente Nav 1.7 nulo no se detectó ningún estímulo en las condiciones de referencia y salinas. La probabilidad de detectar el estímulo aumentó drásticamente al 80 % de los estímulos detectados durante la infusión de naloxona, alcanzando casi unos niveles de detección similares a los de los controles sanos emparejados. El dolor tónico fue provocado por estímulos láser de 25 s, a la vez que los que los sujetos fueron calificando su intensidad (0 = ninguna sensación, 100 = el peor dolor imaginable). La naloxona mejoró fuertemente las sensaciones de dolor tónico en el paciente sin Nav 1.7 (caso c) a lo largo del tiempo de la estimulación, sin efecto en los sujetos de control (caso d). Imagen tomada de Minett, M. S., Pereira, V., Sikandar, S., Matsuyama, A., Lolignier, S., Kanellopoulos, A. H., … & Wood, J. N. (2015). Endogenous opioids contribute to insensitivity to pain in humans and mice lacking sodium channel Nav1. 7. Nature communications, 6(1), 1-8.

GEN PRDM12

Las enfermedades provocadas por el grupo de genes que causan CIP por falta de desarrollo de los nociceptores se conocen como neuropatías autonómicas y sensoriales hereditarias (HSAN). En este tipo de neuropatías hay una disminución de fibras A-delta y/o C. Estas últimas son fibras sensoriales aferentes que forman parte del sistema nervioso periférico cuya función es detectar estímulos nociceptivos (dolorosos). En el caso de PRDM12 hay una disminución de fibras A-delta pero no de fibras C. (3)

Esta enfermedad por mutación del gen PRDM12 se da en individuos que presentan la mutación bialélica (es una enfermedad autosómica recesiva).

El gen PRDM12 es el gen que codifica para la proteína 12 con dedos de zinc de dominio PR. Este es un regulador transcripcional, es decir, regulan la expresión de otros genes que actúan en la diferenciación de las células indiferenciadas de la cresta neural durante el desarrollo del individuo a una célula precursora de neuronas sensitivas. Regulan la expresión de los genes gracias a su capacidad de modificar la cromatina. (7) PRDM12 presenta un dominio PR (relacionado con el dominio SET, que codifica para la actividad metiltransferasa), 3 dominios de tipo dedo de zinc y una región polialanina en el extremo C-terminal de la proteína. (8)

Ilustración gráfica de las diferentes estructuras que conforman la proteína PRDM12, con la localización de las mutaciones descubiertas que causan CIP. Imagen tomada de Rienzo, M., Di Zazzo, E., Casamassimi, A., Gazzerro, P., Perini, G., Bifulco, M., & Abbondanza, C. (2021). PRDM12 in Health and Diseases. International journal of molecular sciences, 22(21), 12030.

Los dedos de zinc que presenta esta proteína interactúan con una metiltransferasa (enzima que tiene la capacidad de metilar) EHMT2 conocida como G9a. Esta última se encarga de metilar la lisina en posición 9 de la histona H3 durante el periodo de formación de nuevas neuronas (neurogénesis). Se cree que esta metiltransferasa inhibe la proliferación de las células. (7)

La proteína PRDM12 funcional, junto a otros factores proneuronales de neurogenina, es esencial para el desarrollo de nociceptores en los ganglios sensoriales ya que regulan la iniciación y mantenimiento de NTRK1. Este último es el gen que codifica para el receptor de tirosina quinasa neurotrófica (TRKA), el cual interactúa con su ligando, el factor de crecimiento nervioso (NGF), factor necesario para la diferenciación y la supervivencia de los nociceptores. (9)

(A) Ilustración gráfica de las diferentes estructuras que conforman la proteína PRDM12. (B) Mecanismo de acción de cómo PRDM12 se une a la metiltransferasa G9a para metilar la lisina 9 de la histona 3 (H3K9) para controlar la transcripción de genes esenciales para el desarrollo y supervivencia de la neurona nociceptora (NTRK1 y TRPV1 entre otros). (C) Implicación de PRDM12 en diferentes funciones, según los síntomas observados por mutación de este. Imagen tomada de Imhof, S., Kokotović, T., & Nagy, V. (2020). PRDM12: new opportunity in pain research. Trends in Molecular Medicine, 26(10), 895-897.

Aquellos individuos que presentan una mutación en PRDM12 (estas se pueden dar en diferentes partes de la proteína) pueden provocar la pérdida de la función de la proteína por un mal plegamiento de esta, así como la agregación de estas entre sí impidiendo que lleven a cabo su función epigenética. De esta forma no pueden interaccionar con otras proteínas e inhiben la desmetilación de la H3. Es así como no se puede dar la señalización aguas abajo controlada por PRDM12. (10) Las células que en condiciones normales se diferenciarían a nociceptores, llevan a cabo la apoptosis. (9)

Se cree que PRDM12 no se une directamente al ADN, sino que se une mediante otros factores de transcripción que a día de hoy se desconocen. El mecanismo de acción de esta proteína aún no está claro y se debe investigar más para sacar conclusiones.

Síntomas y características

Las personas que padecen esta enfermedad suelen presentar una insensibilidad al dolor no global, infecciones por Staphylococcus aureus (se ha visto que algunos individuos presenta una inmunidad reducida frente a este microrganismo, lo que provoca a la aparición de infecciones recurrentes), no suelen presentar reflejo corneal y una producción de lagrimas alterada y dificultades con la regulación de la temperatura. En este caso los individuos suelen presentar un intelecto normal. (2)

PRDM12 es esencial sobre todo en la etapa de desarrollo temprano del individuo pero se sigue expresando en los nociceptores de individuos adultos. En caso de que su expresión en adultos sea importante para el mantenimiento de la función de los nociceptores y siga actuando como factor de transcripción, podría ser una interesante diana analgésica para tratar el dolor crónico. (3)

GEN NTRK1 (TRKA)

La patología producida por la mutación del gen NTRK1 fue la primera identificada de todas las CIP, siendo además la más común. (11)

Las mutaciones (de tipo bialélica – enfermedad autosómica recesiva)  en el gen NTRK1 producen una CIPA caracterizada por insensibilidad al dolor, discapacidad intelectual, una mayor predisposición para contraer infecciones por Staphylococcus aureus y anhidrosis (incapacidad de sudar). A causa de la anhidrosis, se da una mayor predisposición de adquirir fiebre recurrente, siendo este un signo inicial de NTRK-CIPA. Sin embargo, la vibración y posición, además del sentido del tacto, no se ven afectados. (11) (12)

El gen NTRK1 codifica para el receptor de tirosina quinasa (TRKA) para el factor de crecimiento nervioso (NGF), el cual induce el desarrollo de axones y dendritas, además de promover la supervivencia de las neuronas sensoriales y simpáticas embrionarias. En estudios realizados con ratones que carecen del gen NTRK1 presentan características clínicas muy similares a las de CIPA (aunque la anhidrosis no es evidente). (13)

El sistema NGF-TRKA tiene un papel esencial en el desarrollo y la función de los nociceptores, así como en la termorregulación mediante la sudoración en humanos. (13)

Ilustración gráfica de la interacción y función de TRKA-NGF. Imagen tomada de Desiderio, S., Vermeiren, S., Van Campenhout, C., Kricha, S., Malki, E., Richts, S., … & Bellefroid, E. J. (2019). Prdm12 directs nociceptive sensory neuron development by regulating the expression of the NGF receptor TrkA. Cell Reports, 26(13), 3522-3536.

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9. Desiderio, S., Vermeiren, S., Van Campenhout, C., Kricha, S., Malki, E., Richts, S., … & Bellefroid, E. J. (2019). Prdm12 directs nociceptive sensory neuron development by regulating the expression of the NGF receptor TrkA. Cell Reports, 26(13), 3522-3536.
10. Imhof, S., Kokotović, T., & Nagy, V. (2020). PRDM12: new opportunity in pain research. Trends in Molecular Medicine, 26(10), 895-897.
11. Li, S., Hu, H. Y., Xu, J. J., Feng, Z. K., Sun, Y. Q., Chen, X., … & Zhang, D. L. (2021). Identification of novel variations in the NTRK1 gene causing congenital insensitivity to pain with anhidrosis. Molecular Genetics & Genomic Medicine, 9(11), e1839.
12. Indo, Y. (2020). NTRK1 congenital insensitivity to pain with anhidrosis.
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Realizado por Ana Jiménez y Cristina Iruela – 3º de Biología Sanitaria, UAH

Los G-cuadruplexos son unas estructuras químicas que llevan años en el punto de mira por su característica estructra y localización. Cada vez se apuesta más por ellos como terapia frente al cáncer dada su interacción con estrucutras y moléculas íntimamente relacionadas con la enfermedad. A continuación se expondrá una breve revisión sobre el tema.

Estructura y función de los ADN-G cuadruplexos

Las secuencias de ADN ricas en guanina pueden plegarse en estructuras secundarias no canónicas de cuatro cadenas denominadas G-cuadruplexos (G4). Estas estructuras secundarias se forman tanto en el ADN como en el ARN. Consiste en 4 guaninas unidas por puentes de hidrógeno de tipo Hoogsteen, en los que cada guanina puede actuar como donante y aceptor de dos puentes de hidrógeno formando una estructura plana denominada tétrada G [1]. 

Dos o más tétradas G se pueden apilar una encima de otra para formar un G-cuadruplexo, siendo esta su unidad estructural. Esta se forman conectando 4 guaninas a través de 8 puentes de hidrógeno. En la tétrada G, se forman dos de estos puentes que emparejan guaninas adyacentes, en los que están involucrados los nitrógenos número 1,7, 2 y el oxígeno 6 de cada nucleótido de guanina [2].

Además, es necesaria la presencia de un catión metálico (Na+, K+) para estabilizar la estructura [3].

En el ARN, los G4 formados en la región 5’UTR del ARNm inhiben la traducción dependiente de cap y mejoran la traducción independiente de caperuza mediada por IRES. También influyen en otros mecanismos moleculares que tienen lugar en el ARN, como el empalme, cambios en el marco de lectura, localización del ARNm o la maduración de los miARN [3].

En base a experimentos in vitro, se predijo que los G-cuadruplexos se forman en regiones que albergan un motivo G4 específico. Sin embargo, estudios actuales muestran que también pueden formarse dentro de regiones con bucles formados por 3 o más guaninas por repetición, así como en regiones que no siguen este motivo G4 estricto [1].

No se distribuyen al azar en todo el genoma, sino que abundan en ciertas regiones, como promotores, telómeros, sitios de unión de factores de transcripción u orígenes de replicación. La estabilidad de esta estructura depende, entre otros factores, del número de guaninas por repetición y de la longitud de los bucles [1].

