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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2. Cascales Angosto, M., Álvarez Gómez, J. A. Anales de la Real Academia de Doctores de España. Volumen 14, pp. 49-70 (2010).
3. Isnais Luna Rodríguez(1), Odania Mondeja Ortiz(2), Maritza Roque Tarife(3). Telomerasa. Enzima del futuro. Revista médica electrónica de ciego de Ávila, Vol.11, No. 1 (2005)
4. Arvelo, F., & Morales, A. Telómero, telomerasa y cáncer. Acta Científica Venezolana, 55, 288-303. (2004).
5. Greider, C. W., & Blackburn, E. H. Telómeros, telomerasa y cáncer. Investigación y Ciencia, 235, 20-26.(1996).
6. Figueroa, E. F., & Mayani, H. Cromosomas, control celular y cáncer: una cuestión de telomerasas. Revista Ciencia, julio – septiembre (2003)
7. Dias, J. Proliferación celular y regulación de la telomerasa en cáncer de mama (Doctoral dissertation, Universidad de Málaga). (2017).
8. Hernández Fernández, R. A. Telómeros y telomerasas. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 18(2), 121-129. (1999).
9. Saretzki G. Telomerase inhibition as cancer therapy. Cancer Lett;194(2):209-19 (2003)
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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(5) Costa Vera, E. (2017). Avances en el tratamiento del Alzheimer.

(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]

Bibliografía.

Autores. Título. Revista. Vol. página inicial-página final (año).

1. Smith, B. E., Wang, S. L., Jaime-Figueroa, S., Harbin, A., Wang, J., Hamman, B. D., & Crews, C. M. Differential PROTAC substrate specificity dictated by orientation of recruited E3 ligase. Nature Communications, 10(1), (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-018-08027-7
2. An S, Fu L. Small-molecule PROTACs: An emerging and promising approach for the development of targeted therapy drugs. EBioMedicine (553-563), 36, (2018).
3. Liu, J., Ma, J., Liu, Y., Xia, J., Li, Y., Wang, Z. P., & Wei, W. PROTACs: A novel strategy for cancer therapy. Seminars in Cancer Biology, 67, 171–179, (2020). https://doi.org/10.1016/J.SEMCANCER.2020.02.006
4. Kraemer, A., Doelle, A., Knapp, S., Structural Genomics Consortium. Structure of human WDR5 and pVHL:ElonginC:ElonginB bound to PROTAC with PEG linker (conformation #2), (2022) doi: 10.2210/pdb8BB2/pdb
5. Iwai, K., Yamanaka, K., Kamura, T., Minato, N., Conaway, R. C., Conaway, J. W., Klausner, R. D., & Pause, A. Identification of the von Hippel-lindau tumor-suppressor protein as part of an active E3 ubiquitin ligase complex. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 96(22), 12436–12441, (1999). https://doi.org/10.1073/pnas.96.22.12436
6. Yalla, K., Elliott, C., Day, J. P., Findlay, J., Barratt, S., Hughes, Z. A., Wilson, L., Whiteley, E., Popiolek, M., Li, Y., Dunlop, J., Killick, R., Adams, D. R., Brandon, N. J., Houslay, M. D., Hao, B., & Baillie, G. S. FBXW7 regulates DISC1 stability via the ubiquitin-proteosome system. Molecular Psychiatry, 23(5), 1278–1286, (2018). https://doi.org/10.1038/MP.2017.138
7. Foxler, D. E., Bridge, K. S., James, V., Webb, T. M., Mee, M., Wong, S. C. K., Feng, Y., Constantin-Teodosiu, D., Petursdottir, T. E., Bjornsson, J., Ingvarsson, S., Ratcliffe, P. J., Longmore, G. D., & Sharp, T. v. The LIMD1 protein bridges an association between the prolyl hydroxylases and VHL to repress HIF-1 activity. Nature Cell Biology, 14(2), 201–208, (2012). https://doi.org/10.1038/ncb2424
8. Chittiboina P, Lonser R. Von Hippel-Lindau disease. Handbook of Clinical Neurology, 139-139, 132, (2015).
9. Ben-Skowronek I, Kozaczyk S. Von hippel-lindau syndrome. Hormone Research in Paediatrics, 145-152, 84 (3), (2015).
10. Julio Pérez Márquez. Patología Celular. Factores nutricionales. Hipoxia y anoxia. Sensores celulares de oxígeno, (2022).
11. Knauth, K., Bex, C., Jemth, P., & Buchberger, A. Renal cell carcinoma risk in type 2 von Hippel-Lindau disease correlates with defects in pVHL stability and HIF-1alpha interactions. Oncogene, 25(3), 370–377, (2006). https://doi.org/10.1038/sj.onc.1209062
12. Nelson, D. L., Cuchillo Foix, C. M., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. Lehninger: Principios de Bioquímica (4a. ed.). Barcelona: Omega, (2005).
13. Dong Zhao , Shanliang Zheng , Xingwen Wang, Hao Liu, Kunming Zhao, Li Li and Ying Hu. iASPP is essential for HIF-1α stabilization to promote angiogenesis and glycolysis via attenuating VHL-mediated protein degradation. Springer Nature Limited, (2022).
14. Tanimoto K, Makino Y, Pereira T, Poellinger L. Mechanism of regulation of the hypoxia-inducible factor-1 alpha by the von Hippel-Lindau tumor suppressor protein. EMBO J. 2000;19:4298–309.
15. de Heer EC, Jalving M, Harris AL. HIFs, angiogenesis, and metabolism: elusive enemies in breast cancer. J Clin Investig. 130:5074–87, (2020).
16. Elias, R., Zhang, Q., & Brugarolas, J. The von Hippel-Lindau Tumor Suppressor Gene: Implications and Therapeutic Opportunities. Cancer Journal (Sudbury, Mass.), 26(5), 390–398, (2020). https://doi.org/10.1097/PPO.0000000000000480

María Isabel Sánchez Miranda, Alba Sastre González y Paloma Vilela Hofmann

3º Biología Sanitaria

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INTRODUCCIÓN

Antes de empezar a explicar la relación entre la esclerosis sistémica y los anticuerpos anti-RNA polimerasa III, los anticuerpos producidos de forma específica para la RNA polimerasa; debemos explicar primero estos dos términos:

Esclerosis sistémica

La esclerosis sistémica, o esclerodermia, es una enfermedad autoinmune que genera fibrosis en la piel y en algunos órganos internos generando diferentes manifestaciones clínicas en función del órgano que se vea afectado. Se define fibrosis como la producción y acumulación excesiva de tejido conjuntivo fibroso en un órgano o tejido.

Tiene mayor prevalencia en personas del sexo femenino de mediana edad. Se desconocen las causas y los mecanismos que actúan en el desarrollo de los tres síntomas principales: fibrosis, afectación vascular y del sistema inmunitario (N. García Castañeda et al, 2021).

Figura 1: La patogénesis de la autoinmunidad en la esclerosis sistémica. Fuente: elaboración propia hecha con biorender.

RNA polimerasa III

El material genético en el interior de las células se almacena en forma de DNA el cual, según del dogma central de la biología; debe copiarse en forma de RNA para poder sintetizar las proteínas necesarias para la célula.

Figura 2: Esquema del dogma central de la biología. Fuente: elaboración propia hecha con canva.

El proceso por el cual se sintetiza una molécula de RNA a partir de DNA se conoce como transcripción.Se usa el DNA como molde con el fin de que ambas moléculas contengan la misma información genética. Las encargadas de la síntesis del RNA son unas moléculas llamadas RNA polimerasas. 

Figura 3: Estructura de la RNA polimerasa III humana. Fuente: elaboración propia a partir de PDB 7AST y chimera.

Las RNA polimerasas son unas enzimas, es decir; moléculas con capacidad de catalizar una reacción, en este caso la reacción de síntesis del RNA. En bacterias solo existe un único tipo de RNA polimerasa. En humanos hay 3 RNA polimerasas que van a sintetizar diferentes tipos de RNAs con diferentes funciones. En este artículo nos centraremos en la RNA polimerasa III (Monod, J. and Pribnow, n.d.).

Relación entre ambas.

En el suero pacientes con esclerosis sistémica se han encontrado anticuerpos específicos para la RNA polimerasa III (anti-RNAPOL III) sintetizados por el paciente. Estos se van a unir a la RNA polimerasa III (RNA POL III) en su presencia y se consideran un marcador de mal pronóstico en la enfermedad (Díaz G., C. and Guzmán M., 2009).

Figura 4: Estructura de un anticuerpo. Fuente: elaboración propia a partir de PBD 1igt.pbd y chimera.

ANTICUERPOS ANTI-RNAPOLIII COMO MÉTODO DE DIAGNÓSTICO E INDICATIVO DE MAYOR GRAVEDAD

Los anticuerpos anti-RNAPOL III son los más presentes en enfermos de esclerosis sistémica tras los anticuerpos anti-TOPO I y anti-centrómero. Estos aparecen en los primeros estadios de la enfermedad y no varían a lo largo de su desarrollo. Hay variabilidad en los porcentajes de positividad de presencia de anticuerpos en pacientes de distintas partes del mundo, se piensa que la genética y la raza pueden determinar la presencia de los mismos. El método de la inmunoprecipitación es el estándar para detectar estos anticuerpos, aunque es largo e incompatible con otras aplicaciones, por ello que existen kits para ELISA o distintos inmunoensayos. Cualquier método utilizado permite la asociación de anti-RNAPOL III con las complicaciones que pueden derivar de la enfermedad (Lazzaroni and Airò, 2018). Ha de aclararse que un resultado negativo para anticuerpos anti-RNAPOLIII no es indicativo de ausencia de la enfermedad, debe aclararse con otros diagnósticos.

Existe una mayor prevalencia de mujeres con anticuerpos anti-RNAPOL III (92,6%), lo que coincide con que la prevalencia de esta enfermedad sea mayor en mujeres (Stochmal et al., 2020).

Los anticuerpos para las RNA polimerasas (son muy específicos, por lo que son muy útiles en el diagnóstico de la enfermedad) determinan daños más severos y manifestaciones cutáneas más difusas en la esclerosis sistémica. Indican específicamente fallos renales, ya que los pacientes positivos para estos anticuerpos tienen mayor riesgo de crisis renal asociada a esclerosis sistémica que aquellos que son positivos para otros anticuerpos (Lazzaroni and Airò, 2018) y, además, permite clasificar a pacientes con riesgo de sinovitis, contracturas de articulaciones, crisis renales o miositis. Los pacientes que dan positivo en presencia de anticuerpos presentan también una mayor probabilidad de malignización de la enfermedad antes de cambios en la piel (Nikpour et al., 2011). Cabe destacar que los enfermos y positivos en anti-RNAPOL III presentan un mayor riesgo de desarrollo de cáncer, es por ello que su presencia debe ser motivo de interés en detección de cáncer en estos pacientes, aunque no presenten síntomas (Monfort et al., 2018).

También se plantea que los pacientes positivos muestran un paro e incluso regresión en síntomas epidérmicos, como el grosor de la piel, años tras el diagnóstico aun sin aplicación de tratamiento (Lazzaroni and Airò, 2018).

EVIDENCIA DE UN MODELO DE AUTOINMUNIDAD INDUCIDA POR CÁNCER

Como hemos establecido antes: los pacientes con esclerodermia que tienen anticuerpos anti-RNAPOL III, desarrollan cáncer de forma muy temprana. El hecho de que el cáncer y la esclerodermia ocurran de forma casi simultánea en estos pacientes sugiere que puede llegar a existir un vínculo entre los auto-anticuerpos, el cáncer y la esclerodermia. Existe una hipótesis que dice que el cáncer podría ser el desencadenante de la autoinmunidad—propia de la esclerodermia—en este subconjunto de personas (Weeding et al.) Veamos los datos:

Las células cancerosas de pacientes con anticuerpos anti-RNAPOL III tienen mutado el gen POLR3A que codifica una subunidad de la RNA polimerasa III. Este gen mutado será transcrito y traducido produciendo una enzima RNA polimerasa III no funcional.

Cuando nuestro cuerpo detecta esa proteína RNAPOL III mutada, genera anticuerpos contra ella, es decir, la respuesta inmune se inicia contra la proteína mutada en el cáncer. Se trata de un mecanismo de nuestro cuerpo para combatir el tumor: respuesta inmune antitumoral.

El problema surge cuando esta respuesta inmune contra el tumor se direcciona erróneamente hacia la RNA polimerasa III no mutada. Esto es lo que se conoce como respuesta inmune de reacción cruzada: En condiciones normales esta reacción cruzada nos otorga protección contra un patógeno similar a alguno del que nos hayamos expuesto con anterioridad. Pero en este caso, al atacar a la RNAPOL III funcional, se genera un ataque de nuestro sistema inmunitario hacia nuestros propios tejidos sanos, dañándolos y provocando la propagación de la esclerodermia

En resumen: La respuesta inmune de reacción cruzada provoca daños en tejidos sanos y la propagación de la esclerodermia

Conclusión

Como hemos visto, los autoanticuerpos son herramientas poderosas para investigar eventos moleculares que vinculan el cáncer y el desarrollo de autoinmunidad en la esclerodermia (Igusa et al.), (Stochmal et al., 2020) y nos puede brindar la oportunidad de desarrollar nuevos métodos de detección del cáncer.

REFERENCIAS

Castañeda, N.G. et al. (2021) “Esclerosis Sistémica,” Medicine – Programa de Formación Médica Continuada Acreditado, 13(31), pp. 1769–1778. Available at: https://doi.org/10.1016/j.med.2021.04.004.

Díaz G., C. and Guzmán M., M.A. (2009). Inmunopatogenia de la esclerosis sistémica. Archivos de alergia e inmunología clínica, 40, pp.37–43.

Igusa, Takeru, et al. (2018) “Autoantibodies and Scleroderma Phenotype Define Subgroups at High-Risk and Low-Risk for Cancer.” Annals of the Rheumatic Diseases, p. annrheumdis-2018-212999, 10.1136/annrheumdis-2018-212999. Accessed 6 Jan. 2023.

‌Lazzaroni, M.-G. and Airò, P. (2018) ‘Anti-RNA polymerase III antibodies in patients with suspected and definite systemic sclerosis: Why and how to screen’, Journal of Scleroderma and Related Disorders, 3(3), pp. 214–220. doi:10.1177/2397198318786158.

Monfort, J.-B. et al. (2018) ‘Néoplasies associées à une sclérodermie systémique avec anticorps anti-ARN polymérase III’, Annales de Dermatologie et de Vénéréologie, 145(1), pp. 33–36. doi:10.1016/j.annder.2017.08.005.

Monod, J. and Pribnow, C. (n.d.). PROCESOS GENÉTICOS DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: LA TRANSCRIPCIÓN. [online] Available at: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/09-Procesos%20gen%C3%A9ticos%20de%20la%20s%C3%ADntesis%20de%20prote%C3%ADnas-la%20transcripci%C3%B3n.pdf.

Nikpour, M. et al. (2011) ‘Prevalence, correlates and clinical usefulness of antibodies to RNA polymerase III in systemic sclerosis: a cross-sectional analysis of data from an Australian cohort’, Arthritis Research & Therapy, 13(6), p. R211. doi:10.1186/ar3544.

Stochmal, A. et al. (2020) ‘Antinuclear Antibodies in Systemic Sclerosis: an Update.’, Clinical reviews in allergy & immunology, 58(1), pp. 40–51. doi:10.1007/s12016-018-8718-8.

Weeding, Emma, et al (2020) “Cancer and Scleroderma.” Rheumatic Disease Clinics of North America, vol. 46, no. 3, pp. 551–564, 10.1016/j.rdc.2020.03.002. Accessed 6 Jan. 2023.

Ángela Olivera Rodríguez y Lucía Ortiz Loo

Durante la Primera Guerra Mundial no solo se usaron armas como pistolas o misiles, de hecho, las armas químicas/biológicas son aún más eficaces si el objetivo es acabar con los bandos contrarios. Un ejemplo de este caso investigado por los Estados Unidos es el uso de la ricina como polvo tóxico o como una capa para las balas y metrallas; sin embargo, la guerra terminó antes de poner este veneno en funcionamiento.

Más tarde, durante la Segunda Guerra Mundial, se pensó el uso de la ricina como bombas de racimo. Fue estudiado por Estados Unidos, Canadá y la Unión Soviética pero la conclusión final fue que el uso de fosgeno era más rentable (su obtención era más sencilla).

1. INTRODUCCIÓN

La ricina es una de las sustancias más tóxicas y problemáticas que existen, ya que no posee un antídoto para su recuperación. Se trata de una proteína que se obtiene de las semillas de la planta de Ricinus communis. Su dosis letal (LD50), tanto por inhalación como inyección es muy pequeña, aproximadamente de 22 μg/kg peso.

Se descubrió en 1888 cuando Stillmark observó que el extracto de semilla de la planta mencionada aglutinaba las células sanguíneas. A día de hoy sabemos que esta aglutinación se debe a la toxina RCA (Aglutinina del Ricinus communis).

Los síntomas más destacados son: irritación y hemorragia gastrointestinal que conduce a vómitos y diarrea hemorrágica; aparición de convulsiones y colapso circulatorio. Si se consumen en cantidades importantes puede causar la muerte, aunque lo normal es que si el paciente no ha muerto en tres o cinco días se recupere.

La dosis letal en un adulto es: 

• ingerida: 1 miligramo
• inhalada o inyectada: apenas 500 microgramos

Pertenece al grupo de las proteínas RIP (Proteínas Inactivadoras de Ribosomas o Ribosomal Inhibitor Proteins), por lo cuya diana es la inhibición de la síntesis de proteínas. Entre las proteínas RIP se distinguen dos tipos:

• Tipo I o monoméricas: formadas por una sola cadena polipeptídica que equivale a la subunidad A de las de tipo II. No son tóxicas.
• Tipo II o diméricas: formadas por dos cadenas polipeptídicas diferentes, dos subunidades A y B. Cada una tiene una función y están unidas por puentes disulfuro. A este grupo pertenece la ricina.

2. SÍNTESIS

La ricina y la toxina RCA se sintetizan en las células del endosperma de las semillas maduras y se almacenan en una vacuola. Cuando la semilla germina, las toxinas son destruidas en unos pocos días por hidrólisis. 

La síntesis comienza con un prepropolipéptido que contiene las dos cadenas A y B. La secuencia señal de la terminación NH2 del péptido se fija al receptor del canal de retículo endoplásmico donde es removida. Seguidamente se empieza a sintetizar la proricina. A medida que el polipéptido elonga en el lumen del retículo endoplásmico, las enzimas isomerasas catalizan la formación de puentes disulfuro mientras que la proteína se pliega. La proricina sufre otras modificaciones en el complejo de Golgi y finalmente es transportada dentro de las vesículas. La ricina no es activa hasta que es modificada por endopeptidasas que dejan sólo las cadenas A y B unidas por un puente disulfuro. De esta forma, la planta evita que la ricina envenene sus propios ribosomas en el caso de que alguna molécula de proricina pasase accidentalmente al citoplasma.

Dado que la acción es catalítica, una única molécula de ricina puede inactivar cientos de ribosomas, acabando por matar a la célula. 

3. ESTRUCTURA

• Subunidad A: cadena de 267 aminoácidos con abundantes α-hélices y láminas β. Es la inhibidora de la actividad de ribosomas propiamente dicha, ya que es una N-glicosidasa capaz de hidrolizar los enlaces que hay entre las bases nitrogenadas y la ribosa. Rompe el enlace N-glucosídico de una adenina de la cadena de rRNA 28S en una secuencia específica GAGA de la subunidad mayor de los ribosomas. La ruptura de este enlace supone una depurinización (pérdida de purinas) y una pérdida de funcionalidad del ribosoma (detiene la síntesis de proteínas en eucariotas).
• Subunidad B: 262 aminoácidos que actúan como una lectina (un tipo de proteína que reconocen restos de azúcares de la superficie de células) y tiene afinidad por residuos de galactosa de la superficie celular. Su función es reconocer las superficies celulares y facilitar la entrada de la subunidad A en la célula. Es una cadena polipeptídica sin estructuras secundarias regulares (random coil).

Ambas interaccionan por medio de sus restos glicosilados con receptores de manosa de la célula diana. 

4. APLICACIONES TERAPÉUTICAS

• Inmunotoxinas: la ricina es utilizada para atacar las células cancerosas debido a su acción catalítica (“bala mágica”). Para ello, se debe conjugar la subunidad A con anticuerpos o con factores de crecimiento con afinidad específica por la célula diana. In vitro es utilizada para los trasplantes de médula ósea: se utilizan inmunotoxina de la subunidad A para destruir linfocitos T de la médula ósea de donantes histocompatibles.