La relevancia fisiológica de estas estructuras se debe a la existencia de proteínas que pueden unirse a ellas o desplegarlas. Existen 3 clases de proteínas que interactúan con los G-cuadruplexos descritas en la literatura: proteínas de unión a G-cuadruplexos, estabilizadoras de G-cuadruplexos y desarrolladoras de G-cuadruplexos (como helicasas). Se ha descrito qué mutaciones y/o delecciones en estas proteínas conducen a cambios en la formación de estas estructuras. Lo que, a su vez, puede dar lugar a cambios en las vías biológicas (cambios transcripcionales) y aumentar la inestabilidad del genoma [1].

La formación transitoria de G4 en condiciones termodinámicamente favorables tiene funciones reguladoras importantes dictadas por su ubicación en el genoma [3]. Entre ellas se encuentran la regulación de la transcripción, traducción, replicación del ADN y localización del ARN [4]. Destaca la función de los G-cuadruplexos en relación a la inhibición de la actividad de la telomerasa [3].

Relación con los telómeros + telomerasa + cáncer

Como ya se ha mencionado, los telómeros son un ejemplo de la presencia de G4 cuadruplexos en el genoma de los vertebrados, basándose en la secuencia consenso: (5’-TTAGGG-3’) [5] que evidencia la presencia repetitiva de las guaninas (dicha secuencia es específica para los mamíferos y cambia según la especie de los mismos).

Para comprender la importancia de los telómeros, es clave entender la estructura de los mismos, cuya formación es una respuesta evolutiva al problema encontrado en los extremos 3’ cuando la maquinaria de replicación de nuestras células no puede rellenar el hueco al no tener un extremo 5’ anterior que le sirva de molde para la síntesis de la nueva cadena. Esto tiene como resultado la formación de un T-loop y un D-loop originados por la invasión de un extremo 3’ que sobresalía respecto al extremo 5’ complementario [6]. Además, se encontrará el complejo de Shelterina, el cual poseerá diferentes proteínas que regularán la actividad de la telomerasa, enzima encargada de la elongación de los telómeros por medio de la adición de unidades (TTAGGG).

Esta respuesta evita la pérdida de información en cada ronda de replicación y evitan que la célula reconozca esta región sobrante como un daño en el ADN y lo elimine. De todas maneras, estos telómeros se irán acortando igualmente con el tiempo: acortamiento telomérico de Hayflick, resultando en un punto crítico de longitud activando la llamada senescencia replicativa, siendo este proceso la base del envejecimiento celular que resulta en poner fin a su división [7]. La regulación de dicha senescencia es clave para el organismo para evitar su envejecimiento y como supresor de tumores [8].

Los G4 tienen un papel de represión de determinados genes en células sanas impidiendo la entrada de la maquinaria necesaria para la replicación y transcripción. En células sanas, estos evitan la expresión de oncogenes como: MYC, sufriendo así un proceso de regulación negativa [5].

Lo que ocurre en enfermedades como el cáncer es que el acortamiento de los telómeros se evita hasta tal punto que las células se inmortalizan y escapan al proceso de muerte celular. La base patológica de esto es la activación de la telomerasa la cual está además sobre expresada en los tejidos cancerosos [9], cuya activación será siempre el reflejo de una respuesta anómala. Los G4 presentes en los telómeros de sus células no tendrán la misma eficacia que en las células sanas, puesto que la telomerasa se introduce y favorece la elongación de dicho telómero. Este suceso tendrá como consecuencia el desarrollo del fenotipo inmortal que adoptarán las células del tejido afectado y que se volverán cancerosas [5]. Es importante destacar que la alteración de la unión de los G4 con la telomerasa se ha observado tanto in vivo como in vitro [1]. 

Cabe mencionar las regiones TERRA, región telomérica de RNA no codificante [5]. Esta, es el transcrito resultante del telómero llevado a cabo por la enzima RNA polimerasa II la cual puede aparecer como ARN nucleoplásmico libre o en forma de un nuevo loop en la estructura de los telómeros: R-loop (correspondiente a un híbrido entre ADN y ARN) [8]. 

Cuando el telómero se acorta hasta dicho punto crítico anteriormente mencionado, este R-loop se asocia con el resto de TERRA promoviendo la reparación dirigida por homología (denominada HDR-mediated). Este proceso va a permitir la recombinación del telómero con su propia secuencia perpetuando así su vida celular y evitando la senescencia prematura. Además, este mismo mecanismo será utilizado por algunas células cancerosas para la elongación de los telómeros en caso de no poseer telomerasa funcionando como mecanismo de alargamiento alternativo, siendo la base de los tumores ALT [8].

Paradójicamente, algunos estudios han dado evidencia de la longitud reducida de los telómeros de las células cancerígenas respecto a las células de tejidos libres de cáncer, así como un aumento del número de los G4 en las mismas [5][9]. Para esto se siguen formulando diferentes hipótesis.

Otras utilidades bioquímicas

Además de la función anteriormente mencionada, se han estudiado cada vez más aplicaciones:

• Son utilizados como sondas, solas o en complejo con hemina, una estructura de porfirina que contiene hierro para detectar la presencia de diferentes ligandos [10].

• También como transportadores, gracias a su capacidad para secuestrar ligandos, actuando como agentes de administración de fármacos [10].

• En los últimos años, se ha extendido su uso como fármacos, en concreto como aptámeros (ácidos nucleicos de cadena sencilla aislados de genotecas de oligonucleótidos por selección in vitro), interactuando con biomoléculas, como proteínas e interfiriendo con sus funciones [10].

• O como dianas farmacológicas explotando su capacidad para interactuar con ligandos específicos, lo que puede alterar funciones importantes si el G-cuadruplexo se encuentra en regiones esenciales en el genoma del virus o de la célula huésped [10]. 

Telomestatina

En múltiples estudios, se ha propuesto que las mejores dianas farmacológicas serían aquellas que solo se expresasen en las células cancerosas o aquellas que fuesen esenciales para mantener el fenotipo maligno de las mismas. La telomerasa, es una diana clave [6][7][9].

Se trata de un producto natural aislado de Streptomyces anulatus que es un ligando de los G4 teniendo una afinidad muy alta por la secuencia concreta de los telómeros: (5’-TTAGGG-3’). Al interaccionar, inhibe de manera eficaz la actuación de la telomerasa, por lo que se detiene la elongación de los telómeros de las células cancerígenas y como consecuencia suprime su proliferación. Esta actividad anticancerígena provoca que algunos de los factores claves encontrados en el complejo de Shelterina del telómero, como TRF2 y POT1, se liberen de dicho telómero, evitando así que lleven a cabo su función de retrasar la senescencia [6]. 

Además, la telomestatina es un ligando que tiene una mayor afinidad por los G4 intramoleculares, tanto si han sido formados a partir de un ADN telomérico dúplex, como de uno monocatenario, teniendo la función anteriormente mencionada. Esto supone una ventaja frente a otros compuestos como TMPyP4, el cual posee afinidad por los G4 intermoleculares y teniendo un efecto totalmente diferente el cual no se ha observado en la telomestatina: formación de puentes de anafase en erizos de mar [6]. 

A pesar de sus ventajas estabilizado los G4 cuadruplexos, arrastra algunas características que resultan contraproducentes así como sus solubilidad o inestabilidad, por lo que se empezaron a utilizar algunos compuestos análogos sintéticos [5].

Búsqueda de otros fármacos

En definitiva, la existencia de análogos sintéticos de G4s es lo que ha permitido contemplar una nueva forma de terapia para el cáncer [5][11], dado que reprime el correcto funcionamiento de las células cancerosas, llegando a conseguir la destrucción de la misma; así como análogos de la telomestatina [11], aunque estas terapias siguen en constante estudio y desarrollo. 

El silvestrol es un compuesto obtenido de la corteza de los árboles de la familia flavaglina cuya estructura permite inhibir el factor de transcripción: eIF4A, tratándose de una análogo sintético. El factor posee una actividad helicasa clave para el proceso fisiológico de la transcripción al permitir deshacer las estructuras secundarias que pueden aparecer en la cadena de ADN y que impedirían la continuación del proceso. Al mismo tiempo tiene un papel clave en la carcinogénesis al facilitar la leucemia linfoblástica aguda de las células T al promover la transcripción de oncogenes como MYC, CDK6 o MDM2 al desenrollar los G4 de la región 5’ UTR de sus mRNAs. Este compuesto lo que hará, será inhibir al eIF4A [5], interfiriendo indirectamente en el mantenimiento de la estructura de los ADN G cuadruplexos.

Otro análogo que también afecta al gen MYC es: TMPyP4, anteriormente mencionado. Este se basa en la represión de proto-oncogenes de dicho gen por medio de la estabilización de los G4 cuadruplexos [5].

Los análogos “pirodistatina” y CX-3542 provocan daño en células cancerosas también. El primero, induce la formación de un nuevo loop en la estructura del telómero: “R-loop”, siendo un híbrido de DNA y RNA transcrito causando un daño en el ADN canceroso. El segundo causa daño y muerte celular con mayor eficacia en 2 tipos celulares cancerosos concretamente: células ATRX deficientes y células BRCA1/2 deficientes [5].

En relación a la función de estas estructuras como fármacos, existen secuencias cortas en los ácidos nucleicos derivadas del motivo hexanucleotido TGGGAG, denominadas “secuencias de Hotoda” que son potentes inhibidores anti-VIH. Estas secuencias cortas también se encuentran activas en otros virus como en los que aparecen secuencias de 6 nucleótidos con la siguiente estructura GGGGGT, la cual, da lugar a G-cuadruplexos. Este se une al dominio C-terminal de la proteasa del virus de la hepatitis A y es un fuerte inhibidor de la proteasa 3C de este virus [10]. Al inhibirla, impide que el virus descomponga sus proteínas para poder multiplicarse. Por lo tanto, deja de propagarse.

Un argumento notable es que estas secuencias cortas son demasiado cortas para ser específicas. Además, pueden actuar sobre otros componentes celulares del huésped, que se unen a estructuras secundarias de ADN no canónicas [10].

Otro fármaco que ha resultado ser un potente inhibidor de la telomerasa es RHPS4, tratándose de un mutante de la subunidad de la telomerasa denominada hTERT. La expresión de dicha subunidad mutante ha dado evidencias de inhibir el proceso de la telomerasa al unirse y competir por el sitio de unión. Tras estudiar su efecto en células tumorales, se concluyó que la línea celular MCF-7 de las células pertenecientes al cáncer de mama sufren una detención del crecimiento similar a la senescencia [7].

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Andrea Chiloeches Lasa y Álvaro Criado Expósito, 3º Biología Sanitaria

INTRODUCCIÓN

Las proteínas se pliegan gracias a la asistencia de las denominadas chaperonas moleculares (individuales) y chaperoninas (poliméricas). Estas proteínas actúan como enzimas acelerando el correcto plegamiento y el paso del estado mal plegado al nativo, al disminuir la barrera energética que los separa. También, previenen la agregación y disocian pequeños agregados.