Por otra parte, in vivo el problema el acceso de la inmunotoxina de la ricina es limitado cuando el tumor es sólido. Este tratamiento continúa en la fase de investigación debido a problemas como falta de especificidad de la inmunotoxina, la heterogeneidad de las células tumorales y los efectos secundarios. Por ejemplo, uno de los efectos secundarios más importantes observados en pacientes tratados con inmunotoxinas es el síndrome de fugas vasculares, en el que los fluidos salen de los vasos sanguíneos produciendo edema e hipoalbuminemia.

• Extirpación o Ablación Toxigénica: los toxigenes son fusiones de ADN en las que el ADN que codifica una potente toxina (por ejemplo, la ricina) se encuentra bajo el control transcripcional de un determinado promotor de un tejido. Cuando se expresa intracelularmente, el producto del toxigen provoca la muerte de la célula. La introducción de un toxigen en una planta o animal transgénico provoca una extirpación o ablación celular específica que puede ser utilizada para estudiar o generar modelos de animales transgénicos con enfermedades degenerativas.
• Transporte suicida: la inyección de ricina en el nervio vago provoca la destrucción selectiva de neuronas. Gracias a la gran afinidad de la ricina por la N-acetilgalactosamina, esta es utilizada con diferentes lectinas con diferente afinidad por otros tipos de glicosilación. Cuando se observa la muerte de la neurona después de la inyección de ricina, la neurona muerta, tiene restos de N-acetilgalactosamina en su membrana. El transporte suicida se utiliza para estudiar neuronas periféricas sensoriales y motoras adultas sensibles a la ricina. 

El transporte suicida se ha utilizado en:

• mapeo anatómico de las neuronas
• creación de modelos de enfermedades neuronales degenerativas
• estudios sobre lesiones y reparación de las misma en nervios periféricos

5. USO COMO AGENTE EN ARMAS QUÍMICAS/BIOLÓGICAS

La realidad es que la ricina no es considerada muy poderosa en comparación con otros agentes, tales como toxina botulínica o anthrax. Esto se debe a que la ricina es fácil de producir, pero no es práctica o probable de causar tantas muertes como las mencionadas anteriormente. La ricina es inactivada (cambia de estructura y se convierte en menos efectiva) mucho más fácilmente que las esporas del ántrax, las cuales pueden seguir siendo letales durante décadas. El principal motivo de su uso como arma se debe a que no existe un antídoto específico y que es muy fácil de obtener (el ricino es una planta ornamental común y puede crecer en casa sin ningún cuidado especial). 

6. ¿CUÁLES SON LAS DIFERENTES MANERAS DE PREPARAR LA RICINA? 

Dependiendo de la preparación, la toxicidad de la ricina varía ampliamente. El preparado crudo no incluye ningún procesamiento. Para obtener una preparación en crudo no es necesario ningún procesamiento, basta con aplastar la semilla de ricino. 

El producto concentrado sí se considera una amenaza solo para aquellas personas que lo manipulen sin mantener las medidas de precaución necesarias.En general,  NO representa una amenaza inminente para la población en su conjunto. El producto muy refinado es la preparación más procesada y letal de la toxina ricina; este es muy raro ya que requiere de mano de obra y tecnología intensiva para su creación. Además son necesarias muchas semillas para obtener este producto, por lo que es improbable que alguien pueda hacerlo sin llamar la atención de las autoridades. 

7. ACEITE DE RICINO 

El aceite de ricino se utiliza para fabricar plásticos, lacas, pinturas, lubricantes y cosméticos (como alargar las pestañas). Se trata de un triglicérido con alto contenido de ácido ricinoleico. Para su preparación se requieren condiciones de humildad y acidez específicas.

Antiguamente se utilizaba como combustible o como añadido a la gasolina. Actualmente se utiliza como lubricante (20 % aceite de ricino, 80 % gasolina) para ciertos motores.

El aceite de ricino cuenta con una particularidad: «inestabilidad térmica», por la que, a determinada temperatura crítica comienza un mecanismo que confiere la lubricación característica del aceite de ricino, permitiéndole lubricar a temperaturas a las que los aceites sintéticos lo harían de manera deficiente. 

El aceite de ricino se polimeriza rápidamente al ser expuesto a alta temperatura, formando ésteres de peso molecular creciente. Es decir, a medida que la temperatura aumenta, su propiedad de lubricación aumenta.

Otra de las propiedades destacadas del aceite de ricino es su alta polaridad, lo que le confiere gran afinidad a las superficies metálicas. 

PROCESAMIENTO

Las semillas maduras se dejan secar antes de abrilas para liberar las semillas. Estas se limpian, cocinan y secan antes de la extracción. La cocción se realiza con el objetivo de coagular la proteína (necesaria para permitir la extracción eficiente) y liberar el aceite en un prensado eficiente.

El prensado previo es el primer paso en el procesamiento y es llevado a cabo por una prensa de tornillo a una alta presión continua (expulsor de aceite). El aceite extraído se filtra, y el material extraído del aceite se vuelve a introducir en la máquina junto con material fresco. El material finalmente descargado de la prensa, se llama torta y contiene hasta un 10% de aceite. Este se tritura hasta obtener una harina gruesa, y se somete a extracción con disolventes como el hexano o el heptano. Una vez que el aceite ha sido extraído de la semilla, es necesario eliminar las impurezas. El aceite es esencialmente un triglicérido puro y contiene casi el 90% de tricinoleate glicerilo. El triglicérido ricinoleico es necesario para producir aceite de ricino alta calidad.

La semilla de ricino contiene entre un 40% y 60% de aceite que es rico en triglicéridos, principalmente ricinolein. Las semillas se cultivan bien comercialmente en las plantaciones, o bien se cosechan en las plantas silvestres. 

8. BIBLIOGRAFÍA

• https://www.quimica.es/enciclopedia/Ricina.html

• https://www.iqb.es/monografia/toxinas/ricina.htm

• https://es.wikipedia.org/wiki/Aceite_de_ricino

• http://www.refinaciondeaceites.com/procesamiento-de-aceite-de-ricino.html 

• Libro Toxinología clínica, alimentaria y ambiental De Miguel Andrés Capó Martí

Blog escrito por Itzea García Muguruza y Lucía Gozalo Íñigo, 3º Biología Sanitaria

Nuestras emociones son el resultado de respuestas químicas evolucionadas. Por mucho que a veces no les demos la importancia que merecen, y nos guiemos más por el cerebro que por el corazón, los sentimientos son tan químicos y complejos como nuestros pensamientos.

De hecho, es necesario la presencia de un sistema nervioso y, más específicamente de una notocorda, para poder sentir amor. El amor romántico en humanos puede ser una forma desarrollada de un sistema general de cortejo de los mamíferos. (Burunat, 2016).

Hace tiempo ya que diversos investigadores empezaron a interesarse en las vías químicas y las moléculas implicadas en los procesos de amor y desamor, buscando explicar desde un punto de vista científico por qué estas sensaciones son tan poderosas. 

ENAMÓRATE PASO A PASO

Podemos distinguir tres etapas en el enamoramiento, en las cuales se descargan distintas sustancias en el cerebro que explican cada fase del proceso:

1. ETAPA DE DESEO

En esta etapa el objetivo es buscar una unión sexual.

Helen Fischer, doctora en antropología de la universidad de Rutgers, EEUU, defiende que la reproducción está dirigida por el impulso sexual que nos motiva a buscar pareja; la atracción que especifica la pareja elegida; y el apego que fomenta la permanencia en pareja hasta que finaliza la crianza (Burunat, 2016). 

La búsqueda de pareja no es un proceso aleatorio. Varios estudios demuestran que nos sentimos atraídos por el olor de las personas con un sistema inmunitario distinto al nuestro. Esto sería un mecanismo evolutivo para evitar la consanguinidad y los problemas que acarrea en caso de que haya descendencia. (La Química Del Amor: No Eres Tú, Son Mis Neurotransmisores – ZS España, 2022). 

En esta etapa destacan los estrógenos y andrógenos, que modulan la actividad de la dopamina contribuyendo al enamoramiento por atracción física. La testosterona es responsable de los puntos máximos de libido a lo largo de la vida: en los hombres, la testosterona alcanza sus niveles máximos alrededor de los veinte años, mientras que en mujeres, se da en torno a los días de ovulación. 

Además, se ha demostrado que los hombres con mayores niveles de testosterona son menos propensos a casarse y tienen mayor tendencia a divorciarse. (Neurobiología Del Amor, 2009).

2. ETAPA PASIONAL O DE AMOR ROMÁNTICO

El inicio de un proceso de enamoramiento se caracteriza por sentimientos de alegría e ilusión junto con la idealización de la persona amada.

Dopamina

Sus niveles aumentan cuando se consume alguna droga y durante el enamoramiento (se considera la droga del amor), por lo que la presencia de esa persona te proporciona más energía, alegría, motivación, concentración y el sentimiento de que nada malo puede ocurrir.  

Los receptores de dopamina se encuentran fundamentalmente en el núcleo caudado del cerebro y su interacción con dicha hormona proporciona energía y motivación, por eso en situaciones de enamoramiento nos volvemos intrépidos y corremos más riesgos.

El núcleo caudado contiene regiones que están conectadas con el sistema límbico (“cerebro emocional”), que regula el estado de ánimo y envía señales a las áreas motoras del cerebro y a regiones productoras de dopamina. Este núcleo forma parte del sistema de recompensa del cerebro, donde participa el neurotransmisor dopamina, implicado en la sensación de placer y felicidad. Cuando una persona está enamorada, libera grandes concentraciones de dopamina, se activa el sistema límbico y se inhibe la corteza prefrontal que se encarga del razonamiento. El resultado es que al enamorarnos nos volvemos más sentimentales e ilógicos. (Calixto, 2017). 

Dicha implicación de la dopamina en los sistemas de recompensa hace que, tras la ruptura, se puedan producir efectos similares a los que se experimentan al dejar una droga (Burán et al., 2015). Es posible desarrollar conductas depresivas y/o obsesivas, o incluso llegar a experimentar lo que se conoce como “Síndrome de Abstinencia Emocional”, un malestar caracterizado por sentimientos de dolor, angustia y tristeza y que puede  acarrear no solo síntomas psicológicos sino físicos (es común experimentar náuseas, opresión en el pecho y dolores de cabeza). Este síndrome es especialmente acusado cuando se rompe una relación tóxica o se ha producido una infidelidad (Torres et al., 2022).  

Si el estado químicamente alterado inducido por el amor romántico es equiparable a un trastorno mental o a la euforia inducida por las drogas, una exposición demasiado prolongada a la pasión amorosa podría producir daños psicológicos.

Serotonina

Es la hormona asociada al bienestar. Sus niveles disminuyen en el enamoramiento, provocando un perfil químico similar al de diversas patologías psiquiátricas como el trastorno obsesivo-compulsivo (TOC) o la depresión. 

Se han realizado estudios que demuestran que tanto los enamorados como las personas que sufren TOC presentan un 40% menos de concentración de serotonina en sangre. El uso de antidepresivos como el Prozac (muy común en tratamiento del TOC) que es un inhibidor selectivo de la recaptación de serotonina, puede dificultar el mantenimiento de la pasión y socavar la capacidad de enamorarse (Slater & Rodríguez, 2022). 

Feniletilamina

Aumenta los niveles de felicidad, vértigo y placer durante los momentos íntimos. Se ha visto que su déficit está relacionado con el TDAH (trastorno por déficit de atención con hiperactividad) y su exceso con la esquizofrenia (La Química De Las Emociones Y Los Sentimientos, 2017). 

Noradrenalina

Se libera en situaciones de estrés, pero también en el enamoramiento provocando que te suden y tiemblen las manos, que se dilaten las pupilas y que aumente el peristaltismo (de ahí las “mariposas en el estómago”). Sus niveles bajan tras la ruptura, ocasionando pasividad y falta de energía para realizar actividades cotidianas (Burán et al., 2015).

Endorfinas

Producen la falta de sensación de dolor o sufrimiento, aceleran el organismo y suministran energía por lo que es común que sientas que la persona amada “te quita el sueño”. Se considera que también ayudan a estabilizar la sensación de estar enamorado (Slater & Rodríguez, 2022).  

3. ETAPA DE VÍNCULO-COMPROMISO-ESTABILIDAD

En esta fase ya más estable, la relación deja de verse tan perfecta y surgen los problemas. Muchas relaciones se rompen llegado este punto, y las parejas que la superan desarrollan sensaciones de apego y compromiso.

Oxitocina

Provoca apego (sensación de amor y protección) y se libera con el contacto físico (sobre todo durante el orgasmo, pero también en los abrazos, besos etc) ya que ayuda a forjar lazos permanentes con nuestra pareja. De la misma manera, se libera en el nacimiento y amamantamiento de un bebé, contribuyendo a crear el vínculo materno-filial. 

Los niveles de oxitocina se mantienen estables en relaciones largas, y sus niveles decaen en las rupturas y en los sentimientos de celos (al mismo tiempo, aumentan los niveles de cortisol haciéndonos sentir miedo, pánico y ansiedad). (La Química Del Amor: No Eres Tú, Son Mis Neurotransmisores – ZS España, 2022).

Recientemente se ha estudiado que el bloqueo de los receptores de oxitocina en animales podría relacionarse con la incapacidad de establecer vínculos monógamos (Slater & Rodríguez, 2022). 

Otros experimentos importantes relacionados con esta hormona proponen que el autismo, un trastorno caracterizado por una profunda incapacidad de establecer y mantener conexiones sociales, podría explicarse por una deficiencia de oxitocina o una alteración en sus receptores, aunque no todos los pacientes de autismo presentan esta condición. 

Se han hecho experimentos administrando oxitocina a personas autistas con bajos niveles de  este neurotransmisor y se han observado mejoras en sus habilidades sociales. (Cachafeiro-Espino & Vale-Martínez, 2015). 

EL AMOR NO DURA PARA SIEMPRE

Referencias

Burán, M. A., Torres, A., Castillero, O., Ruiz, L., & Corbin, J. A. (2015, May 26). La química del amor: una droga muy potente. Psicología y Mente. Retrieved January 7, 2023.

Burunat, E. (2016). Amor: Inicio y fin en el cerebro. RIDPSICLO.

Cachafeiro-Espino, C., & Vale-Martínez, A. M. (2015). La oxitocina en el tratamiento de los déficits sociales asociados a los trastornos del espectro autista. Revista de Neurobiología, 61(9), 421-428.

Calixto, E. (2017). Un clavado a tu cerebro / Take a Dive Into Your Brain. PRH Grupo Editorial.

La química del amor: no eres tú, son mis neurotransmisores – ZS España. (2022, February 14). Zschimmer & Schwarz. Retrieved January 7, 2023.

La química de las Emociones y los Sentimientos. (2017). La Merced y San Francisco Javier. Retrieved January 7, 2023.

Neurobiología del amor. (2009, December 17). Medigraphic. Retrieved January 7, 2023.

Slater, L., & Rodríguez, H. (2022, February 13). La química del amor en el cerebro. National Geographic. Retrieved January 7, 2023.

Torres, A., Rovira, I., Montagud, N., Carrillo, A., Ruiz, L., Zanón, I., & Ares, J. (2022, September 4). Síndrome de abstinencia emocional: qué es y cómo superarlo. Psicología y Mente. Retrieved January 7, 2023.

Blog escrito por Daniel Lozano Mínguez y Patricia Lomba Hernández, alumnos de Biología Molecular de 3º de Biología Sanitaria, Universidad de Alcalá de Henares.

INTRODUCCIÓN: ACONDROPLASIA

¿Alguna vez te has preguntado a qué se debe la apariencia de Tyrion Lannister en Juego de Tronos, lo que le brinda su mote de “medio-hombre”? La realidad es que tanto el personaje como el actor que lo interpreta (Peter Dinklage) padecen una enfermedad conocida como acondroplasia, una forma del coloquialmente llamado “enanismo”.

La acondroplasia es un trastorno genético que afecta al crecimiento óseo, es de herencia autosómica dominante. Este trastorno es causado por una mutación en un gen relacionado con el factor de crecimiento del fibroblasto, afectando la osificación endocondral. Clínicamente, se aprecia una talla baja con desproporción anatómica, macrocefalia, acortamiento de extremidades y deformidades esqueléticas [1]. Además, la acondroplasia es la causa más frecuente de enanismo, siendo responsable de un 70% de los casos [2].

QUÉ OCURRE EN LOS GENES

La acondroplasia es debida a la mutación G380R, que afecta al gen FGFR3 (factor de crecimiento fibroblástico)[5] con locus 4p16.3, que codifica una proteína llamada receptor 3 del factor de crecimiento de los fibroblastos. Sobre esta proteína actúa un factor de crecimiento responsable del alargamiento de los huesos. Cuando el factor de crecimiento no puede actuar correctamente por la ausencia de su receptor, el crecimiento de los huesos en el cartílago de la placa de crecimiento se hace más lento [3].

Los cuatro receptores de FGFs (FGFRs1-4) pertenecen a la familia de receptores de tirosina quinasa. Tienen una afinidad variable por los factores de crecimiento de los fibroblastos (FGF). Los factores se localizan en el exterior de la membrana y c. El transcrito de este gen contiene un marco de lectura abierto (ORF) de 2520 nucleótidos con 19 exones y 18 intrones [7]. La proteína codificada tiene 3 dominios:

1. Dominio extracelular de unión a los FGFs, con tres subdominios glicosilados de Ig
2. Dominio transmembrana hidrofóbico
3. Dominio catalítico intracelular con actividad tirosina quinasa

Cuando se une el ligando, se activa el receptor y se dimeriza, produciendo un cambio de conformación que activa el dominio catalítico. Así, se autofosforilan los residuos de tirosina presentes. Estos residuos fosforilados activan la cascada de proteínas quinasas asociadas a microtúbulos (MAP), lo que da lugar a la activación de diferentes factores de transcripción intranucleares. Una mutación en este dominio catalítico es, en la mayoría de los casos, la causa de la acondroplasia. [7]

En un estudio que contaba con 20 pacientes con acondroplasia, se vio que 19 de ellos habían sido casos de mutaciones nuevas y 1 era hereditario. En el 95% de los casos, la mutación era por un cambio de guanina por adenina en el nucleótido 1138 (codón 380)[5], mientras que el 5% restante se correspondía con una transgresión de guanina por citosina en ese mismo nucleótido. Las dos provocan un cambio en el primer nucleótido, haciendo que el codón GGG, que normalmente codifica para glicina, codifique para otro aminoácido, arginina en ambos casos [4].

Este nucleótido se considera el más sensible para la mutación en todo el genoma humano. Esto se da sobre todo en casos en los que el padre es mayor, lo que sugiere que el alelo mutado es de origen paterno. Otras mutaciones en este nucleótido se relacionan con varias enfermedades esqueléticas, como queratosis seborreica, nevus epidémicos y carcinomas uroteliales [7].

CLÍNICA

Los efectos clínicos que esto supone sobre el paciente consisten en una estatura por debajo de lo común, siendo la media en adultos de 131 ± 5,6 cm para los hombres y de  124 ± 5,9 cm para las mujeres. Incluyen además rasgos faciales característicos con una cabeza grande, frente prominente, cara pequeña, puente nasal plano, paso nasal estrecho y mandíbulas prominentes. Sin embargo, su actividad neurológica es normal y pueden llevar a cabo vidas corrientes y productivas. [7]  

En la infancia suele darse hipotonía, lo que da lugar a un retraso en el desarrollo de algunas funciones básicas como caminar o el habla. Otra particularidad es que sus extremidades, especialmente las superiores, están acortadas con respecto al tamaño medio. Por otro lado, los dedos de las manos se encuentran engrosados en la base y tienen la misma longitud, adoptando una forma denominada mano en tridente. [7]

HERENCIA

La acondroplasia se puede heredar como un rasgo autosómico dominante. Esto significa que, si un niño recibe el gen defectuoso de uno de los padres, presentará el trastorno. Si uno de los padres padece acondroplasia, el bebé tiene un 50% de probabilidad de heredar el trastorno. Si ambos padres tienen la enfermedad, las probabilidades de que el bebé resulte afectado aumentan al 75%. Sin embargo, la mayoría de los casos (aproximadamente 80%) aparecen como mutaciones espontáneas. Esto quiere decir que dos progenitores que no tengan acondroplasia pueden engendrar un bebé con la afección,  como es el caso de Tyrion Lannister. [6]

También puede darse el caso de que dos padres que padecen acondroplasia tengan un hijo que no presente la enfermedad. Esto ocurre tan solo en un 25% de los casos al recibir el alelo no mutado por parte de la madre (50%) y el alelo no mutado por parte del padre (50%) → 0,5 x 0,5 = 0,25. Un ejemplo de esto es el famoso influencer estadounidense Peet Montzingo, cuyos padres y hermanos presentan la enfermedad, pero él no. Este, en sus redes sociales, sube contenido sobre su curiosa vida diaria junto a su familia. Además, ha publicado un libro titulado “Little imperfections” en el que cuenta su experiencia personal creciendo como la única persona alta en una familia de personas pequeñas.