La teoría inicial sobre el plegamiento de proteínas fue propuesta por el químico Christian B. Anfinsen. Tras una serie de experimentos, estableció las bases de la química de proteínas, con el dogma “A cada cadena polipeptídica le corresponde una conformación concreta única y, además, toda la información necesaria para adoptarla está contenida en su secuencia de aminoácidos”.

Esta hipótesis de Anfinsen, actualmente se mantiene valida y vigente, especialmente cuando se aplica al plegamiento de proteínas aisladas. No obstante, es cierta la existencia de excepciones a la regla, que son muy frecuentes en la Biología, en la que la individualidad juega un papel muy importante.

[Figura 1. Experimento de Anfinsen para demostrar el plegamiento de proteínas. La urea desnaturaliza la proteína y el mercaptoetanol reduce los enlaces disulfuro, quedando 8 residuos de cisteina. La renaturalización requiere el restablecimiento de los puentes disulfuro cruzados correctos. Fuente: Lehninger “Principles of Biochemistry”].

La mayoría de las proteínas se pliegan en una única conformación funcional. Sin embargo, algunas lo hacen en más de una estructura para desempeñar diferentes funciones cuando es necesario. Es el caso de las proteínas metamórficas que pueden estar en dos o más plegamientos distintos, reversibles, para desempeñar funciones distintas.

El estudio de las proteínas dimorfas surgió por el descubrimiento de una clase de proteínas que presentaban más de una conformación estable para llevar a cabo funciones diferentes. Así, se observó la ventaja que supone a la célula que una única proteína sea capaz de realizar dos funciones, pues así solo es necesaria la transcripción y traducción de un gen.

Estas proteínas tienen la capacidad de responder a distintas situaciones, alternando rápidamente entre sus plegamientos y es por ello, que han evolucionado como moléculas que maximizan la función idónea en el lugar y momento adecuado.

No obstante, no todo son beneficios. Algunas proteínas metamórficas pueden adquirir conformaciones alternativas, que provocan ciertas enfermedades, en general neurodegenerativas, como el Alzheimer, el Parkinson o la encefalopatía espongiforme transmisible, caracterizadas por la presencia de agregados insolubles, derivados de la degradación de la propia proteína o por las proteínas desordenadas en tejidos.

Actualmente, se conocen unas 90 proteínas metamórficas con más de 30 tipos de funciones biológicas. Para ahondar en el concepto, vamos a hablar de las dos proteínas dimorficas, XCL1 y PrNp.

XCL1

La XCL1, también conocida como linfotactina, la expresan de forma selectiva las células T activadas, en particular CD8+, y es el único miembro de la familia de quimiocinas C que presenta alternancia estructural. Es una proteína que actúa como quimioatrayente para los linfocitos, es decir, que presenta un papel regulador importante en el tráfico de linfocitos y la inflamación. Se ha demostrado que la XCL1 emite señales a través del receptor 1 de quimiocinas XC (XCR1), y se detecta en niveles más altos en el bazo, ya que es un órgano linfoide.

La XCL1 surgió como una proteína corriente, con una única conformación. Sin embargo, tras años de estudio y observación, se descubrió en la evolución de la proteína, que perdió uno de los puentes disulfuro de su conformación nativa, lo que permitió la aparición de un segundo plegamiento alternativo y de nuevas funciones.

La proteína, alterna, más de una vez por segundo, entre una conformación monomérica canónica y un dímero sándwich de láminas beta. La transición de una estructura a otra, se puede ver afectada por factores físicos como cambios de temperatura, de fuerza iónica o la entrada de compañeros de fijación, que alteran el equilibrio que hay entre sus posibles plegamientos.

Las dos funciones que desempeña la proteína:

– Actúa como una quimiocina señalizadora que se fija a receptores de los leucocitos para que combatan las infecciones (en el primer plegamiento).

– Actúa como un análogo de antibiótico, destruyendo las bacterias invasoras (en el segundo plegamiento).

De esta manera, dependiendo de la función que tiene que desempeñar la proteína, se favorece el desplazamiento del equilibrio hacia la conformación idónea. Así, cuando las XCL1 deben llevar a cabo su función destructora, se favorece la conformación que interacciona con las membranas y las permite rodear el patógeno microbiano para eliminarlo. Sin embargo, en otras situaciones y lugares del organismo se facilita con más frecuencia el otro plegamiento, que les permite anclarse a los receptores de los glóbulos blancos para movilizarlos y que sean capaces de combatir infecciones.

En definitiva, el desarrollo de la estructura alternativa de XCL1, potencia su actividad y le proporciona al organismo un control más exhaustivo de las defensas contra microorganismos, acelerando la respuesta inmune ante una infección.

[Figura 2. Equilibrio de las conformaciones de la proteína XCL1. (a) plegamiento monomérico canónico (b) dímero sándwich hoja beta. Fuente: estructuras, obtenidas personalmente del programa UCSF Chimera, con ID: 4HED (PDB) y 2JP1 (PDB)]

PrNp

La segunda proteína metamórfica de la que vamos a hablar es la PrNp o proteína priónica.

La PrNp, es una proteína unida a azúcares que se encuentra espontáneamente en muchos tipos celulares en su forma PrPc. Esta proteína, puede sufrir una modificación en su conformación y plegarse de forma errónea, dando lugar a una isoforma patogénica (PrPsc) causante de enfermedades priónicas neurodegenerativas.

Ambas formas, son codificadas por el mismo gen, PRP, y poseen la misma secuencia, aunque distinta estructura terciaria. Por ello, no es posible que provengan de la maduración del mRNA, pues la secuencia codificante para PrP está contenida en un único exón. Así, se ha propuesto el carácter metamórfico de PrPc y que PrPsc sea un derivado de una modificación post-traduccional. Esto explica que, aunque los niveles de mRNA sean continuos, la isoforma patogénica se acumule en el tejido del animal infectado y evolucione la enfermedad.

La proteína priónica celular (PrPc) es una glicoproteína que suele encontrarse anclada a la membrana plasmática a través de una molécula de GPI (glicosilfosfatidilinositol). Se sitúa en la superficie celular y participa en procesos de transducción de señales, adhesión y reconocimiento celular. Está constituida por una sola cadena peptídica y presenta una estructura secundaria rica en hélices alfa, en una proporción 4:2, respecto a láminas beta.

A diferencia, la proteína priónica scrapie (PrPsc) presenta una estructura secundaria con un 45% de láminas beta y un 30% de hélices alfa. Es la variante de la proteína celular, que además de presentar una estructura diferente, pierde su función. El carácter patogénico de esta proteína reside en la formación de placas amiloides extracelulares, que se almacenan en el tejido cerebral, constituidas por los fragmentos de la proteína una vez ha sido degradada.

Debido al conocimiento del carácter metamórfico y de las distintas estructuras de esta proteína, hoy en día, se avanza en el estudio de su comportamiento y se investiga la posibilidad del replegamiento de la proteína PrP celular en presencia de la proteína priónica scrapie, como una posible cura para la encefalopatía priónica.

[Figura 3. Equilibrio de las conformaciones de la proteína priónica. (a) Proteína priónica celular (PrPc), con una estructura rica en hélices alfa, (b) Proteína priónica scrapie (PrPsc), con una estructura abundante en láminas beta. Fuente: estructuras obtenidas personalmente del programa UCSF Chimera, a partir de PDB con los ID: 1AG2 y  1TPX]

CONCLUSIÓN

Las proteínas metamórficas son moléculas versátiles, que han sido seleccionadas en la evolución por ser capaces de alternar sus plegamientos y regular sus funciones. Son moléculas que nos benefician (ya que desempeñan actividades esenciales para nuestro organismo) pero que también pueden derivar en procesos patológicos, lo que da pie a que se abran nuevas vías de investigación. Estas proteínas nos han permitido conocer la manera o el por qué una enfermedad nos perjudica de una manera determinada, algo que facilita poder encontrar un tratamiento a estas enfermedades.  

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Por Paula Díaz Serna y Julia García Figueredo

GLUTATIÓN

El glutatión (L-γ-glutamil-L-cisteinil-glicina) fue descubierto en 1888 por Joseph de Rey-Pailhade en células de levadura, encontrándola también en el hígado, músculo y cerebro. Es un tripéptido hidrosoluble que se encuentra en casi todas las células del cuerpo humano y que está compuesta por 3 aminoácidos: cisteína, ácido glutámico y glicina.

Puede encontrarse libre o unida a proteínas, de manera que la suma de ellas es la concentración total de glutatión (GSHt). Además, la fracción libre está formada por:

• Glutatión reducido (GSH) → Es la forma reducida y la forma activa de la molécula. Es la que se encuentra en mayor proporción en el interior de las células y se caracteriza por tener un grupo tiol (-SH) del residuo de cisteína. 
• Glutatión oxidado (GSSG) → Es la forma oxidada. En el lumen del retículo endoplasmático, solo se encuentra esta forma. 

La reducción de GSSG es catalizada por la enzima glutatión reductasa (GRd), dando lugar a GSH, siendo la molécula crítica para la resistencia al estrés oxidativo. Esta enzima está constituida por dos subunidades idénticas unidas por puentes disulfuro. Ambas subunidades contribuyen a formar el sitio activo y de unión a GSSG, por lo tanto, no son activos los monómeros por separado. Utiliza FAD como grupo prostético y NADPH para la reducción del sitio activo.

Se sintetiza en el citoplasma a partir de sus aminoácidos precursores por la acción de 2 enzimas: 

• γ-glutamil-cisteína sintetasa (γ-GCS) → Utiliza como el glutamato y la cisteína como sustrato para formar el dipéptido γ-glutamil-cisteína.
• Glutatión sintetasa → Se encarga de catalizar la unión del dipéptido con la glicina para formar GSH. 

La enzima γ-GCS es un heterodímero formado por 2 subunidades: 

• Subunidad pesada o catalítica (γ-GCSC) → Posee el sitio activo para la unión entre el grupo amino de la cisteína y el grupo carboxilo del glutamato. 
• Subunidad ligera o moduladora (γ-GCSM) → Tiene una función reguladora aumentando la eficiencia catalítica de la otra subunidad. 

En estas reacciones se emplea ATP como fuente de energía y es un proceso regulado por la inhibición de la γ-glutamil-cisteína sintetasa por el GSH, ya que compite con el glutamato en el sitio activo de γ-GCSC. De esta manera, hay un equilibrio entre la síntesis y el consumo del mismo.

En cuanto a la distribución de la molécula, los niveles de GSH en la mitocondria son muy importantes para la supervivencia celular, más que en el citosol. Sin embargo, las mitocondrias no poseen las enzimas necesarias para su síntesis, por lo que existe un sistema de transporte para movilizar el glutatión desde el citosol hasta este orgánulo. 