DATO CURIOSO

Un claro ejemplo de acondroplasia lo podemos ver en el famoso cuadro de Las Meninas, de Velázquez. En este, se aprecia claramente que María Bárbola (o Maribárbola, la chica de la derecha) padecía de acondroplasia. Esta era una de los 40 enanos y bufones de la corte, y parece que Velázquez tenía una relación especial de amistad con ella. Justo delante de Maribárbola aparece Nicolasito Pertusato, un italiano que padecía esta misma enfermedad. Cuando se pintó el cuadro, este tenía unos 15 o 16 años, sin embargo, aparenta tener 8 o 9. [8]

BIBLIOGRAFÍA

1. Hernández-Motiño, L. C., Sujey Brizuela, Y., Vizcarra, V., Cruz Revilla, R., Jamaica Balderas, L., & Karam Bechara, J. (2012). Acondroplasia-estenosis del canal medular-una complicación neurológica. Boletín médico del Hospital Infantil de México, 69(1), 46-49.
2. Arregui, S. F. (2009). El estigma social del enanismo óseo consecuencias y estrategias de afrontamiento (Doctoral dissertation, Tese (Doctorado em Psicologia Social), Departamento de Psicología Social y de las Organizaciones, Facultad de Psicología, Madrid, ESP).
3. Guas, H. R., Labore, M. D., & Arguello, M. J. (2011). El mosaicismo germinal como posible mecanismo etiológico de la Acondroplasia y el síndrome Saethre-Chotzen. Presentación de dos familias. Revista Cubana de Genética Comunitaria, 5(3), 139-144.
4. Castro, Á., Gutiérrez, A., Rodríguez, L. F., Tatiana, P., Velasco, H., Arteaga, C., … & Giraldo, A. (2010). Análisis mutacional de la acondroplasia en 20 pacientes colombianos. Revista de la Facultad de Medicina, 58(3), 185-190.
5. Román, A. P. (2009). Displasias óseas. El residente, 4(1), 5-9.
6. Legare, J. M. (1998). Achondroplasia. In M. P. Adam (Eds.) et. al., GeneReviews®. University of Washington, Seattle.
7. Richette, P., Bardin, T., & Stheneur, C. (2008). Achondroplasia: from genotype to phenotype. Joint bone spine, 75(2), 125–130. https://doi.org/10.1016/j.jbspin.2007.06.007
8. Buroni, J., & Buroni, M. (2016). Las patologías que plasmó Velázquez en “Las Meninas”. Alm Med Cult.[Internet], 42-53.

Por Verónica Barea Ullate & Alba Gómez de Grado, 3º Biología Sanitaria, Universidad Alcalá de Henares

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Todo el mundo conoce los alimentos que se deben o no comer, cuando se sufre de una enfermedad, pero… ¿se podría personalizar la dieta antes de que la enfermedad aparezca? Esto es de lo que trata un concepto novedoso que se esconde bajo el nombre de nutrigenómica y nutrigenética. Por ejemplo, un estado inadecuado de la vitamina D, predispone a un montón de enfermedades, por lo que atajar e impedir esto, además de mejorar la salud personal, supondría un avance en la atención médica con grandes ahorros.

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NUTRIGENÓMICA Y NUTRIGENÉTICA

La nutrigenómica se desarrolló hace unos 15 años, es un área de investigación que necesita la completa secuenciación del genoma humano. Su objetivo es describir, conocer y construir las interacciones entre los elementos de la dieta y el genoma, es decir, entender como las moléculas de la dieta interaccionan con el epigenoma y con la expresión de cada gen; para así poder desarrollar estrategias en alimentación, que permitan alcanzar, lo que todo el mundo quiere, un envejecimiento saludable y sin enfermedades.

Esto es posible debido a que la dieta humana es un conjunto de moléculas biológicamente activas, las cuales: pueden tener un efecto directo sobre la expresión génica, pueden modular después de ser metabolizadas, la actividad de un factor de transcripción; o pueden actuar de manera positiva sobre una cascada de transducción de señales que finaliza con la activación de un factor de transcripción. [1] Gracias a esta disciplina e incluyendo aspectos del estilo de vida de cada persona, se pueden sugerir dietas adaptadas, denominadas nutrición personalizada que posibiliten una intervención terapéutica temprana para impedir la aparición de enfermedades.

La nutrigenómica, se encuentra aún en estudio, pero la secuenciación del genoma permitió obtener datos de polimorfismos de nucleótido único (SNP). Estos polimorfismos, son las variaciones más comunes en el genoma de los individuos, aparecen distribuidas por el DNA y en estas solo se altera una base (por ejemplo, una guanina se intercambia por una citosina).  Detectarlos aumenta la capacidad de generar recomendaciones dietéticas personalizadas, debido a que los SNP intervienen en la expresión de los genes responsables del metabolismo de algunos nutrientes. Por tanto, las estrategias dietéticas personales son basadas en la variabilidad genética de un individuo en múltiples SNP. Esto se conoce como nutrigenética.

Los requisitos nutricionales clave que van dirigidos al conjunto de la población, sin distinciones, son conocidos, y estos han tenido y tienen efecto sobre la prevención de la desnutrición y de enfermedades relacionadas con deficiencia o exceso de nutrientes; pero cada individuo requiere de unos propios adaptados a su biología personal ya que las personas tienen diferentes necesidades. Esto es lo que impulsa la nutrigenómica y nutrigenética.

Comprender mejor la respuesta de un individuo a nutrientes específicos podría ayudar a los profesionales de la salud a ofrecer recomendaciones nutricionales más precisas y efectivas. Por tanto, el desafío es identificar los SNP que afectan las interacciones entre la dieta y los genes, e identificar a aquellos individuos y poblaciones que probablemente respondan a intervenciones dietéticas específicas. Conocer los SNP se realiza a través de la prueba genética conocida como micromatriz de ADN (o «chip SNP») que consta de sondas, las cuales pueden detectar rápidamente genotipos en cientos de miles de SNP en todo el genoma. [2]

Sabiendo todo esto, aún parece imposible que la variación en genes individuales pueda informar de la mejor o dieta más recomendable para cada individuo, y que, con esa dieta, se pueda alcanzar la salud óptima; pero diversos estudios, además de la historia evolutiva de los humanos modernos, respaldan que los cambios en la dieta son clínicamente significativos. Esto es debido a que, a pesar de ser fenotípicamente diversos, los humanos son genéticamente en su mayoría iguales, dos individuos difieren en <1% de sus genomas y estas diferencias, principalmente, se deben a los SNP. [2]

Aun así, no todo es tan fácil, el principal problema ante el que se encuentra la nutrigenómica es la comunicación al individuo de que tiene, por ejemplo, un genotipo indeseable (FTO) que puede resultar en un mayor peso corporal, ya que el individuo, sabiéndolo, es posible que no pruebe un plan de pérdida de peso. A pesar de esto, la gran capacidad de obtener beneficio de la reciente disciplina, la convierte en un área de estudio muy atractiva y prometedora.

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NUTRIGENÉTICA VITAMINA D

No son muchos los ámbitos o rutas que se han estudiado en nutrigenómica-nutrigenética, uno de ellos y el de más importancia hoy en día es el papel de la vitamina D frente a enfermedades. La vitamina D, es un micronutriente necesario para una salud óptima. Esta vitamina se encuentra en escasos alimentos, la principal fuente son pescados grasos y huevos de gallinas. En estos, se encuentra en forma de colecalciferol (vitamina D3) o ergocalciferol (vitamina D2). Además, la vitamina D3 se puede sintetizar en la piel humana, por una isomerización térmica tras la exposición de un precursor (7-dehidrocolesterol) a la luz ultravioleta del sol [3], por tanto, la vitamina, tiene una doble capacidad de síntesis.

Al pasar D3 a sangre, se asocia con la proteína transportadora de vitamina D (DBP) para ir al hígado donde se produce el metabolito 25-hidroxicolecalciferol (25-hidroxivitamina D3), y es este el que viaja al resto de órganos. [4] Para conseguir la vitamina activa, se necesita una hidroxilación adicional, la cual se realiza en otras zonas, principalmente riñón, dando lugar al calcitriol. [5] Esta es la que realiza la función en la célula; participa en la expresión de muchos genes y mantiene la concentración de calcio, lo cual es vital debido a que el calcio es esencial para diversos procesos tanto celulares como metabólicos.

Dada su importancia, una insuficiencia severa de vitamina D, provoca una multitud de enfermedades, en su mayoría evitables por suplemento con vitamina D. Entre ellas se encuentran enfermedades óseas bien conocidas como la osteoporosis, enfermedades autoinmunes, muchos tipos de cáncer diferentes y algunas enfermedades cardiovasculares como la hipertensión. [6]

Se ha comentado el papel de la proteína DBP, es importante para el estudio de la nutrigenómica y nutrigenética de la vitamina D, ya que es en ella, donde pueden aparecer los polimorfismos que predisponen a las personas para deficiencia vitamínica, y esta a su vez para enfermedades.

El principal gen implicado es el gen VDPB, el cual, codifica para la proteína de unión de la vitamina D y esta asociado a una concentración anormal de 25-Hidroxivitamina D. [7] Esta concentración anormal deriva de dos polimorfismos que se pueden presentar en dicho gen, el rs4588 y rs7041,localizados en el exón 11, diferenciándose en que el rs7041 produce una sustitución del ácido glutámico por el aspártico en la posición 432, mientras que en el rs4588 es la lisina la que cambia por treonina en la posición 436. [8] Se trata de una mutación no sinónima, a través de un polimorfismo de una base, se obtiene otro aminoácido.

Ambos SNP, juntos, van a definir distintos halotipos habiendo el FCP, CG2, CG1S Y GC1F. Un halotipo es una combinación de alelos de diferentes loci que son transmitidos juntos. Estos halotipos, son los que van a predisponer a las personas a una deficiencia de vitamina D. Encontraron que el genotipo rs4588 A/A y el diplotipo GC2/GC2 están relacionados con bajos niveles de 25-Hidroxivitamina D en el nacimiento; las anteriores variantes y el genotipo rs7041 G/G se concluyo que respondían menos a la suplementación con vitamina D. Por lo que, lo más probable es que los portadores de GC2 y en especial los homocigotos GC2, tengan que tener una vigilancia y control sobre las concentraciones de vitamina D aunque tengan suplementación, beneficiándose de ello. [9] Por tanto, definiendo los SNP, se observa que dependiendo del halotipo que presente cada individuo tendrán un mayor o menor riesgo al defecto de vitamina, y por ello deberán incluir en su dieta niveles de vitamina D mayores al resto de la población.

Otro aspecto de la nutrigenómica de la vitamina D es el índice de respuesta descrito en estudios como el de VitDbol y Vitmel, el cual divide a las personas en tres grupos de repuesta, alta, media y baja. [10] Este índice se basa en el estado genético y epigenético del individuo, determinado por cambios en el transcriptoma de los tejidos que responden a la vitamina D [10], es decir, por cambios en los genes codificados en los ARNs de tejidos que actúan en respuesta a la vitamina. Esto hace que deba haber dosis personalizadas de vitamina D en lugar de recomendaciones generales, para así poder evitar la aparición de enfermedades.

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CONCLUSIONES

La nutrición personalizada, en este caso la suplementación personalizada de vitamina D, contribuirá al mantenimiento del bienestar y la prevención de enfermedades, en los casos nombrados anteriormente. Su importancia recae en que su hipovitaminosis se ha asociado con muchas enfermedades, como trastornos esqueléticos, enfermedades inmunológicas e infecciosas, canceres… por lo que saber los SNP, de los genes ligados a su metabolismo, podría ayudar en un diagnóstico temprano y en una suplementación adecuada para prevenir dichas enfermedades. Entonces, la nutrigenética y nutrigenómica podrían ser el futuro y un avance para la medicina personalizada.

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BIBLIOGRAFÍA

[1] Muller, M.; Kersten, S. Nutrigenómica: Objetivos y estrategias. Nat Rev Genet 2003, 4 , 315–322

[2] Mullins VA, Bresette W, Johnstone L, Hallmark B, Chilton FH. Genomics in Personalized Nutrition: Can You «Eat for Your Genes»? Nutrients. 2020 Oct 13;12(10):3118. doi: 10.3390/nu12103118. PMID: 33065985; PMCID: PMC7599709

[3] Collins E. D., Norman A. W. (2001). Vitamin D, in Handbook of Vitamins, eds Rucker R. B., Suttie J. W., Mccormick D. B., Machlin L. J. (New York, NY: Marcel Dekker Inc.), 51–113 [Google Scholar]

[4] Holick M. F. (2007). Vitamin D deficiency. N. Engl J. Med 357, 266–281 10.1056/NEJMra070553 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

[5] Bouillon R., Lieben L., Mathieu C., Verstuyf A., Carmeliet G. (2013). Vitamin D action: lessons from VDR and Cyp27b1 null mice. Pediatr. Endocrinol. Rev. 10 Suppl. 2, 354–366 [PubMed] [Google Scholar]

[6] Bendik I, Friedel A, Roos FF, Weber P, Eggersdorfer M. Vitamin D: a critical and essential micronutrient for human health. Front Physiol. 2014 Jul 11;5:248. doi: 10.3389/fphys.2014.00248. PMID: 25071593; PMCID: PMC4092358.

[7]  Sepulveda-Villegas, M., Elizondo-Montemayor, L., & Trevino, V. (2020). Identification and analysis of 35 genes associated with vitamin D deficiency: A systematic review to identify genetic variants. The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 196(105516), 105516. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2019.105516

[8]  Rozmus, D., Ciesielska, A., Płomiński, J., Grzybowski, R., Fiedorowicz, E., Kordulewska, N., Savelkoul, H., Kostyra, E., & Cieślińska, A. (2020). Vitamin D binding protein (VDBP) and its gene polymorphisms-the risk of malignant tumors and other diseases. International Journal of Molecular Sciences, 21(21), 7822. https://doi.org/10.3390/ijms21217822

[9] Rozmus, D., Płomiński, J., Augustyn, K., & Cieślińska, A. (2022). Rs7041 and rs4588 polymorphisms in vitamin D binding protein gene (VDBP) and the risk of diseases. International Journal of Molecular Sciences, 23(2), 933. https://doi.org/10.3390/ijms23020933

[10] Carlberg C. (2019). Nutrigenomics of Vitamin D. Nutrients, 11(3), 676. https://doi.org/10.3390/nu11030676

Susana Priego Gutiérrez y Lorena Sánchez Alfonso, 3º de Biología Sanitaria, Universidad de Alcalá (UAH)

1. INTRODUCCIÓN

Cuando se habla de venenos, probablemente, lo primero que se le viene a uno a la cabeza es la palabra muerte; no pensamos en ningún momento que un veneno pueda ser a su vez, sinónimo de vida. Sin embargo, es posible que dentro de unos cuantos años, los venenos se relacionen con esta segunda palabra.

Existe la posibilidad de que en ellos se encuentre la clave para la cura de distintas enfermedades, entre ellas, una que está muy presente en nuestro día a día, el cáncer. Esta entrada contiene las razones por las cuales el veneno de Rhodapalurus junceus es un potencial anticancerígeno.

2. DESCRIPCIÓN DE RHODAPALURUS JUNCEUS

Antes de hablar del veneno, conviene dedicar parte de esta entrada a este arácnido tan interesante. Rhodapalurus junceus es un escorpión que pertenece a la familia Buthidae y, dentro de esta familia, se incluyen a las especies más peligrosas de escorpiones. Este escorpión es conocido comúnmente con el nombre de “Escorpión azul” o «Alacrán colorado«.

La distribución geográfica de esta especie no es muy amplia, ya que se encuentra solamente en el archipiélago cubano. Sin embargo, dentro de este endemismo no tiene problema en qué tipo de hábitat vivir, ya que pueden habitar desde cualquier tipo de bosque, zonas áridas hasta incluso zonas pantanosas, como ciénagas.

Por otro lado, esta especie tiene la suerte de no figurar en el menú de muchas otras, solo algún sapo o alguna serpiente concreta disfrutan de este escorpión como manjar. Además, se conocen casos de canibalismo; de hecho, se cree que su mayor depredador es otro individuo de su misma especie.

Existen diferencias genómicas entre poblaciones de escorpiones de esta especie; pudiendo encontrar diferentes patrones cromáticos: amarillos, colorados y negros. Debido a este último fenotipo es por lo que se le conoce con el nombre de «Escorpión azul».

Estas variaciones en su material genético no solo están directamente relacionadas con su apariencia, sino que también afectan a los péptidos que forman parte del veneno. Existen diferencias intraespecíficas entre los péptidos del veneno de escorpiones de la misma especie. Podríamos pensar que, al ser la misma especie, la composición del veneno debería ser la misma. Sin embargo, este hecho no es nada raro en la naturaleza, basta con observarnos a nosotros mismos, los humanos. Todos somos la misma especie, pero nadie es exactamente igual a nadie (a excepción de los gemelos claro).

Es muy probable que estas diferencias genéticas sean un factor clave en las propiedades anticancerígenas del veneno, ya que su mecanismo de acción radica en los componentes de este. ¿Se encontrará algún día el escorpión azul cuyo veneno tenga los mejores componentes anticancerígenos? Para descubrirlo, primero hay que saber cuáles son estos componentes y cómo actúan, así que vamos a ello.

3. COMPOSICIÓN DEL VENENO

El veneno de este escorpión es una mezcla de varias sustancias activas y en su forma soluble, se conocen al menos 50 componentes, que incluyen enzimas, péptidos, nucleótidos y otras sustancias desconocidas.

ENZIMAS

Las enzimas son un tipo de proteínas que catalizan distintos tipos de reacciones químicas. Se sabe que estas son un componente fundamental en el veneno de distintos animales.

Una de las enzimas que aparece frecuentemente en los venenos es la PLA₂ o fosfolipasa A2. Esta enzima destruye los fosfolípidos, causando la liberación del ácido araquidónico de las membranas celulares atacadas por el veneno. Uno de los efectos directos de esta liberación es provocar una respuesta inflamatoria y dolorosa. Sin embargo, el veneno soluble del escorpión azul carece de esta actividad PLA₂.

Asimismo, este veneno tampoco posee actividad proteolítica, es decir, no tiene actividad degradadora de proteínas. Las proteínas que forman parte de todos y cada uno de los organismos poseen una función determinada e importante, la ausencia de enzimas proteolíticas tiene como resultado el mantenimiento de estas funciones, ya que las proteínas no van a ser degradadas por la acción del veneno.

Hemos comenzado diciendo qué enzimas NO TIENE el veneno porque la ausencia de estas probablemente esté relacionada con su baja toxicidad, así como con su potencial anticancerígeno.

Sin embargo, sí que se ha identificado una enzima en el veneno de R. junceus, y esta es la hialuronidasa, encargada de destruir el ácido hialurónico. La destrucción del ácido hialurónico tiene como consecuencia una mayor diseminación del veneno por el torrente sanguíneo y también daña el tejido conjuntivo que rodea la zona de la picadura. Pero esta enzima en la picadura tan solo se manifiesta como dolor o molestia local, habones y enrojecimiento no más que la de una abeja.

PÉPTIDOS

Un péptido es una molécula formada por la unión de dos o más aminoácidos, que cumple funciones muy importantes dentro de las células. Por ejemplo, existen hormonas peptídicas, neurotransmisores peptídicos, o incluso, pueden actuar como antibióticos.

En el veneno del escorpión azul se han descrito distintos péptidos, y algunos de ellos son letales para los saltamontes, pero no lo son para los mamíferos. Estos péptidos se clasifican en:

• Péptidos de cadena pequeña (20 a 43 aa), que son normalmente los que bloquean los canales K⁺.
• Péptidos de cadena larga (58 a 76 aa), que modifican los canales de Na⁺.