El GSH tiene una gran variedad de funciones celulares, algunas de ellas son: 

• Es considerado el antioxidante maestro que produce el organismo, ya que mejora el sistema inmunitario y juega un papel clave en el antienvejecimiento a nivel celular.
• Se encarga de la detoxificación de xenobióticos, de manera que el glutatión forma conjugados con estos compuestos para ser excretados por la orina o las heces. 
• Almacena y transporta cisteína. 
• Es esencial en la proliferación celular y en la apoptosis de forma que se activan las captasas continuando la muerte celular. 

ESTRÉS OXIDATIVO

El oxígeno es una molécula plenamente necesaria para poder vivir, pero sin embargo, dentro de nuestro organismo, su oxidación da lugar a la formación de radicales libres (radical superóxido, radical hidroxilo…) Estas moléculas muestran una gran toxicidad y son nocivas, pues afectan a nuestras funciones celulares provocando incluso una gran variedad de patologías. 

La mitocondria es la principal consumidora de oxígeno y, por tanto, es la mayor productora de radicales libres, ya que pueden formarse en la cadena transportadora de electrones  (CTE) cuando transfieren los electrones al oxígeno. Así, cualquier factor de daño que afecte a los elementos de la CTE pueden alterar su funcionalidad y promover una formación excesiva de radicales libres. Como consecuencia, ocasionará estrés oxidativo y una disminución de la formación de ATP. 

Una vez más, la naturaleza se ha encargado de que los seres humanos podamos suplir este problema mediante un sistema antioxidante, cuya función es frenar las reacciones de oxidación en las células para disminuir la cantidad de radicales libres. De esta manera, se reducirán también diversas enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas y tumores. 

El glutatión (GSH) contiene un grupo sulfhidrilo (-SH) que lo hace idóneo para atenuar el efecto de los radicales libres, pues, la glutatión peroxidasa (GPX) es una enzima que cataliza la reducción del peróxido de hidrógeno utilizando como agente reductor el GSH, transformándose así en GSSG.

Nos encontramos con el sistema glutatión peroxidasa/glutatión reductasa. Tal y como comentamos anteriormente, la glutatión reductasa funciona como una oxidorreductasa dimérica dependiente de NADPH que cataliza la reducción de glutatión oxidado a glutatión reducido, siendo este último utilizado por la glutatión peroxidasa para la reducción de peróxido de hidrógeno, el cual es un elemento tóxico para la célula. Gracias a estos sistemas, se consigue frenar el estrés oxidativo, ya que estos radicales libres son tóxicos y terminan en apoptosis.

ENVEJECIMIENTO CELULAR

Por otro lado, el envejecimiento celular es un proceso fisiológico y progresivo caracterizado por un descenso de la capacidad de adaptación de los componentes del individuo, así como una disminución de la capacidad de respuesta del mismo, lo que acaba en la muerte. 

El envejecimiento afecta a todos los sistemas fisiológicos del organismo y da lugar a una pérdida progresiva de la homeostasis y de la salud. Por tanto, se da envejecimiento cuando hay un aumento de la concentración de oxidantes como los radicales libres y/o una disminución de los sistemas de defensa antioxidantes. Esto provoca un aumento del daño oxidativo en lípidos, proteínas y nucleótidos que explica el deterioro de las funciones celulares asociado al avance de la edad. 

Aquí es donde el GSH juega un papel importante, pues se ha relacionado con el envejecimiento, de manera que, a medida que pasan los años, contribuyendo una mala alimentación, la concentración de glutatión plasmático disminuye. Esto supone la no inhibición de los efectos de los radicales libres, lo que puede desembocar en la aparición de enfermedades al haber un descenso del glutatión reducido y aumento del oxidado.

¿PODEMOS AUMENTAR LA CONCENTRACIÓN DE GLUTATIÓN?

Existen suplementos de glutatión para evitar el descenso de sus niveles a lo largo del tiempo. Sin embargo, estos lo único que hacen es descomponerse en los aminoácidos que los componen, por lo que el efecto sería el mismo que comer proteínas. Puede haber cierta absorción del glutatión intacto desde el intestino, pero no puede entrar en las células, ya que debe ser transformado en L-cistina (2 L-cisteína unidas) antes de absorberse. Por lo tanto, para elevar la cantidad de esta proteína, el cuerpo necesita precursores, es decir, compuestos orgánicos que preceden a otros en una ruta metabólica. 

De esta forma, si aumentamos la L-cisteína, si que aumenta la síntesis de glutatión. También hay suplementos de esto, pero solo ayudan en casos de personas que tienen niveles extremadamente bajos de glutatión. (Suplementos N-acetilcisteína o NAC). Otros, pueden administrarse por vía intravenosa a enfermos que lo necesiten, pero sus efectos son a corto plazo, por lo que no es una solución duradera. 

Las enfermedades crónicas como las infecciosas (diabetes, cáncer, SIDA, enfermedades neurodegenerativas y hepáticas) tienen en común el aumento de EROS Y ERN (especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno) provocando daño celular, por lo que en la actualidad actuar sobre los niveles de glutatión sugiere tener efectos benéficos en estas personas, mediante la administración de precursores, disminuyendo los síntomas y comorbilidades que conllevan.

CONCLUSIÓN

El glutatión es una molécula multifuncional necesaria para la vida. Tiene un papel muy importante como miembro de nuestro sistema antioxidante y está relacionada con el envejecimiento celular, pues a medida que pasan los años, nuestro organismo sintetiza una menor cantidad. Para compensarlo, existen ciertos suplementos que aumentan los niveles de glutatión. Sin embargo, no son una solución 100% efectiva, pues sus efectos no son duraderos a largo plazo.

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Gonzalo Raso de Llanos

INTRODUCCIÓN

‘El gen egoísta’ es un libro de Richard Dawkins en el cual expone que el gen, y no el individuo, es la unidad evolutiva fundamental. Esto significa que los genes, o como él los llama, los replicadores, son los que realmente sufren la presión de la selección natural y los que son transmitidos a la descendencia, por lo que forman una línea inmortal en la cual van pasando de organismo en organismo mientras éstos perecen. Según esta teoría, los animales, plantas, bacterias y en conclusión, los organismos, solo son los ‘vehículos’ que usan estos genes para seguir avanzando en su línea inmortal, simples máquinas creadas por y para la supervivencia de los genes que contienen. Dawkins adjudica a estos genes el calificativo de egoístas por la característica principal que ha marcado la supervivencia de los seres vivos: el egoísmo. A lo largo de la historia de la evolución, desde el caldo primitivo hasta la actualidad, los genes han combatido en un mundo despiadado, en el cual la supervivencia ha sido el objetivo principal para mantener su línea inmortal. Por ello hemos visto cómo los genes incluso se han unido para formar máquinas que les permitieran luchar y sobrevivir por encima del resto. Éstos genes nunca ‘buscaron’ la supervivencia de los otros genes con los que se unieron, pues como buenos genes egoístas solo buscaban su propia supervivencia. Sin embargo, ‘vieron’ que las máquinas que formaban eran más aptas para la supervivencia, que incluía su propia supervivencia, por lo que entendieron que la cooperación era la mejor vía para alcanzar sus objetivos egoístas individuales. Nosotros somos el resultado de la cooperación de todos estos genes, que a lo largo de la historia de los seres vivos siguieron luchando para sobrevivir ante la presión incesante de la selección natural, tan dura y despiadada que hizo perecer a todas las máquinas que no se adaptaran a ella, y cuyo resultado hoy conocemos como evolución.

Soy consciente que esta idea de ser controlados y vivir a merced de nuestros genes puede generar mucha incredulidad en un principio, pues yo mismo fui muy escéptico al respecto antes de acabar el libro, sin embargo, debemos intentar que nuestra visión antropocéntrica de la vida no nuble nuestro pensamiento y recordar que solo somos arqueas evolucionadas, la punta del iceberg de la evolución, que los únicos que se mantienen desde los principios de la vida son los genes.

LA MÁQUINA DE GENES

Las máquinas de genes empezaron siendo simples receptáculos de genes, membranas que los protegían frente a la guerra química del caldo primitivo. Estas máquinas fueron desarrollándose por distintas ramas en los animales, las plantas o las bacterias, seres vivos capaces de aprovechar al máximo sus cualidades para sobrevivir. Sin embargo, debemos recordar que a pesar de que las máquinas se hayan perfeccionado enormemente siguen siendo máquinas construidas para la supervivencia de los genes egoístas, y como resultado de genes con fines egoístas surgen máquinas con los mismos fines egoístas: sobrevivir y prosperar incluso si tiene que ser a costa de la vida de los demás.

Las especies llevan luchando desde sus inicios contra el resto de especies y contra sí mismas, puesto que el fin de la máquina es la supervivencia de sus genes y no la de los demás. El amor y el bienestar de las especies carecen de sentido en cuanto a la evolución, e incluso los episodios que nosotros podríamos calificar de altruistas en el mundo animal no tienen por qué serlo realmente. Si por ejemplo viéramos una leona defendiendo a sus hijos, podríamos caer en el error de pensar que los protege porque los quiere, sin embargo esto es de nuevo resultado de nuestra visión antropocéntrica, ya que si realmente pasa esto es porque los recién nacidos tienen el 50% de los genes de la madre, por lo que a la madre le interesa mantenerlos con vida. Si la madre supiera que esos leones no son suyos, no tendría ningún reparo en dejarlos morir de la forma más cruel posible, y por eso nos cansamos de ver casos de abandonos, abortos, asesinatos y traiciones en el mundo animal.

La razón por la cual no he incluido todavía a los seres humanos en la concepción de ‘máquinas’ es por el nivel de desarrollo cultural e intelectual al que hemos llegado, que hace que ese mandato egoísta de los genes y ese ‘impulso animal’ se vea reprimido, entablándose un conflicto entre nuestra naturaleza biológica y la educación que recibimos, una lucha entre el egoísmo al que nos dirigimos por naturaleza y el altruismo que imponemos de forma artificial. De aquí surge la célebre frase de Dawkins: “El hombre es el único animal dominado por la cultura”.

Sin embargo, en el mundo animal también podemos encontrarnos situaciones en las cuales los genes pueden alcanzar sus objetivos egoístas fomentando una forma limitada de altruismo. Un ejemplo para entender este falso altruismo que se da en animales es el dilema del prisionero.