Algunos de estos péptidos han sido aislados, y tanto su peso molecular como su secuencia de aminoácidos N-terminal, han sido determinados. Sin embargo, otros péptidos todavía no han sido secuenciados. La figura de abajo muestra la secuencia de aminoácidos de cuatro péptidos componentes del veneno. Las letras hacen referencia al aminoácido en concreto, por ejemplo, K es el aminoácido lisina y A es la alanina. Si comparamos la secuencia aminoacídica de estos cuatro péptidos, veremos que apenas hay diferencias entre entre sus aminoácidos.

Se sabe que el péptido que aparece en mayor proporción en el veneno (25% del total), es el péptido de cadena larga RjAa12f, que fue completamente secuenciado. Contiene 64 residuos de aminoácidos y 4 puentes disulfuro, y es similar a las toxinas de otros escorpiones.

Se hipotetiza que el péptido posee una estructura formada por dos hélices alfa y por dos láminas beta.

4. MECANISMO DE ACCIÓN Y USO ANTICANCERÍGENO

CARACTERÍSTICAS DEL CÁNCER

Una neoplasia o tumor es una patología de etiología genética que se caracteriza por la presencia de un tipo de células que tienen un fenotipo diferente al de las células del tejido del que proceden. Las
células tumorales han perdido la regulación de la división celular y escapan de la muerte celular.

Además, en 2011, Douglas Hanahan y Robert A. Weinberg resumieron todas las características del cáncer, y estas pueden ser observadas en la siguiente imagen:

En realidad, todas estas características están interrelacionadas, sin embargo, las que aparecen redondeadas de color rojo son sobre las que va a actuar directamente el veneno del R. junceus. El fundamento del mecanismo de acción de este veneno es la destrucción de las células cancerígenas. Destruye estas células debido a que actúa sobre las vías de transducción que permiten su supervivencia, acabando así con su resistencia a la muerte celular. Además, actúa sobre p53, que es un gen supresor de tumores, y parece ser que también actúa inhibiendo la angiogénesis, reduciendo así la invasión tisular.

MECANISMO DE ACCIÓN DEL VENENO

Es cierto que no se conoce qué compuesto exacto del veneno es el que tiene capacidad antitumoral, pero distintos estudios in vitro han demostrado que el veneno de Rhodapalurus junceus es citotóxico frente a líneas celulares cancerígenas epiteliales (carcinomas y adenocarcinomas). Por el contrario, parece ser que no afecta a cánceres hematopoyéticos ni a las células sanas. In vitro ha demostrado tener un gran potencial anticancerígeno contra carcinomas de útero, de mama o pulmonar, sin dañar a las células sanas, por lo que podría ser buena alternativa a las quimioterapias actuales las cuales tienen gran cantidad de efectos adversos.

La visualización histológica de los tumores estudiados en modelos animales resaltó cómo el veneno de este escorpión inducía necrosis u apoptosis en comparación con el tejido control. 

El mecanismo de acción del veneno del Rhopalurus junceus sobre las células tumorales se resume en:

1. Activación de la vía apoptótica mitocondrial (intrínseca), con el incremento de la expresión de p53 y el incremento del radio bax-BCL-2. 
2. Activación de la vía necrótica, con la disminución de la expresión de p53 y el aumento de BCL-2.
3. El bloqueo de la acción de los canales de Na⁺, K⁺ y Cl^–.
4. Reducción de la expresión de CD31 y Ki-67, que median la neo-angiogénesis. 

Activación de la vía apoptótica mitocondrial:

La apoptosis se define como muerte celular programada. Es decir, nuestras células están destinadas a morirse, no son inmortales. Una de las características más importantes de las células tumorales es que escapan de la apoptosis, y es por eso que se convierten en células inmortales. La apoptosis se encuentra favorecida por genes y proteínas pro-apoptóticas, mientras que se encuentra inhibida por genes y proteínas anti-apoptóticas. Parece ser, que uno de los lugares de acción del veneno del escorpión azul se encuentra sobre la vía intrínseca de la apoptosis, así que vamos a verlo más en detalle.

Cuando se tratan líneas celulares de cáncer de cuello uterino y de mama con el veneno de Rhopalurus junceus, se observa un incremento de la expresión de genes pro-apoptóticos. Se observa un incremento en el mecanismo de acción encargado de la regulación positiva de Bax (gen pro-apoptótico), de p53 y de la caspasa 3, así como la regulación negativa de BCL-2.  

La regulación negativa los genes BCL-2 tiene como resultado la regulación positiva de p53, ya que las proteínas BCL-2 son anti-apoptóticas mientras que p53 favorece la vía mitocondrial de apoptosis, en la que están implicadas proteínas pro-apoptóticas. Estas proteínas están implicadas en vías de transducción que tienen como resultado la liberación del citocromo c y la activación de la cascada de caspasas. La consecuencia final de esta vía es la formación de cuerpos apoptóticos; es decir, la muerte de la célula tumoral.

Activación de la vía necrótica:

La necrosis es otro tipo de muerte celular caracterizada por el hinchamiento celular y la ruptura de las membranas celulares y de los orgánulos.

Se ha observado que en el carcinoma de pulmón tras el tratamiento con el veneno de R. junceus se reduce la expresión de p53 y por el contrario, la expresión de BCL-2 aumenta. Distintos estudios han mostrado que BCL-2 no solo es un mediador de la apoptosis, sino que también lo es de la necrosis programada, por lo tanto, el aumento de BCL-2 activaría la expresión de los genes necróticos así como la vía necrótica en este tipo de cáncer.

Es decir, el veneno es capaz de inducir una vía u otra de muerte celular según el tipo de célula cancerosa que se trate. Esta propiedad no es exclusiva del veneno de R. junceus, sino que se ha observado en distintas especies de escorpiones.

Bloqueo de los canales de Na⁺, K⁺ y Cl-:

Nuestras células poseen canales iónicos, que son proteínas que permiten el paso de iones específicos a través de las membranas celulares.

Se sabe que la interacción de estos canales es fundamental en el proceso de cambio en el volumen y forma de las células tumorales. De hecho, este es el mecanismo de invasión en algunos tumores como el glioma (en el cerebro). Para migrar, las células deben agrandarse y encogerse, deben encogerse porque los espacios intercelulares son muy pequeños.

Para agrandarse, deben conseguir que entre agua en las células. Para ello, deben entrar primero iones de Cl_^–, K⁺ y Na⁺ por canales iónicos, como el cotransportador NKCC1, ya que si aumenta su concentración intracelular, el agua entrará también para igualar el equilibrio osmótico. De esta manera, la célula se agranda.

Para encogerse, deben eliminar agua. Esto se consigue por el aumento del flujo de iones de Cl^– y de K⁺ al exterior celular. Como hay gran cantidad de iones en el exterior, el agua tiende a salir para igualar el equilibrio osmótico, quedando así la célula encogida. Sin embargo, para que estos iones salgan, sus respectivos canales iónicos deben ser activados por Ca²⁺, por lo que existen canales iónicos que introducen Ca²⁺ en el interior celular, incrementando la concentración de este ion y promoviendo la salida de Cl^– y K⁺, y consecuentemente, la salida de agua.

Algunos componentes del veneno, actúan bloqueando los canales de Na⁺, de K⁺ y de Cl^–. Como consecuencia, se produce una reducción en la capacidad de la variación de la forma y el volumen (la célula ya no se hincha porque no entra agua) y, por lo tanto, se produce una disminución de la invasión tisular por parte de las células cancerígenas. 

Reducción de la expresión de CD31 y KI-67:

Los tumores malignos, al crecer, segregan unas sustancias que favorecen la ramificación de los vasos sanguíneos de su alrededor, este proceso es conocido como angiogénesis tumoral.

CD31, también conocida como PECAM-1 o EndoCAM, es un miembro de la superfamilia de genes de las inmunoglobulinas (Ig). La función de esta molécula es de adhesión, es capaz de adherirse a muchos tipos celulares, como plaquetas, células epiteliales, endoteliales, monocitos, linfocitos… CD31 es un marcador altamente específico y sensible para las células endoteliales vasculares y debido a ello, es un marcador de la neo-angiogénesis.

Ki-67 es una proteína nuclear (no histónica) que se expresa en las células durante las fases activas del ciclo celular (G1, S, G2 y M), mientras que está ausente en células en reposo (G0). Ki-67 es un biomarcador del índice de proliferación celular, que se emplea para medir la fracción de crecimiento en las neoplasias malignas. La concentración de Ki-67 se puede expresar en porcentaje, y cuanto mayor sea este, a mayor velocidad crece el tumor en un período de tiempo concreto.

El veneno del escorpión azul llevó a la reducción de la expresión de ki-67 y CD31, y, como resultado, la disminución de la angiogénesis tumoral.

5. CONCLUSIÓN

 En conclusión, el veneno de R. junceus actúa a varios niveles sobre las células tumorales. Asimismo, su mecanismo de acción difiere en función del tipo de cáncer.

El objetivo principal de los investigadores es dar con el escorpión cuyo veneno posea la combinación perfecta para el tratamiento del cáncer: citotóxico para todos los tipos de célula cancerígena; compatible con la viabilidad de las células sanas y con el menor número de efectos secundarios posibles.

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Ki-67: https://enfermera.io/ki-67/

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Venenos, el arma bioquímica. El caso de la avispa esmeralda: https://chemevol.web.uah.es/wp/venenos-el-arma-bioquimica-el-caso-de-la-avispa-esmeralda/

Por Claudia García Lorenzo, Eva García Sánchez y Lucía González Márquez.

3º Biología Sanitaria. Universidad de Alcalá.

INTRODUCCIÓN

¿Te imaginas perder una pierna y que al día siguiente te crezca una nueva? Aunque parezca salido de una película de ciencia ficción, hay animales que pueden regenerar por completo sus extremidades.

Ambystoma mexicanum, comúnmente conocido como ajolote, es un anfibio similar a la salamandra. Etimológicamente hablando, su nombre significa “monstruo del agua” (aunque mucho miedo, no da).

Por lo general viven en canales, aunque en la actualidad sus hábitats naturales están siendo modificados por las actividades humanas. Por ello, es habitual encontrarlos en acuarios y su distribución en tiendas de mascotas¹. 

Todo esto, está favoreciendo su desaparición, lo que supondría una gran pérdida en el mundo de la investigación, pues el ajolote es un animal de especial interés por la capacidad que tiene para regenerar sus tejidos. 

Los urodelos, y en especial el ajolote, son los únicos vertebrados que pueden regenerar estructuras complejas como las extremidades, la cola, el corazón, la piel, e incluso algunas regiones del sistema nervioso, como la médula espinal². 

CICLO DE REGENERACIÓN

La regeneración de tejidos consiste en la reparación de células, tejidos, órganos o partes completas del cuerpo que están dañadas o ausentes para que vuelvan a funcionar completamente. Los vertebrados más complejos (mamíferos) cuentan con funciones regenerativas limitadas siendo la más común la formación de cicatrices en los tejidos para cerrar heridas. 

La regeneración de las extremidades es el proceso que más se ha estudiado en el ajolote, por lo que a lo largo del trabajo nos centraremos en esto³. 

Las extremidades maduras de los ajolotes (y de cualquier otro animal) están formadas por distintos tejidos (entre ellos: epidermis, dermis, tejido óseo, cartilaginoso, muscular…), que deben regenerarse de manera coordinada para que la nueva estructura sea funcional. 

Para ello, se genera una estructura denominada blastema. Inicialmente se pensaba que el blastema estaba formada por un grupo de células homogéneas pluripotentes que se iban diferenciando para formar tejidos concretos. Sin embargo, estudios recientes han determinado que estas células tienen una cierta memoria, y es que cada una originará un tejido concreto en función de su origen⁴. 

El proceso de regeneración cuenta con dos fases²:

1. FASE DE PREPARACIÓN 

El desencadenante del proceso es el corte de la extremidad del ajolote. Tras ello se produce la migración de las células epiteliales hacia la herida para formar el epitelio de la herida, que se irá engrosando con el tiempo, dando lugar al epitelio de regeneración⁵. 

A continuación, se produce una reacción inmune⁶ que va acompañada de la migración y desdiferenciación de los fibroblastos y de las células musculares para generar el blastema que irá aumentando su tamaño progresivamente. Para facilitar la migración de las células es esencial la presencia de nervios.  

2. FASE DE RE-DESARROLLO

El objetivo del ajolote en esta fase es volver a la estructura inicial antes de que se produjera la herida. Para ello, van a expresarse una gran cantidad de genes, entre ellos algunos genes Hox, encargados del control de la región antero-posterior (2). Estos genes van a seguir prácticamente el mismo patrón que siguieron durante el desarrollo del animal.

Las células indiferenciadas del blastema se van a diferenciar en células musculares y cartílago⁷, y poco a poco se irán viendo los dedos hasta que se forme por completo la extremidad. 

EL FACTOR TGF-β

1. ESTRUCTURA DEL FACTOR

Hay muchos factores y proteínas relacionadas con la regeneración tisular, pero en lo que se refiere a la regeneración de extremidades del ajolote, destaca el factor TGF-β (transforming growth factor), una proteína de secreción con 393 aminoácidos que actúa como factor de transcripción regulando positivamente la división celular.  

De los 393 aminoácidos que la conforman, los 23 primeros conforman la secuencia señal de la proteína (permite llevar la proteína a su localización exacta) y por tanto, desde el aminoácido 24 al 393, se encuentra el dominio funcional de la proteína. 

Su estructura, que todavía no se conoce al 100%, tiene estructuras en hélice-α y láminas-β. Cuenta con, al menos, cinco puentes disulfuro, uno de ellos (aminoácido 358), intercatenario⁹. 

2. PAPEL EN LA REGENERACIÓN DE TEJIDOS

El urodelo expresa en sus células dos receptores con actividad serina/treonina quinasa transmembrana, TBR-I y TBR-II. La vía de señalización del TGF-β comienza con su unión al TBR-II, activando la quinasa. Esta va a reclutar y fosforilar a TBR-I para activarla también. Este receptor se va a encargar de propagar la señal en el interior celular, ya que fosforila a los factores de transcripción Smad (siendo los más importantes Smad2, Smad3 y Smad7). Una vez fosforilados, se liberan del receptor para formar un complejo con Smad4. Se transloca al núcleo a través de un poro nuclear e interaccionan con el ADN, regulando la expresión de genes diana al reclutar una serie de co-activadores y co-represores transcripcionales^6,10.

El papel de estos factores (TGF-ꞵ y Smad) está estrictamente limitado a la fase de preparación mencionada en el apartado anterior⁶. Su función no está totalmente estudiada, pero se han utilizado varios ratones knockout y se ha visto que:

Los ratones Smad2 y 4 KO eran letales⁶. Los Smad3 KO eran viables, y en su fenotipo se vieron varias características interesantes. Los ratones eran sanos y relativamente normales, se había amplificado la respuesta de los fibroblastos en la regeneración, y se ha visto una mejora a la hora de la reepitelización de las heridas con menor inflamación y la reducción considerable de la cicatrización^6,10.

A parte de los knockouts, se han realizado ensayos de inmunofluorescencia para visualizar el tipo celular donde se concentran estos factores. Smad2 se observaba tanto en células epiteliales como en las mesenquimáticas¹⁰. En cambio, Smad3 está enriquecida en las células epiteliales cercanas a la herida. También se ha estudiado la activación diferencial, ya que aparece antes fosforilado Smad3 antes que Smad2^11,12

Con todo esto dicho, podemos llegar a varias conclusiones: Smad2 es requerido para la regeneración de las extremidades y Smad3 no. Además, se podría especular que el papel de Smad3 está relacionado con la cicatrización mientras que Smad2 es requerido para pasar a la formación del blastema requerido para continuar con la regeneración¹¹.

Los mamíferos también presentamos estos factores. Entonces, ¿por qué no somos capaces de regenerar un brazo si nos lo cortan? La realidad es que existe evidencia de que los ajolotes son capaces de desdiferenciar por completo las células  cercanas al sitio de amputación y de atenuar sus sistema inmune tras la formación de la herida¹². En cambio, los mamíferos inician una respuesta de reepitelización seguida de la reconstitución de una membrana basal madura, una contracción de la herida y la formación de una densa y estratificada capa de cicatrización¹³. Estas diferencias imposibilitan la regeneración de la extremidad, no se puede formar un blastema que dé lugar a las yemas¹². Todavía sigue en estudio, pero se han barajado varias hipótesis para estas posibles diferencias:

1. Una expresión diferencial de factores en los diferentes estados de desarrollo humano, ya que los urodelos como los ajolotes los presentan a lo largo de toda su vida constitutivamente. Esto se debe a que, en los fetos, se ha visto regeneración sin cicatrización durante el primer trimestre de la gestación¹². Como esto en adultos no ocurre, se podría pensar que los niveles de estos factores disminuyen a medida que el ser humano crece, y por lo tanto también la capacidad de regenerarse.

2. Expresión diferencial de los factores que intervienen en el proceso de regeneración: Es posible que en los mamíferos se fosforilen más los factores Smad3 que los Smad2, lo que daría a un incremento de la cicatrización en comparación con los ajolotes.

3. Diferencias morfológicas: está claro que hay una gran diferencia de tamaño entre un ajolote y un ser humano. Existe la posibilidad que la regeneración de un brazo de un mamífero sea más costoso metabólicamente que la de un ajolote, por lo que al cuerpo le compensa más en lo que se refiere a conservación de energía seguir por la vía de cicatrización que por la de regeneración de la extremidad.

UTILIDADES

La capacidad de regeneración de los ajolotes es un campo abierto de estudio que puede suponer muchos beneficios para los humanos y otros mamíferos, aunque actualmente la investigación referida a este tema está muy limitada y no es específica de los ajolotes. Existen pocos equipos de investigación dedicados al estudio de la medicina regenerativa y los ajolotes, pero se plantean muchas aplicaciones posibles.

Las líneas más importantes de investigación están dirigidas principalmente al tema del cáncer. Se ha observado que los ajolotes tienen una incidencia muy baja en cuanto a aparición de tumores de manera espontánea, así como si son inducidos por agentes cancerígenos (el tumor suele aparecer durante un tiempo largo de exposición y con mayor probabilidad en aquellos ajolotes que son más viejos). Además, en aquellos tejidos implicados en la regeneración, no se ha observado la aparición, tanto espontánea como inducida, de tumores. 

Siguiendo con la línea de investigación del cáncer, se ha estudiado también el papel de la telomerasa en esas células, y, aunque aún no se sabe muy bien cómo actúa, se plantea la posibilidad de que, como hemos mencionado antes, en la fase de re-desarrollo, se vuelve a un estado embrionario para posteriormente dar lugar al nuevo tejido.

También tiene importancia la senescencia celular, es decir, la muerte por acortamiento de telómeros, un proceso normal que limita la vida de las células. En relación a esto se ha visto que los anfibios, sobre todo los urodelos (apenas hay estudios en este tema relacionados con ajolotes), poseen células resistentes a la senescencia, aunque no todas, sino sobre todo en células de las extremidades y en algunos grupos de cardiomiocitos.

Como bien sabemos, el cáncer está muy relacionado con la edad, a mayor edad, mayor probabilidad de padecer cáncer. En el caso de los ajolotes, la capacidad de regeneración está poco limitada por la edad. Se dice que los ajolotes adultos regeneran de manera más lenta los tejidos que los ajolotes más jóvenes, pero esto ocurre porque los ajolotes jóvenes, al ser más pequeños, tienen menor cantidad de tejido que regenerar, por ello tardan menos. Esta propiedad que tienen los ajolotes de no perder capacidad de regeneración puede aplicarse a los humanos para tratar enfermedades asociadas a la edad como el Alzheimer o enfermedades cardíacas, respuestas inmunitarias alteradas, senescencia, etc.

El sistema inmune también se ve afectado con el paso del tiempo, empieza a ser menos eficiente y los humanos son más susceptibles a padecer enfermedades o sufrir respuestas inmunitarias alteradas. Tanto en mamíferos como en anfibios, el desarrollo del sistema inmune está relacionado con una pérdida de la capacidad de regeneración, pero es necesaria una respuesta inflamatoria, como la activación de los macrófagos, para llevar a cabo funciones como eliminar células en senescencia en el tejido que está siendo regenerado. Se necesita un equilibrio.

Por último, una posible aplicación de la capacidad de regeneración de los ajolotes es la parabiosis heterocrónica, una técnica que permite la unión de vasos sanguíneos de animales de distintas edades. Es una técnica que ha tenido éxito en los ajolotes, y, aunque se han hecho estudios que facilitan la regeneración de músculo e hígado en ratones viejos gracias a la activación de células de los ratones jóvenes, está rodeada de muchas opiniones controversiales^12,14.

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