El dilema del prisionero se basa en un interrogatorio hacia dos personas. En éste, se pregunta de forma separada si la otra persona ha realizado un crimen. Si ambos se niegan a acusar al otro, recibirán una pena de un año y si ambos acusan al contrario ambos recibirán una pena de cinco, ya que alguno de los dos tiene que estar mintiendo. En cambio, si uno niega que fuera el otro (de forma altruista) y el otro acusa al primero (de forma egoísta), el altruista recibirá la pena de 20 años y el egoísta saldrá libre por (supuestamente) delatar al culpable. Con unos simples cálculos matemáticos, podríamos concluir en que la estrategia más conveniente ante este dilema sería siempre acusar al contrario, ya que nunca te arriesgarías a afrontar la pena completa (20 años), a la que te expondrías si no delataras al contrario y este te traicionara delatándote. Sin embargo, en estas situaciones en las cuales lo mejor sería acusar siempre, surgen individuos que nunca acusan, y cuando todos los individuos se ponen de acuerdo en no delatar, todas las partes salen beneficiadas. Así, se camufla una actitud egoísta, basada en el interés de recibir la pena menor bajo la capa de un aparente altruismo por el cual no delatarías al contrario, ‘protegiéndolo’ de forma ‘altruista’

¿QUIÉN CONTROLA A QUIÉN?

Llegados aquí podemos ver de forma un poco más nítida que los genes son un factor decisivo para la conducta y toma de decisiones de los seres vivos, y siguiendo la premisa de que somos los vehículos que usan estos genes para propagarse, podemos deducir que nos ‘manipularán’ de forma que actuemos de la mejor manera para cumplir sus intereses.

Obviamente, llegados a un punto en la evolución, los genes no son lo suficientemente rápidos como para controlar lo que podemos hacer en cada momento, ni lo suficientemente veloces como para reaccionar a un estímulo a tiempo como lo hace nuestro sistema nervioso. Lo único que pueden hacer es darnos indicaciones por adelantado para fomentar nuestra supervivencia y reproducción (no porque les ‘importemos’, sino porque de ello depende su prosperidad).

Aquí, es probable que de nuevo nuestra visión antropocéntrica de la vida nos haga rechazar esta idea, ya que nos sentimos dueños de todo lo que pensamos y hacemos, y al final ¿Quién es nadie para decirnos que nuestra conducta no viene dada puramente por lo que nosotros decidimos? Por esto mismo recomiendo que volvamos a fijarnos en los animales, en los que la cultura y el desarrollo del intelecto no nubla su naturaleza biológica.

En la naturaleza podemos ver cómo la reproducción es la meta de todos los seres vivos, y esto se da porque que es la vía por la cual prosperan los genes que ‘llevamos’. Cabría preguntarnos cuál es la motivación de los animales, los vehículos que transportan estos genes, para darlo todo por la reproducción si no es para que sus genes prosigan en la línea inmortal. ¿Por qué conociendo la efimeridad de sus vidas deciden seguir luchando? Prefiero no contestar esta pregunta, que divagaría demasiado en otro plano más filosófico, sobre todo por el posible paralelismo que se pueda generar con el ser humano, pero sin duda los genes tienen que tener un papel fundamental en influir a sus vehículos de tal forma que aseguren su continuidad.

GENES BUENOS, GENES MALOS

Un dato que sorprende muchas veces es que los genes que pasan la prueba de la selección natural no tienen por qué ser siempre buenos para nosotros. Sería razonable pensar que la presión de la selección natural selecciona los mejores individuos con los mejores genes, sin embargo, esto no tiene por qué darse así. Para empezar la presión de la selección natural no es regular ni se direcciona siempre hacia el mismo lado, por lo que a veces no se seleccionan ni los individuos con características ‘buenas’ ni los mejores en esa característica, sino que se seleccionan solo los que en ese caso se hayan adaptado mejor al medio. Los genes actúan en conjunto, creando numerosas interacciones enormemente complejas. Por esto mismo, a la hora de enfrentarse a la presión de la selección natural, no importa si un gen es malo para nosotros, importa lo aptos que sean en conjunto. Una analogía para entender esto sería la de una carrera entre botes de 10 remeros. El bote más rápido, que se correspondería con el animal que sobrevive, no tiene por qué tener todo remeros buenos, solo necesita ser más rápido que el resto. Esto podría darse en un bote con 8 remeros decentes y dos remeros malos (8 genes decentes y 2 malos), que sería más rápido que un bote con 2 remeros excelentes y 8 remeros malos (2 genes excelentes y 8 malos). Este es el ejemplo claro de que no siempre tienen por qué seleccionarse los mejores genes, ya que en este caso los genes excelentes son descartados como si fueran malos.

Cabe destacar que siempre que hablemos de genes buenos o malos para nosotros no debemos pensar en genes benevolentes o malvados. Obviamente los genes en sí no tienen conciencia ni nos ‘quieren’ hacer ni bien ni daño. El hecho de que se seleccionen realmente solo depende de las matemáticas, del porcentaje de éxito reproductor del vehículo que lo porte, de la probabilidad de muerte no deseada del vehículo que lo porte, etc.

MEDAWAR Y LA SENESCENCIA

La senescencia ha sido desde siempre uno de los temas más abordados desde el sector científico, se ha estudiado desde numerosos puntos de vista, y desde luego, en ‘El gen egoísta’, Dawkins también ofrece su visión al respecto. Como hemos dicho anteriormente los genes no tienen por qué ser siempre buenos para nosotros (Genes buenos, genes malos) pero como su intención es la de transmitirse a la descendencia (Quién controla a quién), suelen protegernos temporalmente (La máquina de genes). Sin embargo, una vez hemos cumplido nuestra función como vehículos, reproduciéndonos y pasando nuestros genes a la siguiente generación, podemos ver cómo con la edad aumenta nuestra probabilidad de sufrir enfermedades graves, que se manifiesten genes letales o que fallen nuestros sistemas de reparación de ADN, como si de repente los genes que nos estaban ‘protegiendo’ se desvanecieran.

En parte, esto se puede explicar con la teoría de la senescencia de Medawar. Esta teoría se basa en que los genes letales que se expresan de forma tardía en nuestra vida no sufren la misma  presión de la selección natural que sufren los que se expresan en una edad temprana. Esto ocurre porque si el gen letal se expresa tempranamente matará al individuo antes de que pueda reproducirse y propagar sus genes, por lo que se corta la línea inmortal del gen letal, disminuyendo su presencia en el acervo genético hasta extinguirse. En cambio, si el gen se expresa de forma tardía, habrá dado tiempo a que se propague ese gen letal a la descendencia antes de que acabe con el individuo, por lo que esos genes letales no son desechados por la selección natural. El problema de estos genes es que como no son desechados, se van acumulando generación tras generación, lo que podría ser una causa de que con el tiempo haya cada vez más propensión a desarrollar enfermedades letales en las etapas de la vida posteriores a la edad reproductiva. Esto, es un ejemplo más del ‘egoísmo’ de los genes que portamos, que solo buscan su transmisión a la siguiente generación, independientemente del resto, de los demás vehículos e incluso de su propio vehículo.

Estos genes de ‘expresión tardía’ han sido muy estudiados por más investigadores además de Medawar y Dawkins. En 2021, un estudio demostraba que estos genes sufrían mutaciones de forma mucho más frecuente que los que se expresaban de forma temprana, de tal forma que era hasta 150% más probable que pudieran conducir a un cáncer (Fig.4).

Otros estudios han demostrado que esta falta presión evolutiva para los genes en la etapa post-reproductiva también ha favorecido la aparición de la llamada pleiotropía antagónica. La pleiotropía antagónica se basa en que un gen pueda ser favorable para la salud en la vida temprana pero nocivo en una edad más avanzada. Esto genes pueden ser seleccionados como ‘buenos’ por la selección natural ya que al dar una buena salud durante la edad reproductiva, permite que se propaguen estos genes a la descendencia. La pleiotropía antagónica ha sido ampliamente estudiada ya que en numerosas ocasiones se ha propuesto que un ejemplo de ésta podría ser la enfermedad de Alzheimer, en la cual distintos genes podrían ser beneficiosos para la salud cerebral en edades pre-reproductivas y reproductivas pero nocivos para las neuronas en las edades más avanzadas. Esto es, de nuevo, otro ejemplo de cómo los genes nos ‘utilizan’, protegiéndonos solamente cuando les somos útiles.

Además, se ha comprobado que muchos de estos genes pleiotrópicos pueden interaccionar con el sistema de ‘proofreading’ del ADN o con la proteína MYC, lo cual se ha visto que dispara las probabilidades de sufrir cáncer y otras muchas patologías.

Naturalmente, no se puede achacar todo esto a la teoría de Medawar, ya que existen otros muchos factores que hacen que estas enfermedades y patologías se manifiesten con mayor frecuencia en una edad avanzada. No podemos olvidarnos de que, por ejemplo, la senescencia Hayflick afecta gravemente a varios sistemas como el inmunitario de forma progresiva según los individuos van avanzando en edad. Otro ejemplo es el acortamiento de los telómeros, que puede causar el colapso de las células por cómo afecta a la telomerasa o al sistema de las shelterinas.

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La muerte nos asusta a todos pero, ¿merecería la pena alcanzar la inmortalidad?

La esperanza de vida cada vez es mayor con el paso de los años, gracias a los avances médicos, y la mejora de las condiciones de vida; pero nuestras células siguen teniendo una fecha de caducidad.

Existen varias estrategias para frenar ese envejecimiento celular y así prolongar su duración. Esto se podría conseguir gracias a una enzima, la telomerasa, que permitiría alargar los telómeros acortados, que son los responsables de la muerte celular,  lo que supondría un “rejuvenecimiento” de la célula. De esta manera se conseguiría incrementar nuestros años de vida.

No obstante, la telomerasa tiene su lado negativo, puesto que está presente en la mayoría de cánceres en los que las células tienen un crecimiento ilimitado. Por lo tanto, conseguir una activación constante de las células de nuestro cuerpo puede ser un gran peligro, ya que si no se controla, en vez de darnos más años de vida, nos los estaría quitando.

Telómeros

¿Qué son los telómeros?

Los telómeros son complejos nucleo-proteicos que constituyen las estructuras de los extremos de los cromosomas lineales permitiéndoles mantener su integridad ya que otorgan estabilidad y protección.

Las ADN polimerasas, enzimas encargadas de replicar el ADN, necesitan un extremo OH 3’ libre sobre el que ir añadiendo nucleótidos y rellenar el hueco que queda tras eliminar el cebador. Sin embargo, al tratarse de un cromosoma lineal dicho extremo no está presente y en cada ronda de replicación se pierde un determinado número de bases. Los telómeros desempeñan por tanto una función clave ya que evitan que se pierda información vital, en su lugar se perderán bases de su estructura. 

Además, están a cargo del reloj mitótico y por consiguiente la senescencia celular, es decir, determinan el número de divisiones que tendrá la célula y la proliferación celular se frenará cuando la longitud de los telómeros sea crítica. Llegados a ese punto se dirige la célula a la muerte celular, que es lo que desemboca en degeneración tisular y se traduce, en lo que cotidianamente vemos como envejecimiento 

Estructura de los telómeros

Su estructura difiere del resto de la cromatina, de manera que no se llevan a cabo procesos de degradación, recombinación o fusión, es decir, les permiten no ser reconocidos por los sistemas de reparación del ADN.

Podemos encontrar tres regiones:

• Extremo saliente (extremo 3’ overhang): son las secuencias no replicadas que quedan libres en forma de cadena sencilla.  Posibilita la formación de unas estructuras secundarias en forma de bucle (T-loop y D-loop) por inserción de dicho extremo 3’ overhang en la región de doble cadena y posterior hibridación por complementariedad. Esto evita que los extremos de los cromosomas sean confundidos con ADN dañado.
• Repeticiones teloméricas:  se trata de secuencias cortas repetidas y conservadas entre las especies. Son ricas en nucleótidos G y T (en el caso de los humanos las secuencias teloméricas son TTAGGG) y pueden formar los G-cuadruplexos, estructuras complejas donde 4 guaninas quedan unidas por puentes de hidrógeno de Hoogsten formando planos cuadrados. Estos están implicados en el mantenimiento de los telómeros, pero hay que regular su apertura para permitir la replicación del ADN.
• Áreas que están entre la primera secuencia de un gen y las repeticiones. 

Interacción con proteínas

En los seres humanos, los telómeros interactúan con el complejo de la shelterina, formado por una serie de proteínas que incluyen a TRF1 y TRF2, las cuales interactúan con RAP1, TIN1, TPP1 y POT1. La función del complejo es impedir la activación del mecanismo de reparación del ADN en los extremos, protegiendo frente a la degradación, y regular la actividad de la telomerasa.

• TRF1:  es la secuencia C-terminal. Reconoce específicamente el fragmento de ADN telomérico y actúa como regulador negativo de la longitud telomérica (represor de la telomerasa) 
• TRF2: regulador negativo de la longitud telomérica, estabiliza la secuencia G repetitiva y previene de fusiones entre extremos teloméricos de distintos cromosomas

Por tanto, ambos restringen la actividad de la telomerasa, impidiendo la elongación telomérica

Reloj mitótico

A medida que los telómeros de las células se van acortando estas se vuelven senescentes, siendo la senescencia una situación en la que las células a pesar de ser viables y activas metabólicamente ya no proliferan, es irreversible, y conduce hacia la muerte celular. Cuando se detecta una longitud crítica de los telómeros se pone en marcha un mecanismo que bloquea el avance del ciclo celular y promueve la entrada en apoptosis gracias a la activación de las proteínas p53 y Rb (proteínas inhibidoras del ciclo celular).

Los telómeros pueden presentarse de dos formas: protegidos (capped) si están formando el T-loop, y desprotegidos (uncapped) si están de manera lineal, pudiendo haber transiciones entre ambas estructuras. El último caso se da cuando los telómeros son tan cortos que ya no son capaces de formar estructuras secundarias lo que hace que sean susceptibles de sufrir el ataque de nucleasas y fusión de extremos. Esto conduce a la inestabilidad cromosómica y senescencia, con la consecuente entrada en apoptosis ya mencionada.

Existe una teoría que sugiere que los telómeros del cromosoma 17 que es donde está codificada la proteína p53 sea el sitio donde se activa este mecanismo.

Telomerasa

Estructura de la telomerasa

La telomerasas es una ribonucleoproteína formada por una subunidad catalítica llamada TERT, que es una retrotranscriptasa y un componente de ARN llamado TERC, que actúa como molde para la adición de secuencias teloméricas repetitivas en el extremo 3’.

Imagen 3: Telomerasa humana: subunidad catalítica TERT (azul), componente ribonucleico TERC (beige) y unidad telomérica de DNA correspondiente a secuencia corta de repetición TTAGGG (rojo). Fuente: imagen elaborada con Chimera, código PDB 7TRD

Función de la telomerasa

La telomerasa es la encargada de alargar los telómeros, se encuentra activa en todos los tejidos durante la embriogénesis y tras esta únicamente permanece en células de líneas germinales productoras de gametos y en células cancerosas. Su función está regulada tanto por proteínas quinasas (añaden un grupo fosfato) que aumentan su actividad, como por fosfatasas (eliminan un grupo fosfato) que reducen su actividad, por ello el balance entre ambas juega un papel esencial en la tumorigénesis. 

Esta enzima tiene una gran afinidad por las secuencias ricas en G, reconoce y se une al extremo 3’ overhang del telómero, al ser reclutada por complejo de la shelterina, y lo alarga mediante la adición de nucleótidos en sentido 5’ → 3’ usando como molde su propia fracción de RNA (TERC). Dicha unión es posible gracias a que TERC presenta una serie de bases complementarias al ADN telomérico de tal modo que se produce el apareamiento entre ellas.

A continuación, se recluta la primasa y la ADN polimerasa α que sintetizan el primer, un pequeño fragmento mixto de ARN y ADN que proporciona el extremo 3’ OH necesario para que intervenga la ADN polimerasa δ y complete el fragmento. Finalmente se da la eliminación del cebador y el ligado de los extremos, quedando nuevamente un extremo 3’ overhang.

También hay que destacar que TERT es el componente limitante de la telomerasa. Mientras que TERC tiene una expresión constitutiva en la mayoría de los tejidos, será la expresión de TERT la que conduzca hacia una activación de la función de la telomerasa por lo que su transcripción estará reprimida en células somáticas.

El lado oscuro de la telomerasa: cáncer

El cáncer es una enfermedad originada a partir de la transformación maligna de una célula que comienza a dividirse sin control y escapa de la muerte celular programada dando lugar a gran cantidad de células hijas, las cuales presentan también alteraciones en los mecanismos de proliferación, diferenciación y apoptosis. 

Varios estudios han demostrado la participación de la telomerasa en el proceso de carcinogénesis, puesto que se ha visto que varias líneas celulares cancerosas la presentan y además la inmortalización de las células in vitro ocurre a la vez que la activación de la enzima. 

Las células somáticas no presentan telomerasa, por lo que tienen una capacidad limitada para replicarse, siendo esto una barrera de la proliferación. Sin embargo, los tumores malignos tienen una proliferación infinita, gracias a que sus células poseen la telomerasa activa que permite esa replicación sin límites.

Un posible tratamiento contra el cáncer

Últimamente ha habido investigaciones enfocadas en el acortamiento de los telómeros de las células cancerosas, sin embargo, esto es algo impreciso ya que tendría que ser específico para la longitud de estos en cada una de las células a tratar y podría demorarse demasiado tiempo. Las estrategias más prometedoras son aquellas que inhiben la protección de los telómeros atacando a la telomerasa, de este modo se podría lograr entrar en apoptosis en pocos días e incluso podría funcionar con telómeros largos.

Los estudios estiman que la telomerasa se detecta en un 80-90% de los tumores cancerosos, por lo que podría ser considerada un marcador de malignidad en tumores. Esto la convierte en un blanco ideal para la terapia contra el cáncer, pero como su regulación es muy compleja se han estudiado diferentes estrategias:

• Nivel transcripcional: la clonación de las regiones promotoras de los genes que codifican para las subunidades TERT y TERC han permitido identificar reguladores positivos y negativos, conociendo estos se puede aumentar o inhibir su transcripción
• Nivel postranscripcional: se está buscando bloquear el ARNm de las subunidades TERT y TERC mediante el uso de ribozimas con actividad ribonucleasa
• Nivel post-traduccional se ha demostrado que para que la enzima funcione necesita el ensamblaje de todos los constituyentes, por lo que bloqueando alguna de las proteínas que forman parte del complejo se podría bloquear su acción 

El lado bueno de la telomerasa: la inmortalidad

Como ya hemos mencionado las células germinales expresan la enzima telomerasa mientras que las somáticas no, por lo que estas últimas en cada división van acortando los telómeros entrando así en senescencia. 

Por un lado la senescencia, sirve como mecanismo de supresión celular, ya que las células senescentes no son capaces de replicarse, por tanto, no se replicarán cromosomas anormales. Uso que se daría en un posible tratamiento contra células cancerosas.

Sin embargo, se ha propuesto que la reconstitución de la actividad de la telomerasa en distintos tejidos podría ser empleada como terapia para enfermedades asociadas al envejecimiento y que están caracterizadas por una disminución de la capacidad proliferativa y regeneración celular. 

Se ha buscado usar la telomerasa como diana terapéutica en medicina regenerativa frente a enfermedades crónicas, por ejemplo, frente a enfermedades de la piel: estimulando células madre para que expresen el componente de ARN de hTERT de tal modo que se active la telomerasa reemplazando la piel perdida. También serviría para enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas asociadas al envejecimiento e incluso el propio envejecimiento.

La última estrategia, desarrollada por un grupo del CNIO en 2012, se basa en una terapia génica que activa el gen de la telomerasa durante unas pocas horas, por lo que la enzima puede ejercer su función reparadora un tiempo limitado, y así se disminuye los riesgos.

Podríamos pensar que una activación continua de la telomerasa implicaría que nuestras células no murieran, lo que se podría considerar conseguir la inmortalidad. Sin embargo, no sería tan fácil porque la actividad constante de esta enzima es muy probable que derive en un cáncer como hemos comentado.

Conclusiones

El acortamiento de los telómeros es el mecanismo fisiológico de nuestro cuerpo que explica el envejecimiento. La naturaleza ha sido capaz de evitar esa muerte celular, mediante la activación de la telomerasa en células somáticas que derivan en células cancerígenas. Sin embargo, lo que encontramos hoy en día es que la ciencia quiere aprovechar esa idea a nuestro favor. Si se consigue activar la telomerasa de una manera regulada, se podrá extender los años de vida; lo que sería un paso más cerca de esa idea ficticia que tenemos de la inmortalidad.

Bibliografía

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10.  Sarborit, A. &  Muñiz, C. Telomerasa: Salud y Envejecimiento. Morfovirual (2020)

Sofía Pérez Rubio y Celia Navas González

Generalidades de los anticuerpos monoclonales

Los anticuerpos (Ac) son moléculas lipoproteicas que forman parte del sistema inmunitario humoral, y los cuales reconocen de manera específica antígenos (Ag). Dicha unión Ac-Ag es reversible y su fuerza es lo que conocemos como afinidad. En el caso concreto de los anticuerpos monoclonales, estos son producidos por un solo clon activado de células B, por lo cual son activos frente a un determinante antigénico único (1,2).

A nivel general, los anticuerpos poseen una forma espacial de Y, y constan de dos cadenas ligeras y dos pesadas, unidas por puentes disulfuro (Figura 1). A su vez, cada una de las cadenas consta de una región constante (CL y CH respectivamente) que se mantiene, y una región variable (VL y VH) en los extremos, que es la que genera especificidad. También es de importancia su extremo carboxiterminal, del cual dependerá la respuesta efectora que ocasiona el Ac al determinar las distintas uniones a receptores de membrana, y los extremos aminoterminales, los cuales reconocen y se unen a los antígenos (1).

Los anticuerpos monoclonales en los que nos basaremos fueron descubiertos por los científicos Milstein y Köhler en la década de los 70, por lo cual serían galardonados con un premio Nobel posteriormente (1). Como decimos, estos anticuerpos son los que provienen de una misma célula B y poseen la misma especificidad, por lo que para conseguirlos fusionaron células de mieloma de ratón con células de bazo inmunizado con el Ag de interés. Lo que se consigue de esta manera es un hibridoma, el cual es altamente ventajoso, ya que los linfocitos B producen anticuerpos deseados y aportan la memoria inmune, mientras que las células neoplásicas aportan una capacidad de multiplicación indefinida (Figura 2). En resumen, se consigue una fuente ilimitada de anticuerpos monoclonales específicos que derivan de un único linfocito B (1,2,3).

Estos anticuerpos monoclonales obtenidos fueron usados como tratamiento, pero se observó que el hecho de que fueran de origen murino provocaba un problema de tolerancia. Para solventarlo, se emplean Ac quiméricos en los que solo las regiones variables son de origen murino, o humanizados en los que solo lo son las regiones hipervariables. También existe la alternativa de anticuerpos monoclonales humanos que se producen en animales transgénicos (1,2).

Enfermedad del Alzheimer

Por otra parte, la enfermedad de Alzheimer o EA se caracteriza por la presencia de marañas neurofibrilares, placas seniles y pérdida de neuronas y sinapsis, dando lugar todo ello a una disminución de las habilidades mentales y cognitivas. No obstante, los dos rasgos más característicos de dicha enfermedad son las marañas neurofibrilares de la proteína Tau hiperfosforilada en forma de ovillos neurofibrilares, así como los depósitos del péptido β-amiloide (Aβ) de manera más característica (4,5).

El péptido Aβ, tanto de forma fisiológica como patológica, surge de la degradación proteolítica de la proteína precursora del amiloide (APP) de la membrana plasmática, la cual es cortada por las enzimas β- y γ-secretasas mediante la vía amiloidogénica (Figura 3). Por este motivo, dichas endoproteasas son consideradas posibles blancos terapéuticos de importancia. De forma paralela, en estudios más recientes también se presta atención a la degradación del péptido Aβ además de su formación, en la cual participan neprilisina (NEP) y la enzima insulina degradante (IDE) (4).

Como se ha descrito, la agregación del péptido es una de las características de EA más importantes, pero la mera presencia del mismo no es la causante de la neurodegeneración ya que se le adjudica un papel fisiológico. Para ser dañino, el péptido Aβ, que de forma normal existe como una estructura α-hélice o “random coil”, debe sufrir un plegamiento incorrecto en estructuras β plegadas que genere la formación de agregados (4).

Sumado a su plegamiento incorrecto, es clave el ensamblaje del péptido para su efecto biológico, siendo el extremo C-terminal el fragmento de mayor importancia para la formación de oligómeros (4). El depósito del péptido β42 produce el entramado de las sustancias conocidas como placas seniles (5), y esto es fundamental para el desarrollo de la enfermedad, ya que estos agregados son los que se depositan posteriormente en el cerebro y causan neurotoxicidad.

Tratamientos inmunoterápicos

A pesar de los grandes avances científicos, los tratamientos disponibles actualmente para la EA son solo sintomáticos, es decir, pueden lograr una mejoría en la calidad de vida, pero no consiguen revertir, frenar o curar la progresión de la enfermedad. Las estrategias farmacológicas están sobre todo enfocadas a inhibir la agregación del péptido Aβ amiloide. (6)

Una de las líneas de investigación más prometedoras contra la EA es la inmunoterapia anti-beta amiloide (Aβ), ya que ha demostrado provocar una respuesta inmune frente a los depósitos de péptidos patógenos y reducirlos (7). En este caso nos centraremos en una inmunoterapia pasiva mediante anticuerpos monoclonales, ya que se ha determinado que los efectos positivos de la inmunización parecen estar mediados por Ac (8). Esta inmunoterapia consiste en la administración por vía intravenosa de anticuerpos anti-βA en el paciente. De este modo, se consigue una respuesta inmunitaria anti-βA sin necesidad de una reacción proinflamatoria mediada por células T. (9). Los estudios en animales transgénicos han demostrado que la inmunización pasiva, además de reducir la carga amiloidogénica neuronal, mejora los déficits cognitivos, incluso antes de eliminar las placas amiloides neuronales. (9)

La inmunización pasiva con anticuerpos monoclonales humanizados comenzó cuando en 1996 Solomon y colaboradores demostraron que el uso de estos anticuerpos monoclonales dirigidos contra el péptido Aβ42 amiloide inhibían su agregación “in vivo” y podían solubilizar algunos precipitados fibrilares. Estos hallazgos pueden ser explicados mediante la activación de la microglía por el complejo Ag-Ac, la movilización de los depósitos de Aβ42 hacia la circulación sistémica o la disolución pasiva del complejo Ag-Ac. (6)

Debido a la localización de EA como enfermedad cerebral, es de importancia para su tratamiento la barrera hematoencefálica (BHE) que aísla el Sistema Nervioso Central. Varias investigaciones demuestran que el Aβ soluble se desplaza a través de la BHE en un equilibrio dinámico bidireccional (4,5,7). Por otra parte, existen diferentes conclusiones en cuanto a los anticuerpos monoclonales anti-Aβ: ciertos artículos defienden que estos provocan un incremento en los niveles plasmáticos de Aβ a pesar de que no se unieran a los acúmulos cerebrales, mientras que otros demostraron que sí atravesaban la BHE uniéndose a las placas amiloides, siendo la única diferencia el método de administración (intravenosa o intraperitoneal) (5,7).

En estas técnicas de inmunización pasiva caben destacar dos aproximaciones distintas en cuanto al mecanismo de acción: aclaramiento periférico (plasmático) y central (tisular) del Aβ. Dicha inmunoterapia requiere la administración repetida de Ac anti-Aβ humanizados. Estos pueden estar dirigidos a la región N-terminal del péptido actuando por la vía de aclaramiento central, o bien a la región central en cuyo caso no se detectan en el cerebro, es decir, actúan mediante aclaramiento periférico (7).

Fármacos

En la actualidad existen cuatro fármacos en el mercado que han sido aprobados por la FDA (Food and Drug Association) para el tratamiento de la EA. Sus mecanismos de acción están basados en modular los circuitos corticales involucrados en procesos cognitivos, así como otros de respuesta celular que se activan ante estímulos de toxicidad cerebral por aumento de la excitabilidad neuronal. Estos tratamientos se clasifican en dos grupos: inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChEI), cuyo mecanismo de acción consiste en aumentar la transmisión colinérgica mediante la inhibición de la acetilcolinesterasa en la hendidura sináptica, y antagonistas de los receptores de ácido N-metil-D-aspártico (NMDAR), que reducen la excitotoxicidad por el bloqueo de este receptor inotrópico. Se ha demostrado que estos fármacos tienen un simple efecto paliativo y que su eficacia disminuye con el tiempo (5,6,9).

Bapineuzumab y Solanezumab son los dos anticuerpos monoclonales que actualmente han llegado a las fases más avanzadas del desarrollo experimental (pero fracasaron en los ensayos en fase III en pacientes con EA leve-moderada, pues su objetivo era conseguir la inmunización de los pacientes que sufrían ese grado de EA sin producir meningoencefalitis) (5,6,9). Ambos son anticuerpos monoclonales humanizados contra la proteína A pero actuando en diferentes regiones de la misma. Es de destacar que Bapineuzumab, a pesar de haber reducido la concentración de biomarcadores clave como la placa amiloide y proteína Tau fosforilada medida en líquido cefalorraquídeo, falló en producir mejoras cognitivas significativas (6,9,10,11). Cabe agregar que no fue posible mantener dosis máximas de Bapineuzumab debido a la aparición de efusión y edema cerebral, siendo los principales efectos adversos de esta terapia. El uso de Solanezumab no logró reducir la carga de amiloide en cerebro, y por ende tampoco se asoció a efusión ni edema relacionado con amiloide. Sin embargo, a pesar de que como se ha dicho anteriormente fracasó en los ensayos en fase III con pacientes con enfermedad leve-moderada, posteriormente se observó que en los estadios iniciales de la enfermedad había un deterioro cognitivo menor, habiendo también una mejora de las capacidades funcionales (5,10,11). Se ha observado que otro fármaco, el Crenezumab, produce efectos muy similares al Solanezumab en fase II de estudio (10,11).

Otro fármaco que se ha desarrollado, el Aducanumab, se ha evaluado en estudios fase I y fase II y ha demostrado una disminución de la concentración de proteína anormal Αβ en cerebro, es decir, actúa a nivel de β-amiloide, reduciendo su acúmulo en las placas seniles interneurales en personas en estadio inicial de la enfermedad (5). En el caso de este fármaco, se ha observado, además de la reducción de la carga amiloide cerebral, una mejora en las funciones cognitivas, lo cual no ocurría en los dos fármacos anteriores (6).

Otro anticuerpo monoclonal totalmente humano diseñado para unirse con una elevada afinidad a un epítopo conformacional en las fibra de βA, el Gantenerumab, se está ensayando con el objetivo de evaluar su potencial modificador en personas con riesgo de desarrollar la EA presenil, por un mutación genética de carácter autosómico dominante. El fundamento terapéutico es que actúa degradando las placas amiloides mediante un proceso de reclutamiento de la microglía y activación de la fagocitosis. Los estudios experimentales con ratones transgénicos apoyan esta hipótesis (5,9).

Hay otro fármaco llamado Azeliragon, cuya acción está orientada a la desagregación de las placas β-amiloide. Se está ensayando en pacientes con estadios avanzados de la enfermedad (5).

Cabe destacar que todos los fármacos son anticuerpos monoclonales de origen humanizado, excepto el Gantenerumab y el Aducanumab, que son de origen humano (11).

Conclusiones

Finalmente, se puede concluir que la inmunoterapia a base de anticuerpos monoclonales es un tratamiento esperanzador en la enfermedad de Alzheimer, y que podría contribuir a sanar a personas de esta demencia para la cual hasta ahora sólo existían cuidados paliativos.

Referencias

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(6) Acosta, G. T., Delgado, K. R., & Nassar, J. S. (2021). Enfermedad de Alzheimer e Inmunoterapia: revisión de tres anticuerpos monoclonales humanizados dirigidos contra el Aβ amiloide (bapineuzumab, solanezumab y aducanumab). Revista Médica de Costa Rica y Centroamérica, 85(627), 2-7.

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(8)  Janus, C., Pearson, J., McLaurin, J. et al. Aβ peptide immunization reduces behavioural impairment and plaques in a model of Alzheimer’s disease. Nature 408, 979–982 (2000).

(9) J. Folch, M. Ettcheto, D. Petrov, S. Abad, I. Pedrós, M. Marin, J. Olloquequi, A. Camins, Una revisión de los avances en la terapéutica de la enfermedad de Alzheimer: estrategia frente a la proteína β-amiloide, Neurología, Volume 33, Issue 1,2018, Pages 47-58.

(10) Selkoe, D. J., & Hardy, J. (2016). The amyloid hypothesis of Alzheimer’s disease at 25 years. EMBO molecular medicine, 8(6), 595–608. 

(11) van Dyck C. H. (2018). Anti-Amyloid-β Monoclonal Antibodies for Alzheimer’s Disease: Pitfalls and Promise. Biological psychiatry, 83(4), 311–319. 

Daniel Arenas González y Celia Arranz del Río.

Los PROTACs son moléculas diseñadas para unirse a proteínas diana, ubiquitinizarlas, y conducirlas al sistema de degradación proteosomal. Recientemente, se han utilizado para modular la actividad de la proteína Von Hippel-Lindau (VHL), una proteína capaz de unirse a factores de transcripción y regular la expresión génica.

PROTACs, un sistema de degradación de moléculas.

Los PROTACs (PROteolysis TArgeting Chimera) son moléculas diseñadas para desactivar proteínas específicas en el cuerpo. Es una molécula pequeña diseñada para unirse a una proteína objetivo específica y llevarla a un sistema de degradación proteica llamado sistema ubiquitina-proteasoma. Los PROTACs se componen de dos componentes: un ligando que se une a la proteína objetivo y un ubiquitina ligasa que cataliza la adición de ubiquitina a la proteína objetivo. [1], [2].

Los PROTACs se pueden diseñar para unirse a proteínas específicas que se sabe que están implicadas en enfermedades concretas, y por lo tanto se están considerando como posibles tratamientos para dichas enfermedades. También se utilizan en investigación científica para entender el papel de diferentes proteínas en el cuerpo y cómo pueden ser moduladas para tratar enfermedades.[3]

Los PROTACs se han utilizado en investigación para modular la actividad de la proteína VHL, de la que hablaremos a continuación. Por ejemplo, se han desarrollado PROTACs que pueden unirse a la proteína VHL y llevarla al sistema de eliminación de proteínas del cuerpo, lo que puede tener efectos terapéuticos en el cáncer causado por pVHL. Esto se logra mediante el mecanismo de acción de los PROTACs descrito anteriormente, es decir, mediante la unión de la proteína objetivo (en este caso, la proteína VHL) a una molécula de deglución, que luego lleva a la proteína objetivo al sistema de eliminación de proteínas del cuerpo.[3],[4]

Comparación entre el complejo HIF-1a-pVHL-Elongina B-Elongina C (PROTAC) y el complejo SCF.

Por un lado, WDR5 es una proteína que puede ser utilizada como componente de un PROTAC para unirse a una proteína objetivo y marcarla para su degradación por el sistema de ubiquitinación.

WDR5 tiene un dominio beta propeller. Es frecuente encontrar el dominio beta propeller en proteínas que se utilizan como componentes de PROTACs.

Por otro lado, SCF (complejo de ubiquitina ligasa E3) es un complejo proteico que se encarga de marcar las proteínas para su degradación por el sistema de ubiquitinación. El complejo SCF está compuesto por cuatro proteínas: una proteína E3 ligasa, una proteína adaptadora que se une a la proteína objetivo, una proteína F-box que se une a la proteína adaptadora y una proteína que se une a ubiquitina.[5],[6]

La proteína Von Hippel-Lindau (VHL).

La proteína VHL (Von Hippel-Lindau) es una proteína codificada por el gen VHL y se encuentra en el núcleo de las células.

Se puede unir a factores de transcripción para regular la expresión génica y a proteínas que tienen un papel en la regulación del ciclo celular y en la reparación del ADN, como la proteína p53. Esto puede ser importante para evitar el crecimiento anormal de las células, que puede llevar a enfermedades como el cáncer. [6]

La proteína VHL es un componente del complejo proteico VCB, que también incluye elongina B, elongina C y cullin-2. Tiene actividad de ubiquitina ligasa E3 y dirige la degradación dependiente del proteasoma de sus proteínas objetivo.

• La proteína VHL interactúa con CUL2, y esta interacción depende de la integridad del complejo VBC trimérico.
• La proteína VHL interactúa con ADRB2. En condiciones normales de oxígeno esta interacción depende de la hidroxilación de ADRB2 y la subsiguiente ubiquitinación y degradación mediadas por VCB. Sin embargo, bajo hipoxia, la hidroxilación, interacción con VHL, la ubiquitinación y la posterior degradación de ADRB2 disminuyen significativamente.
• Además, VHL interactúa con RNF139, USP33 y PHF17, y se encuentra en un complejo compuesto por LIMD1, VHL, EGLN1/PHD2, TCEB2 y CUL2. [7]

Vía VHL-HIF.

La pVHL también interactúa, a través de su dominio beta, con el factor inducible por la hipoxia (HIF1A). Su interacción está regulada mediante la hidroxilación de un residuo de prolina por la enzima HIF-1alfa prolil hidroxilasa dependiente de oxígeno. [8]

HIF es una proteína de expresión constitutiva y ubicua en los tejidos. La regulación de la actividad de este factor de transcripción depende del oxígeno y ocurre a varios niveles de su fisiología molecular (hidroxilación, proteólisis, transporte nuclear, etc.).

• En normoxia (niveles de oxígeno normales). En condiciones de normoxia, las subunidades HIF-alfa se unen rápidamente a la prolilhidroxilasa, que las ubiquitiniza, haciendo posible que la enzima E3-ligasa o VHL las reconozca y activando así la proteólisis de HIF mediante la vía del proteosoma. .
• En hipoxia o anoxia (niveles de oxígeno mínimos o ausencia de oxígeno). En condiciones hipóxicas, la enzima prolil hidroxilasa no ubiquitiniza al factor HIF-1alfa, impidiendo su reconocimiento por parte de la enzima VHL (E3-ligasa) y, por tanto, su proteólisis. El factor HIF comienza a acumularse en el citoplasma y se transloca al núcleo, donde se transcribirá y originará un ARNm que puede ser traducido. [9],[10].

Mutación VHL Y98N

La proteína VHL es una proteína clave en el ciclo celular y en la regulación de la respuesta del cuerpo a los cambios en el oxígeno. En la posición 98 de la proteína VHL hay una tirosina, que es un aminoácido importante en su estructura y función. Sin embargo, cuando hay una mutación que cambia la tirosina por asparragina en esa posición. La capacidad de la proteína VHL para unirse al factor de transcripción HIF1A puede verse afectada.

El HIF1A es una proteína que se une a ADN y regula la expresión de ciertos genes. Cuando hay una falta de oxígeno en las células, el HIF1A se activa y ayuda a las células a adaptarse al cambio. La proteína VHL normalmente ayuda a regular la actividad del HIF1A, impidiendo que se una a ADN cuando hay suficiente oxígeno. Sin embargo, si hay una mutación en la proteína VHL que impide que se una al HIF1A, el HIF1A puede seguir activo incluso cuando hay suficiente oxígeno, lo que puede llevar a cambios en la expresión génica y potencialmente a problemas de salud.
En resumen, la mutación que cambia la tirosina por asparragina en la posición 98 de la proteína VHL puede afectar la capacidad de la proteína VHL para regular la actividad del HIF1A, lo que puede tener consecuencias para la salud. [11]

La importancia de las mutaciones.

Una mutación que cambia una arginina por una asparragina en una proteína puede tener diversos efectos en la estructura y función de la proteína.

• La arginina es un aminoácido con un grupo amino positivamente cargado y un grupo carboxilo negativamente cargado, lo que le da una cierta reactividad química y le permite participar en interacciones con otros aminoácidos y moléculas.

• La asparragina, por otro lado, es un aminoácido con un grupo amino negativamente cargado y un grupo carboxilo positivamente cargado, lo que le da una carga eléctrica y una reactividad química diferentes.

En general, una mutación que cambia una arginina por una asparragina puede afectar la estructura tridimensional de la proteína y, por lo tanto, su función. Por ejemplo, la arginina puede participar en interacciones de puentes salinos y en la formación de estructuras secundarias como hélices alfa, mientras que la asparragina puede tener dificultades para hacerlo. También puede haber cambios en la afinidad de la proteína por otras moléculas o en su estabilidad estructural debido a la mutación.

En resumen, la mutación de arginina a asparragina puede afectar la estructura y función de la proteína de diversas maneras y puede tener efectos en el organismo que dependen de la proteína afectada y de su papel en el cuerpo.[12]

iASPP, el oncogen que se une a VHL y evita la degradación de HIF-1α.

iASPP es un oncogen inhibidor de la proteína simuladora de apoptosis de p53. iASPP y HIF-1α se unen a la misma región de VHL.

La unión de VHL con iASPP evita que se una con HIF-1α, lo que aumenta la estabilidad y señalización de la proteína HIF-1α en las células cancerosas. Se ven promovidas la angiogénesis, la reprogramación metabólica y la glucólisis).

Se ha comprobado que iASPP contribuye a la activación constitutiva de HIF-1α en cáncer, y, por tanto,  la modulación de la expresión de iASPP o su interacción con VHL es una estrategia terapéutica potencial con la que modular las actividades de la vía HIF. [13],[14]

La enfermedad de Von Hippel-Lindau (VHL), un trastorno genético.

El gen VHL, ubicado en el cromosoma 3, codifica para la proteína de Von Hippel-Lindau. Es un gen supresor de tumores y su mutación conduce al desarrollo de cáncer.

La enfermedad de Von Hippel-Lindau fue descrita por primera vez y por separado por Von Hippel en 1911 y por Lindau en 1926. Su incidencia se estima aproximadamente en 1/36000 nacido vivos. [8],[15]

Es un trastorno genético hereditario autosómico dominante caracterizada por la aparición a una edad temprana de tumores muy vascularizados. Se pueden clasificar en lesiones del SNC (hemangioblastomas del SNC y retinianos) y en lesiones viscerales (carcinomas renales, feocromocitomas y tumores neuroendocrinos pancreáticos).

La mayoría de los síndromes de VHL se acaban sometiendo a operación quirúrgica. En el caso de los feocromocitomas es conveniente usar previamente a la cirugía un bloqueador adrenérgico preoperatorio (el más común es la fenoxibenazamida). [9][10],[16]

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